Korean ginseng is a medicinally important perennial herb from the family Araliaceae. It has been cultivated for its highly valued medicinal properties for over 1,000 years in east Asian countries such as China, Korea, and Japan. Due to its longtime cultivation in shady areas, ginseng is frequently exposed to pathogenic infections. Plants protect themselves from microbial pathogens using an array of defense mechanisms, some of which are constitutively active, while others are activated upon pathogen invasion. These induced defense responses, controlled by defense-related genes, require tradeoffs in terms of plant fitness. We hypothesize that ginseng, as with other plants, possesses regulatory mechanisms that coordinate the activation of attacker-specific defenses in order to minimize fitness costs while attaining optimal resistance. Several classes of defense-related genes are induced by infection, wounds, irradiation, and other abiotic stresses. Both salicylates and jasmonates have been shown to cause such responses, although their specific roles and interactions in signaling and development are not fully understood in ginseng. This review summarizes possible defense-related genes in ginseng based on their expression patterns against biotic and abiotic stresses and describes their functional roles.
Ahn, Soon Young;Baek, Kwang-Hyun;Moon, Yong Sun;Yun, Hae Keun
The Plant Pathology Journal
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v.29
no.1
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pp.110-115
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2013
Theobroxide, a novel compound isolated from a fungus Lasiodiplodia theobromae, stimulates potato tuber formation and induces flowering of morning glory by initiating the jasmonic acid synthesis pathway. To elucidate the effect of theobroxide on pathogen resistance in plants, Nicotiana benthamiana plants treated with theobroxide were immediately infiltrated with Pseudomonas syringae pv. tabaci. Exogenous application of theobroxide inhibited development of lesion symptoms, and growth of the bacterial cells was significantly retarded. Semiquantitative RT-PCRs using the primers of 18 defense-related genes were performed to investigate the molecular mechanisms of resistance. Among the genes, the theobroxide treatment increased the expression of patho-genesis-related protein 1a (PR1a), pathogenesis-related protein 1b (PR1b), glutathione S-transferase (GST), allen oxide cyclase (AOC), and lipoxyganase (LOX). All these data strongly indicate that theobroxide treatment inhibits disease development by faster induction of defense responses, which can be possible by the induction of defense-related genes including PR1a, PR1b, and GST triggered by the elevated jasmonic acid.
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.
Sweetpotato (Ipomoea batatas [L.]) is a globally important root crop cultivated for food and industrial processes. The crop is susceptible to the root-knot nematode (RKN) Meloidogyne incognita, a major plant-parasitic RKN that reduces the yield and quality of sweetpotato. Previous transcriptomic and proteomic analyses identified several genes that displayed differential expression patterns in susceptible and resistant cultivars in response to M. incognita infection. Among these, several sporamin genes were identified for RKN resilience. Sporamin is a storage protein primarily found in sweetpotato and morning glory (Ipomoea nil). In this study, transcriptional analysis was employed to investigate the role of sporamin genes in the defense response of sweetpotato against RKN infection in three susceptible and three resistant cultivars. Twenty-three sporamin genes were identified in sweetpotato and classified as group A or group B sporamin genes based on comparisons with characterized sweetpotato and Japanese morning glory sporamins. Two group A sporamin genes showed significantly elevated levels of expression in resistant but not in susceptible cultivars. These results suggest that the elevated expression of specific sporamin genes may play a crucial role in protecting sweetpotato roots from RKN infection.
Pepper and tomato plants infected with two Clavibacter species, C. capsici and C. michiganensis have shown different patterns of disease development depending on their virulence. Here, we investigated how pepper and tomato plants respond to infection by the high-virulent or low-virulent Clavibacter strains. For this, we chose two strains of each Clavibacter species to show different virulence level in the host plants. Although low-virulent strains showed less disease symptoms, they grew almost the same level as the high-virulent strains in both plants. To further examine the response of host plants to Clavibacter infection, we analyzed the expression patterns of plant defense-related genes in the leaves inoculated with different strains of C. capsici and C. michiganensis. Pepper plants infected with high-virulent C. capsici strain highly induced the expression of CaPR1, CaDEF, CaPR4b, CaPR10, and CaLOX1 at 5 days after inoculation (dai), but their expression was much less in low-virulent Clavibacter infection. Expression of CaSAR8.2 was induced at 2 dai, regardless of virulence level. Expression of GluA, Pin2, and PR2 in tomato plants infected with high-virulent C. michiganensis were much higher at 5 dai, compared with mock or low-virulent strain. Expression of PR1a, Osmotin-like, Chitinase, and Chitinase class 2 was increased, regardless of virulence level. Expression of LoxA gene was not affected by Clavibacter inoculation. These results suggested that Clavibacter infection promotes induction of certain defense-related genes in host plants and that differential expression of those genes by low-virulent Clavibacter infection might be affected by their endophytic lifestyle in plants.
In this study, a tissue-specific GAL4/UAS activation tagging system was used for the characterization of genes which could induce lethality when ubiquitously expressed. A dominant mutant exhibiting stunted growth was isolated and named defective root development 1-D (drd1-D). The T-DNA tag was located within the promoter region of AtTX12, which is predicted to encode a truncated nucleotide-binding leucine-rich repeat (NLR) protein, containing a Toll/interleukin-1 receptor (TIR) domain. The transcript levels of AtTX12 and defense-related genes were elevated in drd1-D, and the misexpression of AtTX12 recapitulated the drd1-D phenotypes. In the presence of ENHANCED DISEASE SUSCEPTIBILITY 1 (EDS1), a key transducer of signals triggered by TIR-type NLRs, a low-level of AtTX12 misexpression induced strong defective phenotypes including seedling lethality whereas, in the absence of EDS1, a high-level of AtTX12 misexpression induced weak growth defects like dwarfism, suggesting that AtTX12 might function mainly in an EDS1-dependent and partially in an EDS1-independent manner.
Proceedings of the Korean Society of Plant Pathology Conference
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2003.10a
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pp.29-29
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2003
Incompatible plant-pathogen interactions result in the rapid cell death response known as hypersensitive response (HR) and activation of host defense-related genes. To understand the molecular and cellular mechanism controlling defense response better, several approaches including isolation and characterization of novel genes, promoter analysis of those genes, protein-protein interaction analysis and reverse genetic approach etc. By using the yeast two-hybrid system a clone named Tsipl, Tsil -interacting protein 1, was isolated whose translation product apparently interacted with Tsil, an EREBP/AP2 type DNA binding protein. RNA gel blot analysis showed that the expression of Tsipl was increased by treatment with NaCl, ethylene, salicylic acid, or gibberellic acid. Transient expression analysis using a Tsipl::smGFP fusion gene in Arabidopsis protoplasts indicated that the Tsipl protein was targeted to the outer surface of chloroplasts. The targeted Tsipl::smGFP proteins were diffused to the cytoplasm of protoplasts in the presence of salicylic acid (SA) The PEG-mediated co-transfection analysis showed that Tsipl could interact with Tsil in the nucleus. These results suggest that Tsipl-Tsil interaction might serve to regulate defense-related gene expression. Basically the useful promoters are valuable tools for effective control of gene expression related to various developmental and environmental condition.(중략)
Effects of chitosan on growth of tomato plant, and suppression of Fusaruim wilt caused by Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici and late blight casued by Phytophthora infestans, were examined. Both late blight and fusarium wilt were suppressed by spray and irrigation of chitosan, respectively. Inhibition of mycelial growth was not greatly affected by molecular size of chitosan but, concentration dependent effects was observed. Ninty percent of P. infestans and 80% of F. oxysporum f. sp. lycopersici of mycelial growth was inhibited by 1,000 ppm of chitosan (MW 30,000~50,000) when amended in plate media. Induction of defense-related gene expression in plant by chitosan treatments were observed when chitosan treated tobacco and tomato RNA samples were hybridized with several defense-related genes as probes. The results revealed that $\beta$-1,3-glucanase and chitinase genes were strongly induced, while pathogenesis-related protein-1, 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase, anionic peroxidase, phenylalanine ammonia lyase genes were weakly induced by chitosan treatment. These results suggest that chitosan have dual effects on these host-pathogen interactions. Possible roles of chitosan in suppression of tomato diseases by inhibition of mycelial growth and activation of plant defense responses are discussed.
Seaweeds produce antioxidants to counteract environmental stresses, and these antioxidant genes are regarded as important defense strategies for marine algae. In this study, the expression of Pyropia yezoensis (Bangiales, Rhodophyta) ascorbate peroxidase (PyAPX) and manganese-superoxide dismutase (PyMnSOD) was examined by qRT-PCR in P. yezoensis blades under abiotic stress conditions. Furthermore, the functional relevance of these genes was explored by overexpressing them in Chlamydomonas. A comparison of the different expression levels of PyAPX and PyMnSOD after exposure to each stress revealed that both genes were induced by high salt and UVB exposure, being increased approximately 3-fold after 12 h. The expression of the PyAPX and PyMnSOD genes also increased following exposure to $H_2O_2$. When these two genes were overexpressed in Chlamydomonas, the cells had a higher growth rate than control cells under conditions of hydrogen peroxide-induced oxidative stress, increased salinity, and UV exposure. These data suggest that Chlamydomonas is a suitable model for studying the function of stress genes, and that PyAPX and PyMnSOD genes are involved in the adaptation and defense against stresses that alter metabolism.
Proceedings of the Korean Society of Plant Pathology Conference
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2003.10a
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pp.81.1-81
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2003
Although plants have evolved to possess various defense mechanisms from local biotic and abiotic stressors, most of yield loss is caused by theses stressors. Recent studies have revealed that several different stress responsive reactions are inter-networking. Therefore, the identification and dissection of stress responsive genes is an essential and first step towards understanding of the global defense mechanism in response to various stressors. For this purpose, we applied cDNA microarray analysis, because it has powerful ability to monitor the global gene expression in a specific situation. To date, more than 10,000 non-redundant genes were identified from seven different cDNA libraries and deposited in our EST database (http://plant.pdrs.re.kr/ks200201/pepper.html). For this study, we have built 5K cDNA microarray containing 4,685 unigene clones from three different cDNA libraries. Monitoring of gene expression profiles of hot pepper interactions with biotic stress, abiotic stresses and chemical treatments will be presented. Although this work shows expression profiling at the sub-genomic level, this could be a good starting point to understand the complexity of global defense mechanism in hot pepper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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