• Molecules and Cells
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• 제39권10호
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• pp.768-775
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• 2016

The Arabidopsis female gametophyte contains seven cells with eight haploid nuclei buried within layers of sporophytic tissue. Following double fertilization, the egg and central cells of the gametophyte develop into the embryo and endosperm of the seed, respectively. The epigenetic status of the central cell has long presented an enigma due both to its inaccessibility, and the fascinating epigenome of the endosperm, thought to have been inherited from the central cell following activity of the DEMETER demethylase enzyme, prior to fertilization. Here, we present for the first time, a method to isolate pure populations of Arabidopsis central cell nuclei. Utilizing a protocol designed to isolate leaf mesophyll protoplasts, we systematically optimized each step in order to efficiently separate central cells from the female gametophyte. We use initial manual pistil dissection followed by the derivation of central cell protoplasts, during which process the central cell emerges from the micropylar pole of the embryo sac. Then, we use a modified version of the Isolation of Nuclei TAgged in specific Cell Types (INTACT) protocol to purify central cell nuclei, resulting in a purity of 75-90% and a yield sufficient to undertake downstream molecular analyses. We find that the process is highly dependent on the health of the original plant tissue used, and the efficiency of protoplasting solution infiltration into the gametophyte. By isolating pure central cell populations, we have enabled elucidation of the physiology of this rare cell type, which in the future will provide novel insights into Arabidopsis reproduction.

• Interdisciplinary Bio Central
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• 제1권1호
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• pp.5.1-5.4
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• 2009

This article is an addendum to the authors’ previous article (Kim, J. et al. (2008) Plant Cell 20, 307-319). The instrumentation and software described in this article were used to analyze the circadian leaf movement in the previous article. Here, we provide detailed and practical information on the instrumentation and the software. The source code of the LMA program is freely available from the authors. The circadian clock regulates a wide range of cyclic physiological responses with a 24 hour period in most organisms. Rhythmic leaf movement in plants is a typical robust manifestation of rhythms controlled by the circadian clock and has been used to monitor endogenous circadian clock activity. Here, we introduce a relatively easy, inexpensive, and simple approach for measuring leaf movement circadian rhythms using a USB-based web camera, public domain software and a Leaf Movement Assay (LMA) program. The LMA program is a semi-automated tool that enables the user to measure leaf lengths of individual Arabidopsis seedlings from a set of time-series images and generates a wave-form output for leaf rhythm. This is a useful and convenient tool for monitoring the status of a plant's circadian clock without an expensive commercial instrumentation and software.

• Interdisciplinary Bio Central
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• 제1권1호
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• pp.1.1-1.5
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• 2009

Many organisms control their physiology and behavior in response to the local light environment, which is first perceived by photoreceptors that undergo light-dependent conformational changes. Phytochromes are one of the major photoreceptors in plants, controlling wide aspects of plant physiology by recognizing the light in red (R) and far-red (FR) spectra. Higher plants have two types of phytochromes; the photo-labile type I (phyA in Arabidopsis) and photo-stable type II (phyB-E in Arabidopsis). Phytochrome B (phyB), a member of the type II phytochromes in Arabidopsis, shows classical R and FR reversibility between the inter-convertible photoisomers, Pr and Pfr. Interestingly, the Pr and Pfr isomers show partitioning in the cytosol and nucleus, respectively. In the over 50 years since its discovery, it has been thought that the type II phytochromes only function to mediate R light. As described in the text, we have now discovered phyB has an active function in FR light. Even striking is that the R and FR light exert an opposite effect. Thus, FR light is not simply nullifying the R effect but has an opposing effect to R light. What is more interesting is that the phyB-mediated actions of FR and R light occur at different cellular compartment of the plant cell, cytosol and nucleus, respectively, which was proven through utilization of the cytosolic and nuclear-localized mutant versions of phyB. Our observations thus shoot down a major dogma in plant physiology and will be considered highly provocative in phytochrome function. We argue that it would make much more sense that plants utilize the two isoforms rather than only one form, to effectively monitor the changing environmental light information and to incorporate the information into their developmental programs.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제36권1호
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• pp.59-63
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• 2009

작물 스트레스 내성 연구의 궁극적인 과제는 가진 형질을 극대화하여 생산량을 증대하고 외부의 환경적인 요소로부터 피해를 최소화하는 것이다. 따라서 작물의 다양한 외부 환경적 스트레스에 대응하기 위한 연구들이 진행되고 있다. 특히 세포 내 신호전달 과정의 이차매개체인 칼슘에 대한 다양한 연구들이 진행되고 있지만 아직까지 많은 부분이 밝혀져 있지 않다. 본 연구는 모델식물인 애기장대를 이용하여 세포 내 칼슘의 주요 저장소인 액포로 칼슘을 수송하는 역할을 수행하는 $Ca^{2+}$-ATPase의 형질전환 식물을 이용하여 세포 내 칼슘의 신호전달과 식물 생물학적 기능을 알아보았다. ACA11-GFP 유전자가 형질전환된 식물에서 흥미롭게도 ACA11 유전자가 발현 침묵됨으로써 세포 내 칼슘농도 항상성 조절과 신호전달 과정에 문제가 발생하고 세포질 내 활성산소가 증가되어 결국 형질전환체의 잎에서 HR과 같은 세포사멸을 유발한다는 것을 제시하였다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제45권1호
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• pp.1-8
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• 2018

Meiosis is a specialized cell division, essential in most reproducing organisms to halve the number of chromosomes, thereby enabling the restoration of ploidy levels during fertilization. A key step in meiosis is homologous recombination, which promotes homologous pairing and generates crossovers (COs) to connect homologous chromosomes until their separation at anaphase I. These CO sites, seen cytologically as chiasmata, represent a reciprocal exchange of genetic information between two homologous non-sister chromatids. RAD51, the eukaryotic homolog of the bacterial RecA recombinase, plays a central role in homologous recombination (HR) in yeast and animals. Loss of RAD51 function causes lethality in the flowering plant, Arabidopsis thaliana, suggesting that RAD51 has a meiotic stage-specific function that is different from homologous pairing activity.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제41권4호
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• pp.180-193
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• 2014

식물에서 슈트 정단부에는 분열하는 세포들로 이루어진 슈트 정단분열조직이라는 조그마한 부분이 있다. 슈트 정단분열조직은 그 식물의 일생을 통해서 땅 위의 모든 구조를 만들어 낸다. 이 연구의 목적은 지난 250년 동안 슈트 정단분열조직의 체제와 기능을 설명하기 위해 발전해 온 이론들을 기술하여, 식물의 생장과 발달에 영향을 미치는 슈트 정단분열조직의 중요성을 이해하는 데 있다. 1759년 볼프(C. F. Wolff)가 최초로 슈트 정단분열조직을 기재한 이후, 1858년에 네겔리(C. N${\ddot{a}}$geli)는 무종자 유관속식물의 슈트 정단분열조직에서 하나의 커다란 정단세포를 관찰하여 정단세포설을 제안하였다. 그러나 이 설은 종자식물에 적용할 수 없는 것으로 확인되었다. 이어서 1868년 한스타인(J. Hanstein)에 의해 조직원설이 제한되었으나, 이 설도 종자식물에 일반적으로 적용할 수 없었다. 그 후, 1924년 슈미트(A. Schmidt)은 피자식물의 슈트 정단분열조직에서 세포의 분열면이 서로 다른 것을 관찰하여 초층-내체설을 제안하였다. 이 설은 나자식물에 적용할 수 없는 것으로 확인되었다. 1938년 포스터(A. Foster)는 세포조직학적으로 서로 다른 구역으로 이루어진 나자식물의 슈트 정단부를 관찰하여 세포조직학적 구역화설을 제안하였다. 또한 1954년 기포드(E. Gifford)의 연구에 힘입어 피자식물의 슈트 정단분열조직에도 세포조직학적 구역화설이 적용될 수 있다는 사실이 증명되었다. 또 다른 설로서, 1952년 뷔바(R. Buvat)는 대기 분열조직설이 제안되었으나, 영양생장 시기에 분열조직 중앙의 시원세포들이 분열하지 않는다는 주장이 수용되지 않았다. 최근에 애기장대(Arabidopsis thaliana)를 이용한 연구에서, 슈트 정단분열조직의 형성과 유지가 몇 개의 유전자들에 의해서 조절된다는 사실이 밝혀졌다. 즉, SHOOTMERISTEMLESS(STM) 유전자는 슈트 정단분열조직을 형성하고, WUSCHEL(WUS) 및 CLAVATA (CLV) 유전자들은 슈트 정단분열조직을 유지시키며, WUS와 CLV 두 유전자들 사이의 신호전달은 음성되먹임회로를 통해서 이루어진다.