This study was conducted to find a salt tolerance gene in Brassica rapa. In order to meet this objective, we analyzed data from a KBGP-24K oligo chip [BrEMD (Brassica rapa EST and microarray database)] of the B. rapa ssp. pekinensis 'Chiifu' under salt stress (250 mM NaCl). From the B. rapa KBGP-24K microarray chip analysis, 202 salt-responsive unigenes were primarily selected under salt stress. Of these, a gene with unknown function but known full-length sequence was chosen to closely investigate the gene function. The selected gene was named BrSSR (B. rapa salt stress resistance). BrSSR contains a 285 bp open reading frame encoding a putative 94-amino acid protein, and a DUF581 domain. The pSL94 vector was designed to over-express BrSSR, and was used to transform tobacco plants for salt tolerance analysis. T1 transgenic tobacco plants that over-expressed BrSSR were selected by PCR and DNA blot analyses. Quantitative real-time RT PCR revealed that the expression of BrSSR in transgenic tobacco plants increased by approximately 3.8-fold. Similar results were obtained by RNA blot analysis. Phenotypic characteristics analysis showed that transgenic tobacco plants with over-expressed BrSSR were more salt-tolerant than the wild type control under 250 mM NaCl for 5 days. Based on these results, we hypothesized that the over-expression of BrSSR may be closely related to the enhancement of salt tolerance.
Cytoplasmic male sterility (CMS) is a maternally inherited trait leading to loss of the ability to produce fertile pollen and is extensively used in hybrid crop breeding. Ogura-CMS was originally generated by insertion of orf138 upstream of atp8 in the radish mitochondrial genome and transferred to Brassica crops for hybrid breeding. Gene expression changes by dysfunctional mitochondria in Ogura-CMS result in pollen developmental defects, but little is known about gene expression patterns in vegetative tissue. To examine the interaction between nuclear and organellar regulation of gene expression, microarray and subsequent gene expression experiments were conducted with leaves of $F_1$ hybrid Chinese cabbage derived from self-incompatible (SI) or Ogura-CMS parents (Brassica rapa ssp. pekinensis). Out of 24,000 genes deposited on a KBGP24K microarray, 66 genes were up-regulated and 26 genes were down-regulated by over 2.5 fold in the CMS leaves. Up-regulated genes included stress-response genes and mitochondrial protein genes, while genes for ascorbic acid biosynthesis and thylakoid proteins were down-regulated. Most of the major component genes for light reactions of photosynthesis were highly expressed in leaves of both SI and CMS plants, but most of the corresponding proteins were found to be greatly reduced in leaves of CMS plants, indicating posttranscriptional regulation. Reduction in thylakoid proteins and chlorophylls led to reduction in photosynthetic efficiency and chlorosis of Ogura-CMS at low temperatures. This research provides a foundation for studying chloroplast function regulated by mitochondrial signal and for using organelle genome introgression in molecular breeding.
Drought stress is a crucial environmental factor determining crop survival and productivity. The goal of this study was to clearly identify a new drought stress-tolerance gene in Brassica rapa. From KBGP-24K microarray data with the B. rapa ssp. pekinensis inbred line 'Chiifu' under drought stress treatment, a gene which was named BrDSR (B. rapa Drought Stress Resistance) was chosen among 738 drought-responsive unigenes. BrDSR function has yet to be determined, but its expression was induced over 6-fold by drought. To characterize BrDSR, the gene was isolated from B. rapa inbred line 'CT001' and found to contain a 438-bp open reading frame encoding a 145 amino acid protein. The full-length cDNA of BrDSR was used to construct an over-expression vector, 'pSL100'. Tobacco transformation was then conducted to analyze whether the BrDSR gene can increase drought tolerance in plants. The BrDSR expression level in T1 transgenic tobacco plants selected via PCR and DNA blot analyses was up to 2.6-fold higher than non-transgenic tobacco. Analysis of phenotype clearly showed that BrDSR-expressing tobacco plants exhibited more tolerance than wild type under 10 d drought stress. Taking all of these findings together, we expect that BrDSR functions effectively in plant growth and survival of drought stress conditions.
Expression of 43 flowering-related genes was examined in two inbred lines of Chinese cabbage, Chiifu and Kenshin, under different photoperiod, vernalization and flower development stages. The floral genes cloned by RT-PCR with degenerated primers showed high homology with Arabidopsis counterparts. Genes in two inbred lines, TOC, CRY1, CO, RGAL and GAl, were highly expressed under all tested conditions. However, expression of three genes was regulated by particular experimental conditions. The expression of LHY gene was predominant in Chiifu under the short-day conditions, whereas the expression of RGAL gene was influenced by vernalization in both inbred lines. Besides, the expression of NAP gene was induced by vernalization only in Chiifu. Most of the flower identity-related genes were expressed during flower development. The transcript level for several genes was not detected in this experiment.
Plants have evolved to adapt to abiotic stresses, such as salt, cold, and drought stress. In this study, we conducted an in-depth analysis of drought resistance mechanisms by constructing a gene co-expression network in Chinese cabbage (Brassica rapa ssp. pekinensis L.). This drought stress co-expression network has 1,560 nodes, 4,731 edges, and 79 connected components. Based on genes that showed significant co-expression in the network, drought tolerance was associated with the induction of reactive oxygen species removal by raffinose family oligosaccharides and inositol metabolism. This network could be a useful tool for predicting the functions of genes involved in drought stress resistance in Chinese cabbage.
xBrassicoraphanus line BB#5, a new synthetic intergeneric hybrid between Brassica rapa L. ssp. pekinensis and Raphanus sativus L. var. rafiphera induced by N-methyl-N-nitroso-urethane mutagenesis in microspore culture, shows high seed fertility and morphological uniformity. Dual-color fluorescence in situ hybridization (FISH) using 5S and 45S rDNA probes and genomic in situ hybridization (GISH) using B. rapa genomic DNA probe were carried out to analyze the chromosome composition and the meiosis pairing pattern compared to its parental lines. The somatic chromosome complement is 2n = 38, which consists of 17 metacentric and two submetacentric chromosomes with lengths of 2.18 to $5.01{\mu}m$. FISH karyotype analysis showed five and eight pairs of 5S and 45S rDNA loci. GISH meiosis pairing analysis showed that 19 complete bivalents were most frequent and accounted for 42% of the 100 pollen mother cells examined. Based on chromosome number, size, morphology, rDNA distribution, and meiosis pairing pattern, both parental genomes of B. rapa and R. sativus appear to exist in xBrassicoraphanus line BB#5, demonstrating its genome integrity. Such stable chromosome constitutions and meiotic pairing patterns in somatic and meiotic cells are very rare in natural and synthetic intergeneric hybrids. Chromosomal studies and genetic and phenotypic changes in allopolyploids a re discussed. The results p resented h erein will b e usef ul f or f urther g enomic s tudy o f xBrassicoraphanus lines and their improvement as promising new breeding varieties.
Ha, Jin-Ok;Ha, Tae-Man;Lee, Jae-Joon;Kim, Ah-Ra;Lee, Myung-Yul
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.38
no.10
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pp.1302-1309
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2009
This study was carried out to investigate physicochemical and functional properties of dried Brassica campestris ssp rapa (BR) sprouts. The proximate compositions of BR sprouts as dry matter basis were 2.35% of moisture content, 22.51% of crude protein, 21.60% of crude lipid, 4.35% of crude ash, and 49.19% of carbohydrate, respectively. The free sugars were identified as glucose and fructose. Analyzing total amino acids, 18 kinds of components were isolated from BR sprouts. The essential amino acid contained in BR sprouts accounted for 47.00% of total amino acid, while the non-essential amino acid accounted for 53.00%. The contents of vitamin A and vitamin E were 0.09 mg% and 3.06 mg%, respectively. Tartaric acid was the major organic acid. Among the minerals in dried BR sprouts, the content of potassium was the highest (882.50 mg%) and those of magnesium and calcium were comparatively high (342.85 mg%, 274.30 mg%). BR sprouts ethanol extract significantly inhibited the HMG-CoA reductase activity in a concentration-dependent manner in vitro. Furthermore, nitrite scavenging ability and DPPH radical scavenging activity of the ethanol extract of BR sprouts were 64.25% and 69.29% at a concentration of 1,000 ${\mu}g$/mL, respectively. These results suggest that BR sprouts possess potential antioxidative capacity and HMG-CoA reductase inhibitory activity.
Seed viability is affected by storage conditions and rapid loss of viability in storage is the major cause for low germination. This study was carried out to examine the effect of packaging materials and storage temperature on seed germination rate over 10 years in two species (Capsicum annuum L. and Brassica rapa L. ssp. pekinensis) and determine effective storage conditions for maintaining seed viability. Seeds were packaged in aluminum poly pouches under vacuum, polyethylene bottles, and paper bags containing silica gel and stored under one of two controlled conditions ($15^{\circ}C$, RH 40% or $5^{\circ}C$, RH 30%) or at ambient condition. Seed germination was recorded at 6-month intervals for 10 years. The seeds of both species showed no decline in viability until 6.5 years at 15 or $5^{\circ}C$, irrespective of packaging materials. However, under ambient conditions, the seeds of chili pepper and Chinese cabbage in paper bags lost viability after 4 and 5 years, respectively. By contrast, seeds of both species in vacuum-aluminum poly pouches exhibited a 99% germination rate after 6 years under ambient conditions. Pepper seeds in the vacuum-aluminum poly pouches maintained a 93% germination rate after 10 years in ambient conditions. These results indicated that a special seed storage facility for maintaining viability of chili pepper and Chinese cabbage seed might not be essential and seed testing would not be necessary for 10 years, if chili pepper and Chinese cabbage seeds were packed in ambient/vacuum-aluminum poly pouches or $5^{\circ}C$/vacuum-aluminum poly pouches.
BSA-seq technologies, combined Bulked Segregant Analysis (BSA) and Next-Generation Sequencing (NGS), are making it faster and more efficient to establish the association of agronomic traits with molecular markers or candidate genes, which is the requirement for marker-assisted selection in molecular breeding. Clubroot disease, caused by Plasmodiophora brassicae, is a serious threat to Brassica crops. Even we have breed new clubroot resistant varieties of Chinese cabbage (B. rapa ssp. pekinesis), the underlying genetic mechanism is unclear. In this study, an $F_2$ population of 340 plants were inoculated with P. brassicae from Xinye (Pathotype 2 on the differentials of Williams). Resistance phenotype segregation ratio for the populations fit a 3:1 (R:S) segregation model, consistent with a single dominant gene model. Super-BSA, using re-sequencing the parents, extremely R and S DNA pools with each 50 plants, revealed 3 potential candidate regions on the chromosome A03, with the most significant region falling between 24.30 Mb and 24.75 Mb. A linkage map with 31 markers in this region was constructed with several closely linked markers identified. A Major QTL for clubroot resistance, CRq, which was identified with the peak LOD score at 169.3, explaining 89.9% of the phenotypic variation. And we developed a new co-segregated InDel marker BrQ-2. Joint BSA-seq and traditional QTL analysis delimited CRq to an 250 kb genomic region, where four TIR-NBS-LRR genes (Bra019409, Bra019410, Bra019412 and Bra019413) clustered. The CR gene CRq and closely linked markers will be highly useful for breeding new resistant Chinese cabbage cultivars.
Overusing chemical fertilizers involves potassium accumulation in the soil, which can become a toxicity problem in agriculture. This study was conducted to investigate the effect of potassium (K) treatment on growth, physiological characteristics, and morphological changes using Chinese cabbage (Brassica rapa L. ssp. campestris). With high (600 mM) K treatment, the plant growth traits of leaf length, leaf area, and fresh and dry weight of shoots and roots decreased, whereas chlorophyll content increased. As the concentration of K increasing, total N, P, and K increased in leaves, but concentrations of Ca, Mg, and Na decreased. However, Mn, Fe and Zn contents were highest in 100 mM K treatment. Chlorophyll a, b, and carotenoids increased with increasing K concentration. Maximum photochemical efficiency ($F_v/F_m$) was not significant in the all treatments, whereas $CO_2$ assimilation decreased with increasing K level due to stomatal degradation. Total free amino acids increased with the 10 and 100 mM K but decreased at 600 mM K treatments. Therefore, the growth and physiological characteristics of Chinese cabbage ascertained that tolerance up to 100 mM K when grown with nutrient solution in pot culture.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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