A radish (Raphanus sativus L.) polygalacturonase-inhibiting protein (PGIP) gene was cloned and compared to the PGIP gene (BrPGIP2) from Chinese cabbage (Brassica rapa ssp. pekinensis) in order to gain more information on controlling a disease and improving produce quality. To clone the radish PGIP gene, primers were designed based on conserved sequences of two PGIP genes (BnPGIP1 and BnPGIP2) from rape (B. napus L. ssp. oleifera), Chinese cabbage and Arabidopsis thaliana. PCR cloning was performed with cDNA from the stigma of radish 'Daejinyeoreum' as a template to confirm DNA fragments which were about 600 base pair in size. Sequence analysis revealed 84.1% homology with BrPGIP2 and 70.1% with BnPGIP1. DNA walking was conducted to confirm the open reading frame of 972 bp, and the gene was named RsPGIP1. RsPGIP1 consisting with 323 amino acids (aa) has a high leucine content (54/323) and contains 10 leucine-rich repeat domains, as do most BrPGIPs of Chinese cabbage. The gene expression of RsPGIP1 was induced by abiotic stresses and methyl jasmonate. It showed enrichment in the stigma and the primary root than a leaf. Cloning RsPGIP1 will aid to further apply practices on postharvest quality maintenance and disease control of the root.
Khaleda, Laila;Kim, Min Gab;Jeon, Jong-Rok;Cha, Joon-Yung;Kim, Woe-Yeon
한국초지조사료학회지
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제37권3호
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pp.248-253
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2017
Humic acid (HA) is known to consist of various kinds of polymeric organics, their detailed structures can vary depend on sample sources such as organic manure, composts, peat, and lignite brown coal, and largely exists in grassland soils. HA possesses diverse positive effects that not only increase plant growth but also improve soil fertility. Recently, we have manufactured a co-polymeric product of catechol and vanillic acid (CAVA) synthesized artificially, and found that CAVA as a HA mimic increases seed germination and salt tolerance in Arabidopsis. In this study, we examined whether HA or CAVA affects to seedling growth in alfalfa. Foliar application of HA or CAVA increased alfalfa seedling growth including aerial and in root parts. HA or CAVA dramatically enhanced size of leaf and root, whereas HA significantly displayed higher bioactivity than CAVA. Taken together, CAVA acts like as a HA mimic in alfalfa that could apply as an alternation supplement to enhance plant growth and productivity.
Ho Bang Kim;Chang Jae Oh;Nam-Hoon Kim;Cheol Woo Choi;Minju Kim;Sukman Park;Seong Beom Jin;Su-Hyun Yun;Kwan Jeong Song
Journal of Plant Biotechnology
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제49권4호
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pp.271-291
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2022
Pectin methylesterase (PME) plays an important role in vegetative and reproductive development and biotic/abiotic stress responses by regulating the degree of methyl-esterification of pectic polysaccharides in the plant cell wall. PMEs are encoded by a large multigene family in higher land plant genomes. In general, the expression of plant PME genes shows tissue- or cell-specific patterns and is induced by endogenous and exogenous stimuli. In this study, we identified PME multigene family members (CsPMEs) from the sweet orange genome and report detailed molecular characterization and expression profiling in different citrus tissues and two fruit developmental stages. We also discussed the possible functional roles of some CsPME genes by comparing them with the known functions of PMEs from other plant species. We identified 48 CsPME genes from the citrus genome. A phylogenetic tree analysis revealed that the identified CsPMEs were divided into two groups/types. Some CsPMEs showed very close phylogenetic relationships with the PMEs whose functions were formerly addressed in Arabidopsis, tomato, and maize. Expression profiling showed that some CsPME genes are highly or specifically expressed in the leaf, root, flower, or fruit. Based on the phylogenetic relationships and gene expression profiling results, we suggest that some CsPMEs could play functional roles in pollen development, pollen tube growth, cross incompatibility, root development, embryo/seed development, stomata movement, and biotic/abiotic stress responses. Our results shed light on the biological roles of individual CsPME isoforms and contribute to the search for genetic variations in citrus genetic resources.
A group of beneficial plant bacteria has been shown to increase crop growth referring to as plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR). PGPR can decrease plant disease directly, through the production of antagonistic compounds, and indirectly, through the elicitation of a plant defense response termed induced systemic resistance (ISR). While the mechanism of PGPR-elicited ISR has been studied extensively in the model plant Arabidopsis, it is less well characterized in crop plants such as pepper. In an effort to better understand the mechanism of ISR in crop plants, we investigated the induction of ISR by Bacillus cereus strain BS107 against Xanthomonas axonopodis pv. vesicatoria in pepper leaves. We focused on the priming effect of B. cereus strain BS107 on plant defense genes as an ISR mechanism. Of ten known pepper defense genes that were previously reported to be involved in pathogen defense signaling, the expression of Capsicum annum pathogenesis-protein 4 and CaPR1 was systemically primed by the application of strain BS107 onto pepper roots confirming by quantitative-reverse transcriptase PCR. Our results provide novel genetic evidence of the priming effect of a rhizobacterium on the expression of pepper defense genes involved in ISR.
Receptor-like proteins (RLPs) are involved in plant development and disease resistance. Only some of the RLPs in tomato (Solanum lycopersicum L.) have been functionally characterized though 176 genes encoding RLPs, which have been identified in the tomato genome. To further understand the role of RLPs in tomato, we performed genome-guided classification and transcriptome analysis of these genes. Phylogenic comparisons revealed that the tomato RLP members could be divided into eight subgroups and that the genes evolved independently compared to similar genes in Arabidopsis. Based on location and physical clustering analyses, we conclude that tomato RLPs likely expanded primarily through tandem duplication events. According to tissue specific RNA-seq data, 71 RLPs were expressed in at least one of the following tissues: root, leaf, bud, flower, or fruit. Several genes had expression patterns that were tissue specific. In addition, tomato RLP expression profiles after infection with different pathogens showed distinguish gene regulations according to disease induction and resistance response as well as infection by bacteria and virus. Notably, Some RLPs were highly and/or unique expressed in susceptible tomato to pathogen, suggesting that the RLP could be involved in disease response, possibly as a host-susceptibility factor. Our study could provide an important clues for further investigations into the function of tomato RLPs involved in developmental and response to pathogens.
A cDNA clone encoding a MDR-like ABC transporter protein was isolated from Brassica rapa seedlings, through rapid amplification of cDNA ends (RACE). This gene (named as Brmdr 1; GenBank accession no.: DQ296184 ) had a total length of 4222 bp with an open reading frame of 3900 bp, and encoded a predicted polypeptide of 1300 amino acids with a molecular weight of 143.1 kDa. The BrMDR1 protein shared 71.0, 62.5, 60.0 and 58.2% identity with other MDR proteins isolated from Arabidopsis thaliana (AAN28720), Coptis japonica (CjMDR), Gossypium hirsutum (GhMDR) and Triticum aestivum (TaMDR) at amino acid level, respectively. Southern blot analysis showed that Brmdr1 was a low-copy gene. Expression pattern analysis revealed that Brmdr1 constitutively expressed in the root, stem petals and stamens, but with lower expression in leaves and open flowers. The domains analysis showed that BrMDR1 protein possessed two transmembrane domains (TMDs) and two nucleotide binding domains (NBDs) arranging in "TMD1-NBD1-TMD2-NBD2" direction, which is consistent with other MDR transporters. Within NBDs three characteristic motifs common to all ABC transporters, "Walker A", "Walker B" and C motif, were found. These results indicate that BrMDR1 is a MDR-like ABC transporter protein that may be involved in the transport and accumulation of secondary metabolites.
고염 스트레스는 식물의 성장과 수확량에 치명적인 영향을 야기한다. 그와 같은, 환경 스트레스에 의하여 식물은 다양한 유전자의 발현으로 저항성을 가지게 하는 기작이 발달되어 있다. 본 연구에서는 애기장대에서 다양한 환경 스트레스에 관여하는 유전자를 분리할 목적으로 GGM(Graphical Gaussian Model) program을 사용한 후, BLH8(BEL1-Like Homeodomain Gene 8) 유전자의 돌연변이 식물체를 구축하였다. atblh8-1 돌연변이체는 고농도의 $Na^+$과 $K^+$ 이온에 특이적으로 백화현상을 보이지만, 뿌리 성장에는 변화를 보이지 않았다. 그러므로, BLH8 단백질은 $Na^+$과 $K^+$과 같은 환경스트레스 저항성에 관여하는 중요한 인자임을 시사한다. 이와 같이, GGM program은 환경 스트레스에 관여하는 유전자를 분리하기 위한 유용한 도구일 것으로 사려된다.
Members of the genus Bacillus are known to play an important role in promoting plant growth and protecting plants against phytopathogenic microorganisms. In this study, 21 isolates of Bacillus spp. were obtained from the root micro-ecosystem of Suaeda glauca. Analysis of the 16S rRNA genes indicated that the isolates belong to the species Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus velezensis, Bacillus subtilis, Bacillus pumilus, Bacillus aryabhattai and Brevibacterium frigoritolerans. One of the interesting findings of this study is that the four strains B1, B5, B16 and B21 are dominant in rhizosphere soil. Based on gyrA, gyrB, and rpoB gene analyses, B1, B5, and B21 were identified as B. amyloliquefaciens and B16 was identified as B. velezensis. Estimation of antifungal activity showed that the isolate B1 had a significant inhibitory effect on Fusarium verticillioides, B5 and B16 on Colletotrichum capsici (syd.) Butl, and B21 on Rhizoctonia cerealis van der Hoeven. The four strains grew well in medium with 1-10% NaCl, a pH value of 5-8, and promoted the growth of Arabidopsis thaliana. Our results indicate that these strains may be promising agents for the biocontrol and promotion of plant growth and further study of the relevant bacteria will provide a useful reference for the development of microbial resources.
CaCDPK4, a full-length cDNA clone encoding Capsicum annuum calcium-dependent protein kinase 4, was isolated from chili pepper (Capsicum annuum L.). Deduced amino acid sequence of CaCDPK4 shares the highest homology with tobacco NpCDPK8 and chickpea CaCDPK2 with 79% identity. Genomic blot analyses revealed that CaCDPK4 is present as a single copy in pepper genome, but it belongs to a multigene family. CaCDPK4 was highly induced when pepper plants were inoculated with an incompatible bacterial pathogen. Induced levels of CaCDPK4 transcripts were also detected in pepper leaves by the treatment of ethephon, an ethylene-inducing agent, and high-salt stress condition. The bacterial-expressed GST-CaCDPK4 protein showed to retain the autophosphorylation activity in vitro. GUS expression driven by CaCDPK4 promoter was examined in transgenic Arabidopsis containing transcriptional fusion of CaCDPK4 promoter. GUS expression under CaCDPK4 promoter was strong in the root and veins of the seedlings. GW (-1965) and D3 (-1377) promoters conferred on GUS expression in response to inoculation of an incompatible bacterial pathogen, but D4-GUS (-913) and DS-GUS (-833) did not. Taken together, our results suggest that CaCDPK4 can be implicated on signal transduction pathway of defense response against an incompatible bacterial pathogen in pepper.
한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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pp.149-149
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2017
The RING (Really Interesting New Gene) finger proteins are known to play crucial roles in various abiotic stresses in plants. In this study, we report on RING finger E3 ligase, ${\underline{O}ryza}$${\underline{s}ativa}$${\underline{s}alt$-, ${\underline{A}BA}$- and ${\underline{d}rounght}$ stress-${\underline{i}nduced}$ RING finger ${\underline{p}}rotein{\underline{1}}$ gene (OsSAD1). In vitro ubiquitination assay demonstrated that unlike OsSAD1, a single amino acid substitution ($OsSAD1^{C168A}$) of the RING domain showed no E3 ligase activity, supporting the notion that the activity of most E3s is specified by a RING domain. Result of Yeast-Two hybridization, In vivo protein degradation assay supports that OsSAD1 interacting with 3 substrate, OsSNAC2, OsGRAS44 and OsPIRIN1, and mediates proteolysis of 3 substrates via the 26S proteasome pathway. Subcellular localizations of OsSAD1 while approximately 62% of transient signals were detected in cytosol, 38% of signals were showed nucleus. However, transiently expression of OsSAD1 was detected in cytosol 30% while as 70% of nucleus under 200 mM salt treated rice protoplasts. Results of bimolecular fluorescence complementation (BiFC) showed that two nucleus-localized proteins (OsSNAC2 and OsGRAS44) interacted with OsSAD1 in the both cytosol and nucleus. Heterogeneous overexpression of OsSAD1 Heterogeneous overexpresssion of OsSAD1 in Arabidopsis exhibited sensitive phenotypes with respect to Salt-, mannitol-responsive seed germination, seedling growth. In ABA conditions, OsSAD1 overexpression plants showed highly tolerance phenotypes, such as root length and stomatal closure. Our findings suggest that the OsSAD1 may play a negative regulator in salt stress response by modulating levels of its target proteins.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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