Disinfecting water containing pathogenic microbes is crucial to the food safety of fresh green agricultural products. The UV-activated peracetic acid (UV/PAA) treatment process is an efficient advanced oxidation process (AOP) and a versatile approach to disinfecting waterborne pathogens. However, its effects on plant growth remain largely unknown. This study found that low-dose UV/PAA treatment induced moderate oxidative stress but enhanced the innate immunity of Arabidopsis against Pseudomonas syringae pv. (Pst) DC3000. When applied as water sources, 5- and 10-ppm UV/PAA treatments slightly reduced biomass and root elongation in Arabidopsis seedlings grown under hydroponic conditions. Meanwhile, treatments of the same doses enhanced defense against Pst DC3000 infection in leaves. Accumulation of hydrogen peroxide and callose increased in UV/PAA-treated Arabidopsis samples, and during the post-infection period, UV/PAA-treated seedlings maintained vegetative growth, whereas untreated seedlings showed severe growth retardation. Regarding molecular aspects, priming-related defense marker genes were rapidly and markedly upregulated in UV/PAA-treated Arabidopsis samples. Conclusively, UV/PAA treatment is an efficient AOP for disinfecting water and protecting plants against secondary pathogenic attacks.
When perceiving microbe-associated molecular patterns (MAMPs) or plant-derived damage-associated molecular patterns (DAMPs), plants alter their root growth and development by displaying a reduction in the root length and the formation of root hairs and lateral roots. The exogenous application of a MAMP peptide, flg22, was shown to affect root growth by suppressing meristem activity. In addition to MAMPs, the DAMP peptide PEP1 suppresses root growth while also promoting root hair formation. However, the question of whether and how these elicitor peptides affect the development of the vascular system in the root has not been explored. The cellular receptors of PEP1, PEPR1 and PEPR2 are highly expressed in the root vascular system, while the receptors of flg22 (FLS2) and elf18 (EFR) are not. Consistent with the expression patterns of PEP1 receptors, we found that exogenously applied PEP1 has a strong impact on the division of stele cells, leading to a reduction of these cells. We also observed the alteration in the number and organization of cells that differentiate into xylem vessels. These PEP1-mediated developmental changes appear to be linked to the blockage of symplastic connections triggered by PEP1. PEP1 dramatically disrupts the symplastic movement of free green fluorescence protein (GFP) from phloem sieve elements to neighboring cells in the root meristem, leading to the deposition of a high level of callose between cells. Taken together, our first survey of PEP1-mediated vascular tissue development provides new insights into the PEP1 function as a regulator of cellular reprogramming in the Arabidopsis root vascular system.
Woo, Soon-Hwa;Oh, Seung-Eun;Kim, Jong-Sik;Mullen, Jack L.;Hangarter, Roger P.;Kim, Soon-Young
Journal of Life Science
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v.18
no.2
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pp.148-153
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2008
Phytochrome double mutant (PhyAB) showed the delayed root gravitropic response compared to the wild type (WT) in Arabidopsis. After 8 hr of gravistimulation, the gravitropic response of mutant showed 48% of the WT. The delayed response started at 1.5 hr after gravistimulation. And we measured the ethylene production in the root segments of WT and mutant for 12 hr. Ethylene production of mutant decreased about 40% of the WT at 12 hr. This result suggested that the phytochrome might be linked with ethylene production in some way. Generally, ethylene inhibits the growth of plant organs including roots. We measured the root growth rate in the presence of ACC (1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid), a precursor of ethylene. And WT showed the inhibition of root growth with ACC, but mutant did not show the inhibition as WT did. To confirm the relationship between the ethylene and gravitropic response, we measured the gravitropic response with ACC. In the presence of $10^{-6}$ M ACC, WT showed the 37.4% inhibition compared to the control (no ACC), whereas mutant showed the only 6.6% inhibition of control (no ACC). This research suggested the relationship between phytochrome and gravitropic response through an ethylene production.
Oryzalin is a herbicide that disrupts the arrangement of microtubules by binding to tubulin, thereby blocking the anisotropic growth of plant cells. Microtubules and microfilaments are cytoskeleton components that have been implicated in plant growth through their influence on the formation of cell walls. Microtubules also play roles in the sedimentation of amyloplasts in the root tip columella cells; this sedimentation is related to gravity sensing and results in downward root growth in the soil for absorption of water and minerals. However, the orientation of microtubules changes depending on the level of ethylene in plant cells. A recent study reported that oryzalin stimulated ethylene production via 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) synthase and ACC oxidase and caused a concentration-dependent inhibition of root growth and gravitropic responses. The aim of the present study was to investigate the possibility that oryzalin-induced inhibition might be recovered by the application of inhibitors of ethylene production, such as 10-4 M cobalt ions and 10-8 M aminoethoxyvinylglycine (AVG). The inhibition of root growth and gravitropic response was overcome by 10-20% by an 8 hr treatment with cobalt ions or AVG. These results suggest that ethylene levels could regulate root growth and gravitropic responses in Arabidopsis.
This study was to examine the accumulated concentration of lead in the organ of Arabidopsis thaliana grown in the soil added three different concentrations of lead. The accumulated concentrations of lead in the stem of plant grown in the soil added official standard concentration of lead of pollutant exhaust notified by the Ministry of Environment (1 mg/l), concentration ten times higher than the official standard concentration (10 mg/l) and concentration fifty times higher (50 mg/l) were similar to the rate of increase between three different concentrations, and increased average 24% compared with normal plant stem. The accumulated concentrations of lead in the leaf of plant grown in the soil added three different concentrations of lead were increased average 57% compared with normal plant leaf. And accumulated concentrations of lead in the leaf was no significant difference according to increase of lead concentration added in the soil as stem, the rate of increase was similar to between three different concentrations. The accumulated concentrations of lead in the root of plant grown in the soil added official standard concentration of lead of pollutant exhaust and concentration ten times higher were increased average 114% compared with normal plant root, but increased about 861% in the concentration fifty times higher than the official standard concentration. This result contrast with the data of stem and leaf. The accumulated concentration of lead in the plant body of Arabidopsis thaliana was increased according to increase of lead concentration added in the soil. Especially, the accumulated concentration of lead in the plant body grown in the concentration fifty times higher than the official standard concentration was increased about 2.6 times than normal plant. These results show that lead contaminated within the soil was more accumulated in the root than the stem or leaf, and accumulated concentrations of lead in the stem and leaf were not increased in proportion to the concentration of lead in the soil, but very increased in proportion to the concentration in the root.
Cho, Song-Mi;Park, Ju-Yeon;Han, Song-Hee;Anderson, Anne J.;Yang, Kwang-Yeol;Gardener, Brian Mcspadden;Kim, Young-Cheol
The Plant Pathology Journal
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v.27
no.3
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pp.272-279
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2011
Root colonization of Arabidopsis thaliana with Pseudomonas chlororaphis O6 induces systemic tolerance against diverse pathogens, as well as drought and salt stresses. In this study, we demonstrated that 11 genes in the leaves were up-regulated, and 5 genes were down-regulated as the result of three- to five-days root colonization by P. chlororaphis O6. The identified priming genes were involved in cell signaling, transcription, protein synthesis, and degradation. In addition, expression of selected priming genes were induced in P. chlororaphis O6-colonized plants subjected to water withholding. Genes encoding defense proteins in signaling pathways regulated by jasmonic acid and ethylene, such as VSP1 and PDF1.2, were additional genes with enhanced expression in the P. chlororaphis O6-colonized plants. This study indicated that the expression of priming genes, as well as genes involved in jasmonic acid- and ethylene-regulated genes may play an important role in the systemic induction of both abiotic and biotic stress due to root colonization by P. chlororaphis O6.
The effect of heavy metals on seedling growth and pigment levels was studied in Arabidopsis using essential (Cu, Mn, and Zn) and non-essential metals (Pb and Hg). Generally increasing the concentrations of the metals resulted in a gradual decrease in root and shoot lengths, a decrease in chlorophylls, an increase in anthocyanins and a fluctuation in carotenoid content depending on the metal types. The toxicity of the metals decreased in the following order: Cu > Hg > Pb > Zn > Mn. Among the five metals, Cu was exceptionally toxic and the most potent inducer of anthocyanins. Pb induced the smallest quantity of anthocyanins but it was the strongest inducer of carotenoids. It suggests that the Cu-stressed Arabidopsis may use anthocyanins as its main antioxidants while the Pb-stressed Arabidopsis use carotenoids as its main protectants. All of the five metals induced an accumulation of anthocyanins. The consistent increase in anthocyanin content in the metal-stressed Arabidpsis indicates that anthocyanins play a major role in the protection against metal stresses.
D-class cyclins play important roles in controlling the cell cycle in development and in response to external signals by forming the regulatory subunit of cyclin-dependent kinase (CDK) complexes. To evaluate the effects of D-class cyclins in transgenic rice plants, Arabidopsis cyclin D2 gene (CycD2) was linked to the maize ubiquitin1 promoter (Ubi1) and introduced into rice by the Agrobacterium-mediated transformation method. Genomic deoxyribonucleic acid (DNA), ribonucleic acid (RNA), and Western blot hybridizations of the Ubi1:-CycD2 plants revealed copy number of transgene and its increased expression in leaf and callus cells at messenger RNA (mRNA) and/or protein levels. The H1 kinase assay using the immunoprecipitates of protein extracts from the Ubi1:CycD2 plants and nontransgenic controls demonstrated that the introduced Arabidopsis CycD2 forms a functional CycD2/CDK complex with an unidentified CDK of rice. Shoot and root growth was enhanced in the Ubi1:CycD2 seedlings compared with nontransgenic controls, together, suggesting that Arabidopsis cyclin D2 interacts with a rice cyclin-dependent kinase, consequently enhancing seedling growth.
Oryzalin is a dinitroaniline herbicide that has been known to disrupt microtubules. Microtubules and microfilaments are components of cytoskeletons that are implicated in plant cell growth, which requires the synthesis of cellulose when cell walls elongate. In addition, microtubules are also involved in the sedimentation of statoliths, which regulate the perception of gravity in the columella cells of root tips. In this study, we investigated the effect of oryzalin on the growth and gravitropic response of Arabidopsis roots. The role of ethylene in oryzalin's effect was also examined using these roots. Treatment of oryzalin at a concentration of 10-4 M completely inhibited the roots' growth and gravitropic response. At a concentration of 10-6 M oryzalin, root growth was inhibited by 47% at 8 hr when compared to control. Gravitropic response was inhibited by about 38% compared to control in roots treated with 10-6 M oryzalin for 4 hr. To understand the role of oryzalin in the regulation of root growth and gravitropic response, we measured ethylene production in root segments treated with oryzalin. It was found that the addition of oryzalin stimulated ethylene production through the activation of ACC oxidase and ACC synthase genes, which are key components in the synthesis of ethylene. From these findings, it can be inferred that oryzalin inhibits the growth and gravitropic response of Arabidopsis roots by stimulating ethylene production. The increased ethylene alters the arrangement of the microtubules, which eventually interferes with the growth of the cell wall.
Acyl-CoA binding proteins (ACBP) are small highly-conserved cytosolic proteins that bind long-chain acyl-CoAs. A cDNA encoding ACBP was identified from cDNA library constructed from hairy root poly $A^{+}$ RNA in expressed sequence tags (EST) analysis. The cDNA clone was 453 bp long and carried an open reading frame of 264 bp (10 kDa). The ginseng ACBP amino acid sequence was compared with other reported plant ACBPs using the CLUSTALW. Ginseng ACBP is 89%, 81%, 80%, and 73% identical with ACBP from castor bean, lilly, Digitalis and Arabidopsis, respectively. However, ginseng ACBP is 5 amino acids smaller than Arabidopsis and rape seed ACBPs. Also there is no any known signal peptide sequence in ginseng ACBP.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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