Amending biopolymers such as β-glucan (BG) and Xanthan gum (XG) generally enhances soil strength by ionic and hydrogen bonds between soil particles. Thus, biopolymers have been studied as eco-friendly construction materials in levees. However, physiological responses of plants grown on soil amended with biopolymers are not fully understood. This study focuses on the effects of biopolymers on the growth of Camelina sativa L. (Camelina) under excess zinc (Zn) stress. The optimal concentrations of BG and XG were confirmed to have a 0.5% ratio in soil depending on the physiological parameters of Camelina under excess Zn stress. The Zn binding capacity of biopolymers was investigated using 1,5-diphenylthiocarbazone (DTZ). The reduction of Zn damage in Camelina was evaluated by analyzing the Zn content and expression of heavy metal ATPase (HMA) genes under excess Zn stress. Amendments of BG and XG improved Camelina growth under excess Zn stress. In DTZ staining and ICP-OES analysis, Camelina grown on BG and XG soil showed less Zn uptake than normal soil under excess Zn stress. The Zn-inducible CsHMA3 gene was not stimulated by either BG or XG amendment under excess Zn stress. Moreover, both BG and XG amendments in soil exhibit Zn-stress mitigation similar to that of Zn-tolerant CsHMA3 overexpres sed Camelina. These results indicate that biopolymer-amended soils may influence the prevention of Zn absorption in Camelina under excess Zn stress. Thus, BG and XG are proven to be suitable materials for levee construction and can protect plants from soil contamination by Zn.
The biopolymer (BP) used in this study is mainly composed of xanthan gum and ${\beta}$-glucan derived from microorganism and has been introduced as a novel material for soil stabilization. However, the broad applicability of BP has been suggested in the field of geotechnical engineering while little information is available about the effects of BP on the vegetation. The goal of this study is to find the BP effects on the growth of Camelina sativa L. (Camelina) under drought condition. For more thorough evaluation of BP effects on the plant growth, we examined not only morphological but also physiological traits and gene expression patterns. After 25 days of drought treatment from germination in the soil amended with 0, 0.25, 0.5, and 1% BP, we observed that the BP concentration was strongly correlated the growth of Camelina. When plants were grown under drought stress, Camelina in 0.5% BP mixture showed better physiological parameters of the leaf stomatal conductance, electrolyte leakage and relative water content compared to those in control soil without BP. Plant recovery rate after re-watering was higher and the development of lateral root was lower in BP amended soil. RNA expression of Camelina leaf treated with/without drought for 7 and 10 days showed that aquaporin genes transporting solutes at bio-membrane, CsPIP1;4, 2;1, 2;6 and TIP1;2, 2;1, were induced more in the plants with BP amendment and drought treatment. These results suggest that the soil amended with BP has a positive effect on the transport of nutrients and waters into Camelina by improving water retention in soil under drought condition.
Kim, Hyojin;Go, Young Sam;Kim, Augustine Yonghwi;Lee, Sanghyeob;Kim, Kyung-Nam;Lee, Geung-Joo;Kim, Gi-Jun;Suh, Mi Chung
Journal of Plant Biotechnology
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v.41
no.3
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pp.146-158
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2014
Camelina sativa that belongs to Brassicaceae family is an emerging oilseed crop. Camelina seeds contain approximately 40% storage oils per seed dry weight, which are useful for human and animal diets and industrial applications. Microsomal delta-12 fatty acid desaturase2 (FAD2) catalyzes the conversion of oleic acid to linoleic acid. The polymorphisms of FAD2 genes are correlated with the levels of oleic acids in seed oils. Microsomal delta-12 fatty acid desaturase2 (FAD2) catalyzes the conversion of oleic acid to linoleic acid. The polymorphisms of FAD2 genes are correlated with the levels of oleic acids in seed oils. In this study, three CsFAD2 genes (CsFAD2-1, CsFAD2-2 and CsFAD2-3.1) were isolated from developing seeds of Camelina sativa (L.) cv. CAME. The nucleotide and deduced amino acid sequences of three CsFAD2 genes were compared with those from dicotyledon and monocotyledon plants including Camelina cultivars Sunesone and SRS933. Three histidine motifs (HECGH, HRRHH, and HVAHH) required for FAD activity and a hydrophobic valine or isoleucine residue, which is a SNP (single nucleotide polymorphism) marker related with enzyme activity are well conserved in three CsFAD2s. The expressions of CsFAD2-1 and CsFAD2-3.1 were ubiquitously detected in various Camelina organs, whereas the CsFAD2-2 transcripts were predominantly detected in flowers and developing seeds. The contents of oleic acids decreased, whereas the amounts of linoleic acid increased in dry seeds of transgenic fad2-2 lines expressing each CsFAD2 gene compared with fad2-2 mutant, indicating that three CsFAD2 genes are functionally active. The isolated CsFAD2 genes might be applicable in metabolic engineering of storage oils with high oleic acids in oilseed crops.
Camelina sativa L., known as popular names "gold-of-pleasure" or "false flax" is an alternative oilseed crop that can be grown under different climatic and soil conditions. Up to date, however, the genomic information of Camelina has not been studied in detail. Therefore, a cDNA library was constructed and characterized from young leaves. The constructed cDNA library incorporated of 1334 cDNA clones and the size of the insertion fragments average was 736 base pair. We generated a total of 1269 high-quality expressed sequence tags (ESTs) sequences. The result of cluster analysis of EST sequences showed that the number of unigene was 851. According to subsequent analysis, the 476 (55.9%) unigenes were highly homologous to known function genes and the other 375 (44.1%) unigenes were unknown. Remaining 63 (7.4%) unigenes had no homology with any other peptide in NCBI database, indicating that these seemed to be novel genes expressed in leaves of Camelina. The database-matched ESTs were further classified into 17 categories according to their functional annotation. The most abundant of categories were "protein with binding function or cofactor requirement (27%)", "metabolism (11%)", "subcellular localization (11%)", "cellular transport, transport facilities and transport routes (7%)", "energy (6%)", "regulation of metabolism and protein function (6%)". Our result in this study provides an overview of mRNA expression profile and a basal genetic information of Camelina as an oilseed crop.
Biopolymers have been known as eco-friendly soil strengthening materials and studied to apply levees. However, the effect of biopolymer on vegetation is not fully understood. In this study, we analyzed the root growth of Camelina sativa L. (Camelina) when the xanthan gum was amended to soil in Aluminum (Al) stress conditions. Amendment of 0.05% xanthan gum increased root growth of Camelina under Al stress conditions. Under the Al stress condition, expression of aluminum activate malate transporter 1 (ALMT1) gene of Camelina root was induced but showed a lower level of expression in xanthan gum amended soil than non-amended soil. Additionally, the binding capacity of xanthan gum with Al ions in the solution was confirmed. Using morin staining and ICP-OES analysis, the Al content of the roots in the xanthan gum soil was lower than in the non-xanthan gum soil. These results suggest that xanthan gum amended soils may reduce the detrimental effects of Al on the roots and positively affect the growth of plants. Therefore, xanthan gum is not only an eco-friendly construction material but also can protect the roots in the disadvantageous environment of the plant.
Park, Joon Sung;Choi, Young In;Kim, Augustine Yonghwi;Lee, Sang Hyub;Kim, Kyung-Nam;Suh, Mi Chung;Kim, Gi-Jun;Lee, Geung-Joo
Korean Journal of Agricultural Science
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v.40
no.3
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pp.177-182
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2013
A genus Camelina has been attracted as a promising oil crop, especially available in drought and marginal conditions. Due to more demands on arable land for bioenergy crops, price of agricultural products has been a challengeable issue. In that respect, development of Camelina crop with higher germination rate and germination energy can be a strategy to secure seedling establishment, nutrient uptake and long vegetative period. In order to be easily available in the field and laboratory conditions, Camelina seed needs to be optimized for its germination temperature. Germination temperature regime was in a range of 8 to $32^{\circ}C$ initially, and consecutively narrowed down to 8 to $20^{\circ}C$. Based on the temperature range, Camelina germinated greater than 96% at $8-16^{\circ}C$ in two weeks after sowing, but germination rate started to decrease at the higher than $24^{\circ}C$ and was significantly low at higher than $32^{\circ}C$. In terms of rapid time to reach the maximum germination rate and greater germination energy, temperature ranged from 12 to $16^{\circ}C$ was found to be desirable for Camelina germination. Although germinationa rate was greater at $16^{\circ}C$, lower temperature close to $12^{\circ}C$ would be favored for the field conditions where greater root growth leading to healthier seedlings and better nutrient or water availability is considerably demanded.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.196-196
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2017
Oilseed crop Camelina (Camelina sativa L.) is a suitable for biodiesel production that has high adaptability under low-nutrient condition like marginal land and requires low-input cost for cultivation. Enhanced abiotic stress tolerance of Camelina is very important for oil production under the wide range of different climate. CsRCI2s (Rare Cold Inducible 2) are related proteins in various abiotic stresses that predicted to localized at plasma membrane (PM) and endoplasmic reticulum (ER). These proteins are consist of eight-family that can be divided into tail (CsRCI2D/E/F/G) and no-tail (CsRCI2A/B/E/H) type of C-terminal. However, it is still less understood the function of C-terminal tail. In this study, CsRCI2D/H genes were cloned through gateway cloning system that used pCB302-3 as destination vector. And we used agrobacterium-mediated transformation system for generation of overexpression (OX) transformants. Overexpression of target gene was confirmed using RT-PCR and segregation ratio on selection media. We analyzed physiological response in media and soil under abiotic stresses using CsRCI2D and CsRCI2H overexpression plant. To compare abiotic stresses tolerance, wild type and CsRCI2D/H OX line seeds were sown on agar plate treated with various NaCl and mannitol concentration for 7 days. In the test of growth rate under abiotic stress on media, CsRCI2H OX line showed similar to NaCl and mannitol stress. In the other hand, CsRCI2D OX line showed to be improved stress tolerance that especially increased in 200mM NaCl but was similar on mannitol media. In greenhouse, WT and CsRCI2D/H OX lines for physiological analysis and productivity under abiotic stresses were treated 100, 150, 200mM NaCl. Then it was measured various parameters such as leaf width and length, plant height, total seed weight, flower number, seed number. CsRCI2H OX line in greenhouse did not show any changes in physiological parameters but CsRCI2D OX line was improved both physiological response and productivity under NaCl stress. Among physiological parameters of CsRCI2D OX line under NaCl stress, leaf length and width were observed shorter than WT but it were slightly longer than WT in 200mM NaCl stress. Furthermore, total seed weight of CsRCI2D OX line under stress displayed to decrease than WT in normal condition, but it was gradually raised with increasing NaCl stress then more than WT relatively. These results suggested CsRCI2D might be contribute to improve abiotic stress tolerance. However, function of CsRCI2H is need to more detail study. In conclusion, overexpression of CsRCI2s family can generate various environmental stress tolerance plant and may improve crop productivity for bio-energy production.
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