Development of symbiotic root nodules in legumes involves the induction and repression of numerous genes in conjunction with changes in the level of phytohormones. We have isolated several genes that exhibit differential expression patterns during the development of soybean nodules. One of such genes, which were repressed in mature nodules, was identified as a putative aldo/keto reductase and thus named Glycine max aldo/keto reductase 1 (GmAKR1). GmAKR1 appears to be a close relative of a yeast aldo/keto reductase YakC whose in vivo substrate has not been identified yet. The expression of GmAKR1 in soybean showed a root-specific expression pattern and inducibility by a synthetic auxin analogue 2,4-D, which appeared to be corroborated by presence of the root-specific element and the stress-response element in the promoter region. In addition, constitutive overexpression of GmAKR1 in transgenic soybean hairy roots inhibited nodule development, which suggests that it plays a negative role in the regulation of nodule development. One of the Arabidopsis orthologues of GmAKR1 is the ARF-GAP domain 2 protein, which is a potential negative regulator of vesicle trafficking; therefore GmAKR1 may have a similar function in the roots and nodules of legume plants.
The activity of promoter sequences was evaluated in garlic cells using the $\beta$-glucuronidase (GUS) gene as a reporter. Histochemical GUS assay indicated transient GUS activity in leaf, callus and root cells 48 hours after particle bombardment transformation. Quantitative fluorometric assays in extracts of transformed leaves demonstrated that the CsVMV promoter induced the highest level of gene expression, which was, on average, ten fold the level induced by CaMV35S and by the Arabidopsis Act2 promoters and two fold the level expression observed with a construct containing a double CaMV35S plus the untranslated leader sequence from AMV. No activity or very low levels were observed when cells were transformed with plasmids rontaining the typical monocot promoters, Actl, from rice or the Ubi-1, from maize. The green fluorescent protein (GFP) was also tested as a marker gene for garlic transformation. Intense fluorescence was observed in leaf, callus and root cells transformed with a construct containing the gfp gene under control of the CaMV35 Promoter. No fluorescence was detected when the gfp was under control of the Ubi-1 promoter.
A bacterium, which was named to be Bacillus cereus A-139, secreting auxin was isolated from the east coast sand dunes in Korea. The secretion of auxin was confirmed by HPLC. When cultured in LB broth, Bacillus cereus A-139 produced $16.12\;{\mu}$g/mL auxin after 8 days in LB broth. Bacillus cereus A-139 produced $49\;{\mu}$g/mL auxin and $162.6\;{\mu}$g/mL by the addition of 2% tryptone and 0.1% tryptophan, respectively. The root growth of Arabidopsis thaliana was retarded by Bacillus cereus A-139 culture broth up to 57% but the formation of lateral roots was increased up to almost twice after 4 days incubation. Also the formation of lateral roots of mung bean was increased up to 57% after 10 days incubation.
While the underlying molecular mechanism remains to be elucidated, recent studies suggest that polar auxin transport is a key controlling factor in triggering differential growth responses to gravity. Identification of regulatory components in auxin-mediated differential cell expansion would improve our understanding of the gravitropic response. In this study, we identify a mutant designated aux1-like(later changed to aux1), an allele of the aux1 mutant that exhibits a severely disrupted root gravitropic response, but no defects in developmental processes. In Arabidopsis, AUX1 encodes an auxin influx carrier. Since in-depth characterization of the gravitropic response caused by mutations in this gene has been performed previously, we focused on identifying the downstream genes that were differentially expressed compared to wild-type plants. Consistent with the mutant phenotype, the transcription of the auxin-responsive genes IAA17 and GH3 were altered in aux1 plants treated with IAA, 2, 4-D and NAA. In addition, we identified two expansin genes EXP10 and EXPL3 that exhibited different expression in wild-type and mutant plants.
We isolated many genes induced from pepper cDNA microarray data following their infection with the soybean pustule pathogen Xanthomonas axonopodis pv. glycines 8ra. A full-length cDNA clone of the Capsicum annuum ankyrin-repeat domain $C_3H_1$ zinc finger protein (CaKR1) was identified in a chili pepper using the expressed sequence tag (EST) database. The deduced amino acid sequence of CaKR1 showed a significant sequence similarity (46%) to the ankyrin-repeat protein in very diverse family of proteins of Arabidopsis. The gene was induced in response to various biotic and abiotic stresses in the pepper leaves, as well as by an incompatible pathogen, such as salicylic acid (SA) and ethephon. CaKR1 expression was highest in the root and flower, and its expression was induced by treatment with agents such as NaCl and methyl viologen, as well as by cold stresses. These results showed that CaKR1 fusion with soluble, modified green fluorescent protein (smGFP) was localized to the cytosol in Arabidopsis protoplasts, suggesting that CaKR1 might be involved in responses to both biotic and abiotic stresses in pepper plants.
We previously demonstrated that root colonization of the rhizobacterium, Pseudomonas chlororaphis O6, induced expression of a galactinol synthase gene (CsGolS1), and resulting galactinol conferred induced systemic resistance (ISR) against fungal and bacterial pathogens in cucumber leaves. To examine the role of galactinol on ISR, drought or high salt stress, we obtained T-DNA insertion Arabidopsis mutants at the AtGolS1 gene, an ortholog of the CsGolS1 gene. The T-DNA insertion mutant compromised resistance induced by the O6 colonization against Erwinia carotovora. Pharmaceutical application of 0.5 - 5 mM galactinol on roots was sufficient to elicit ISR in wild-type Arabidopsis against infection with E. carotovora. The involvement of jasmonic acid (JA) signaling on the ISR was validated to detect increased expression of the indicator gene PDF1.2. The T-DNA insertion mutant also compromised tolerance by increasing galactinol content in the O6-colonized plant against drought or high salt stresses. Taken together, our results indicate that primed expression of the galactinol synthase gene AtGolS1in the O6-colonized plants can play a critical role in the ISR against infection with E. carotovora, and in the tolerance to drought or high salt stresses.
Background: Glycosylation of natural compounds increases the diversity of secondary metabolites. Glycosylation steps are implicated not only in plant growth and development, but also in plant defense responses. Although the activities of uridine-dependent glycosyltransferases (UGTs) have long been recognized, and genes encoding them in several higher plants have been identified, the specific functions of UGTs in planta remain largely unknown. Methods: Spatial and temporal patterns of gene expression were analyzed by quantitative reverse transcription (qRT)-polymerase chain reaction (PCR) and GUS histochemical assay. In planta transformation in heterologous Arabidopsis was generated by floral dipping using Agrobacterium tumefaciens (C58C1). Protein localization was analyzed by confocal microscopy via fluorescent protein tagging. Results: PgUGT72AL1 was highly expressed in the rhizome, upper root, and youngest leaf compared with the other organs. GUS staining of the promoter: GUS fusion revealed high expression in different organs, including axillary leaf branch. Overexpression of PgUGT72AL1 resulted in a fused organ in the axillary leaf branch. Conclusion: PgUGT72AL1, which is phylogenetically close to PgUGT71A27, is involved in the production of ginsenoside compound K. Considering that compound K is not reported in raw ginseng material, further characterization of this gene may shed light on the biological function of ginsenosides in ginseng plant growth and development. The organ fusion phenotype could be caused by the defective growth of cells in the boundary region, commonly regulated by phytohormones such as auxins or brassinosteroids, and requires further analysis.
Choi, Seo-wha;Lee, Seul-bee;Na, Yeon-ju;Jeung, Sun-geum;Kim, Soo Young
Molecules and Cells
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제40권3호
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pp.230-242
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2017
In the Arabidopsis genome, approximately 80 MAP3Ks (mitogen-activated protein kinase kinase kinases) have been identified. However, only a few of them have been characterized, and the functions of most MAP3Ks are largely unknown. In this paper, we report the function of MAP3K16 and several other MAP3Ks, MAP3K14/15/17/18, whose expression is salt-inducible. We prepared MAP3K16 overexpression (OX) lines and analyzed their phenotypes. The result showed that the transgenic plants were ABA-insensitive during seed germination and cotyledon greening stage but their root growth was ABA-hypersensitive. The OX lines were more susceptible to water-deficit condition at later growth stage in soil. A MAP3K16 knockout (KO) line, on the other hand, exhibited opposite phenotypes. In similar transgenic analyses, we found that MAP3K14/15/17/18 OX and KO lines displayed similar phenotypes to those of MA3K16, suggesting the functional redundancy among them. MAP3K16 possesses in vitro kinase activity, and we carried out two-hybrid analyses to identify MAP3K16 substrates. Our results indicate that MAP3K16 interacts with MKK3 and the negative regulator of ABA response, ABR1, in yeast. Furthermore, MAP3K16 recombinant protein could phosphorylate MKK3 and ABR1, suggesting that they might be MAP3K16 substrates. Collectively, our results demonstrate that MAP3K16 and MAP3K14/15/17/18 are involved in ABA response, playing negative or positive roles depending on developmental stage and that MAP3K16 may function via MKK3 and ABR1.
Yahaya, Nazariyah;Malinowski, Robert;Burrell, Mike;Walker, Heather;Petriacq, Pierre;Rolfe, Stephen
한국균학회소식:학술대회논문집
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한국균학회 2015년도 춘계학술대회 및 임시총회
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pp.27-27
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2015
Clubroot (Plasmodiophora brassicae) is a serious agricultural problem affecting Brassica crop production worldwide. It also infects the model plant Arabidopsis thaliana. During infection, this biotrophic pathogen manipulates the development and metabolism of its host leading to the development of galls in the root and hypocotyl. In turn, its own development is strongly influenced by the host. The aim of this study is to investigate the metabolism of clubroot-infected plants using a combination of transcriptomic and metabolomic approaches. We have used direct injection mass spectrometry to obtain a metabolic fingerprint of when changes in the metabolome occur and linked this with changes in host and pathogen gene expression. We have identified alterations in carbohydrate metabolism that occur during P. brassicae infection of A. thaliana plants. Transcriptomic analysis showed that host genes associated with sugar transport and metabolism were induced during gall formation and that the pathogen also expresses genes associated with these processes. We have examined the impact of inactivating host sucrose synthase, cytosolic invertase and sugar permeases on gall formation, identifying host genes that are required for gall formation. We have also explored how sugar status is changed in root tissue, developing and mature leaf during infection of wild type and mutant plants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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