Rahman, Md. Atikur;Lee, Sang-Hoon;Choi, Gi Jun;Ji, Hee Jung;Kim, Won Ho;Lee, Ki-Won
Journal of The Korean Society of Grassland and Forage Science
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v.37
no.3
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pp.237-241
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2017
Drought is one of the detrimental factors that impair plant growth and productivity. In this study, we applied annealing control primer (ACP)-based reverse transcriptase PCR (polymerase chain reaction) technique to identify differentially expressed genes (DEGs) in maize leaves in response to drought stress. Two-week-old maize seedlings were exposed to drought (DT) by suspending water supply. DEGs were screened after 3 days of DT-treated samples using the ACP-based technique. Several DEGs encoding 16.9 protein, antimicrobial protein, hypothetical protein NCLIV_068840, thioredoxin M-type were identified in maize leaves under drought stress. These genes have putative functions in plant defense response, growth and development. These identified genes would be useful for predictive markers of plant defense, and growth responses under drought stress in plants.
Ji Chul Nam;Padam Shekhar Bhatt;April Bonnard;Dinesh Pujara;Hong-Gu Kang
The Plant Pathology Journal
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v.40
no.5
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pp.438-450
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2024
Arabidopsis MORC1 (Microrchidia) is required for multiple levels of immunity. We identified 14 MORC1-interacting proteins (MIPs) via yeast two-hybrid screening, eight of which have confirmed or putative nuclear-associated functions. While a few MIP mutants displayed altered bacterial resistance, MIP13 was unusual. The MIP13 mutant was susceptible to Pseudomonas syringae, but when combined with morc1/2, it regained wild-type resistance; notably, morc1/2 is susceptible to the same pathogen. MIP13 encodes MED9, a mediator complex component that interfaces with RNA polymerase II and transcription factors. Expression analysis of defense genes PR1, PR2, and PR5 in response to avirulent P. syringae revealed that morc1/2 med9 expressed these genes in a slow but sustained manner, unlike its lower-order mutants. This expression pattern may explain the restored resistance and suggests that the interplay of MORC1/2 and MED9 might be important in curbing defense responses to maintain fitness. Indeed, repeated challenges with avirulent P. syringae triggered significant growth inhibition in morc1/2 med9, indicating that MED9 and MORC1 may play an important role in balancing defense and growth. Furthermore, the in planta interaction of MED9 and MORC1 occurred 24 h, not 6 h, post-infection, suggesting that the interaction functions late in the defense signaling. Our study reveals a complex interplay between MORC1 and MED9 in maintaining an optimal balance between defense and growth in Arabidopsis.
The genomes of plants contain more than 600 genes encoding a diverse set of proteases and the subunits of proteasomes. These proteases and proteasomes consist of plant proteolytic systems, which are involved in various cellular metabolic processes. Plant proteolytic systems have been shown to have diverse roles in defense responses, such as execution of the attack on the invading organisms, participation in signaling cascades, and perception of the invaders. In order to provide a framework for illustrating the importance of proteolytic systems in plant defense, characteristics of non-proteasome proteases and the 26S proteasome are summarized. The involvement of caspase-like proteases, saspases, apoplastic proteases, and the 26S proteasome in pathogen defense suggests that plant proteolytic systems are essential for defense and further clarity on the roles of plant proteases in defense is challenging but fundamentally important to understand plant-microbe interactions.
Host resistance is usually parasite-specific and is restricted to a particular pathogen races, and commonly is expressed against specific pathogen genotypes. In contrast, resistance shown by an entire plant species to a species of pathogen is known as non-host resistance. Therefore, non-host resistance is the more common and broad form of disease resistance exhibited by plants. As a first step to understand the mechanism of non-host plant defense, expressed sequence tags (EST) were generated from a hot pepper leaf cDNA library constructed from combined leaves collected at different time points after inoculation with non-host soybean pustule pathogen (Xanthomonas axonopodis pv. Glycines; Xag). To increase gene diversity, ESTs were also generated from cDNA libraries constructed from anthers and flower buds. Among a total of 10,061 ESTs, 8,525 were of sufficient quality to analyze further. Clustering analysis revealed that 55 % of all ESTs (4685) occurred only once. BLASTX analysis revealed that 74% of the ESTs had significant sequence similarity to known proteins present in the NCBI nr database. In addition, 1,265 ESTs were tentatively identified as being full-length cDNAs. Functional classification of the ESTs derived from pathogen-infected pepper leaves revealed that about 25% were disease- or defense-related genes. Furthermore, 323 (7%) ESTs were tentatively identified as being unique to hot pepper. This study represents the first analysis of sequence data from the hot pepper plant species. Although we focused on genes related to the plant defense response, our data will be useful for future comparative studies.
Kim, Jung-Koo;Baek, Seung-A;Yoon, Seok-Joo;Park, Han-Jin;Lee, Suk-Chan;Lee, Tae-Soo;Im, Kyung-Hoan
The Plant Pathology Journal
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v.25
no.2
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pp.172-178
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2009
To obtain global gene expression profiles of Arabidopsis thaliana by acid stress, seedlings were subjected to low pH stress. Using Affymetrix AH1 chips covering 24,000 genes, we analyzed gene expression patterns. Fifty-four genes were up-regulated, and 38 were down-regulated more than 3-fold after 2 h of acid stress (pH 3.0). Several defense and abiotic stress-related genes were recognized among the up-regulated genes and peroxidase and extensin genes were identified among the down-regulated genes. After 12 h treatment, relatively fewer genes showed changed expression, indicating that plants seem to adjust themselves to this abiotic stress. Most of the up-regulated genes are already known to be involved in abiotic stress responses and pathogen attacks, especially wounding. However, down-regulated genes for the members of extensins and peroxidases are specific to the acid treatment. These results suggest that acid treatment turns on genes involved in stress responses, especially in wounding and turns off genes very specific for the acid stress.
Several genes/QTLs governing resistance/tolerance to abiotic and biotic stresses have been reported and mapped in rice. A QTL for submergence tolerance was found to be co-located with a major QTL for broad-spectrum bacterial leaf blight (bs-blb) resistance on the long arm of chromosome 5 in indica cultivars FR13A and IET8585. Using the Nipponbare (japonica) and 93-11 (indica) genome sequences, we identified, in silico, candidate genes in the chromosomal region [Kottapalli et al. (2006)]. Transcriptional profiling of FR13A and IET8585 using a rice 22K oligo array validated the above findings. Based on in silico analysis and arraying we observed that both cultivars respond to the above stresses through a common signaling system involving protein kinases, adenosine mono phosphate kinase, leucine rich repeat, PDZ/DHR/GLGF, and response regulator receiver protein. The combined approaches suggest that transcription factor EREBP on long arm of chromosome 5 regulates both submergence tolerance and blb resistance. Pyruvate decarboxylase and alcohol dehydrogenase, co-located in the same region, are candidate downstream genes for submergence tolerance at the seedling stage, and t-snare for bs-blb resistance. We also detected up-regulation of novel defense/stress-related genes including those encoding fumaryl aceto acetate (FAA) hydrolase, scramblase, and galactose oxidase, in response to the imposed stresses.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.7
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pp.3582-3588
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2013
Expressed sequence tag (EST) library was constructed from A. tamarense. Base sequences of EST clones were analyzed and saxitoxin biosynthesis-related genes were cloned. Sequences of 827 clones were analyzed and 564 EST were functionally clustered using Blast searches against GenBank. Main genes in the EST had functions on cellular organization, cell metabolism, energy, cell cycle and DNA processing, cellular transport and transport, cell rescue, defense, death and aging, and transcription. Moreover, expression of S-adenosylmethionine synthetase and H2A histone family genes were increased in the toxic A. tamarense. These results show that two genes could be a good biomarkers for the detection of saxitoxin biosynthesis in the A. tamarense.
Root colonization by Pseudomonas chlororaphis O6 induces systemic drought tolerance in Arabidopsis thaliana. Microarray analysis was performed using the 22,800-gene Affymetrix GeneChips to identify differentially-expressed genes from plants colonized with or without P. chlororaphis O6 under drought stressed conditions or normal growth conditions. Root colonization in plants grown under regular irrigation condition increased transcript accumulation from genes associated with defense, response to reactive oxygen species, and auxin- and jasmonic acid-responsive genes, but decreased transcription factors associated with ethylene and abscisic acid signaling. The cluster of genes involved in plant disease resistance were up-regulated, but the set of drought signaling response genes were down-regulated in the P. chlororaphis O6-colonized under drought stress plants compared to those of the drought stressed plants without bacterial treatment. Transcripts of the jasmonic acid-marker genes, VSP1 and pdf-1.2, the salicylic acid regulated gene, PR-1, and the ethylene-response gene, HEL, also were up-regulated in plants colonized by P. chlororaphis O6, but differed in their responsiveness to drought stress. These data show how gene expression in plants lacking adequate water can be remarkably influenced by microbial colonization leading to plant protection, and the activation of the plant defense signal pathway induced by root colonization of P. chlororaphis O6 might be a key element for induced systemic tolerance by microbes.
Kim, Hong-Nam;Cha, Jae-Soon;Cho, Tae-Ju;Kim, Hak-Yong
Animal cells and systems
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v.7
no.3
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pp.213-219
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2003
The response of plants to pathogens and wounding is dependent upon very sensitive perception mechanisms. Although genetic approaches have revealed a variety of resistance genes that activate common defense responses, defense-related proteins are not well characterized in plants. Therefore, we used a proteomic approach to determine which defense-related proteins are induced by salicylic acid (SA) and wounding in Chinese cabbage. We found that SA and wounding induce pathogenesis-related protein 1a (PR1a) at both protein and mRNA levels using proteomics and Northern blot analysis, respectively. This indicates that our proteomic approach is useful for identifying defense-related proteins. We also identified several other proteins that are induced by SA or wounding. Among the seven SA-induced proteins identified, four may be defense-related, including defense-related protein, phospholipase D (PLD), resistance protein RPS2 homolog, and L-ascorbate peroxidase. Out of the six wounding-induced proteins identified, three may be defense-related: heat shock cognate protein 70 (HSC70), polygalacturonase, and peroxidase P7. The precise functions of these proteins in plant defense responses await further study. However, identification of the defense-related proteins described in this study should allow us to better understand the mechanisms and signal transduction pathways involved in defense responses in Chinese cabbage.
On screening pathogen-resistant soybean, we identified a WRKY type transcription factor named a Glycine max WRKY1 (GmWRKY1). Expression of GmWRKY1 gene was induced in the soybean sprout by Pseudomonas infection. The GmWRKY1 was expressed in all of the tissues with high levels in stems, leaves and developing seeds. The protein Gm WRKY1 contains highly conserved two WRKY DNA-binding domains having two $C_2-H_2$ zinc-finger motif ($C-X_{4-5}-C-X_{22-23}-H-X-H$) in its N-terminal and C-terminal amino acid sequences. In electrophoresis mobility shift assay, the GmWRKY1 protein bound specifically to W-box elements in the promoters of defense related genes. These results demonstrated that GmWRKY1 is one of the soybean WRKY family genes and the plant-specific transcription factors for defense processes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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