Kim, Min Gab;Kim, Sun Young;Kim, Woe Yeon;Mackey, David;Lee, Sang Yeol
Molecules and Cells
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v.25
no.3
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pp.323-331
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2008
Plants are continually exposed to a variety of potentially pathogenic microbes, and the interactions between plants and pathogenic invaders determine the outcome, disease or disease resistance. To defend themselves, plants have developed a sophisticated immune system. Unlike animals, however, they do not have specialized immune cells and, thus all plant cells appear to have the innate ability to recognize pathogens and turn on an appropriate defense response. Using genetic, genomic and biochemical methods, tremendous advances have been made in understanding how plants recognize pathogens and mount effective defenses. The primary immune response is induced by microbe-associated molecular patterns (MAMPs). MAMP receptors recognize the presence of probable pathogens and evoke defense. In the co-evolution of plant-microbe interactions, pathogens gained the ability to make and deliver effector proteins to suppress MAMP-induced defense responses. In response to effector proteins, plants acquired R-proteins to directly or indirectly monitor the presence of effector proteins and activate an effective defense response. In this review we will describe and discuss the plant immune responses induced by two types of elicitors, PAMPs and effector proteins.
In this study, resistance responses were investigated during the interaction of Botrytis fabae with two faba bean cultivars expressing different levels of resistance against this pathogen, Nubaria (resistant) and Giza 40 (susceptible). Disease severity was assessed on leaves using a rating scale from 1 to 9. Accumulation levels of reactive oxygen species (ROS), lipid peroxidation and antioxidant enzymes (superoxide dismutase, catalase and ascorbate peroxidase) were measured in leaf tissues at different times of infection. The expression profiles of two pathogenesis-related proteins (PRPs) encoded by the genes PR-1 and ${\beta}$-1,3-glucanase were also investigated using reverse transcription RT-PCR analysis. The accumulation of these defense responses was induced significantly in both cultivars upon infection with B. fabae compared with un-inoculated controls. The resistant cultivar showed weaker necrotic symptom expression, less ROS accumulation, a lower rate of lipid peroxidation and higher activity of the enzymatic ROS scavenging system compared with susceptible cultivar. Interestingly, ROS accumulated rapidly in the resistant leaf tissues and peaked during the early stages of infection, whereas accumulation was stronger and more intense in the susceptible tissues in later stages. Moreover, the response of the resistant cultivar to infection was earlier and stronger, exhibiting high transcript accumulation of the PR genes. These results indicated that the induction of oxidant/antioxidant responses and the accumulation of PRPs are part of the faba bean defense mechanism against the necrotrophic fungus B. fabae with a different intensity and timing of induction, depending on the resistance levels.
Many important horticultural and field crops are susceptible to virus infections or may possess a degree of resistance to some viruses, but become infected by others. Plant viruses enter cells through the presence of wounds, and replicate intracellularly small genomes that encode genes required for replication, cell-to-cell movement and encapsidation. There are numerous evidences from specific virus-host interactions to require the involvement of host factors and steps during viral replication cycle. However, viruses should deal with host defense responses either by general or specific mechanisms, targeting viral components or genome itself. On the other hand, the host plants have also adapted to defend themselves against viral attack by operating different lines of resistance responses. The defense-related interactions provide new insights into the complex molecular strategies for hosts for defense and counter-defense employed by viruses.
Park, Kyung-Soon;Suh, Mi-Chung;Cheong, Jong-Joo;Park, Doil
The Plant Pathology Journal
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v.15
no.5
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pp.295-301
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1999
Many of plant defense responses are consequence of transcriptional activation of related genes. We have developed a modified differential screening procedure to isolate tobacco genes that are involved in the defense responses against TMV infection. A cDNA library was constructed from Nicotiana glutinosa leaves infected by TMV under temperature shift conditions. Each of plasmid DNA in the library was hybridized on a set of slot blots to a pool of cDNA probes prepared from either TMV-infected or mock-treated tobacco leaves. Among 900 plasmid DNAs, 81 clones exhibiting significantly enhanced or reduced level of hybridization to either probe were selected for nucleotide sequencing. The clones were listed into 61 genes considering redundancy between the sequences. The genes were identified to be defense-related genes including PR-genes and genes involved in primary or secondary metabolisms. This results supports the implication that plant defense process entails a major shift in total cellular metabolisms rather than activation of a limited number of defense-related genes. Expression patterns of a number of defense-related genes. Expression patterns of a number of selected genes were examined in northern blot analyses. It is notable that the clone 630 of unknown function exhibits expression pattern similar to those of previously known PR-genes. Experiments to elucidate the roles in defense mechanism of a couple of genes newly identified in this study are in progress.
It is well known that NtMEK2, a tobacco MAPK kinase, is the upstream kinase of both salicylic acid-induced protein kinase and wound-induced protein kinase. In addition, expression of $NtMEK2^{DD}$, a constitutively active mutant of NtMEK2, is known to induce multiple defense responses in tobacco. In this study, transgenic rice plants that contained an active or inactive mutant of NtMEK2 under the control of a steroid inducible promoter were generated and used to determine if a similar MAPK cascade is involved in disease resistance in rice. The expression of $NtMEK2^{DD}$ in transgenic rice plants resulted in HR-like cell death. The observed cell death was preceded by the activation of endogenous rice 48-kDa MBP kinase, which is also activated by Xanthomonas oryzae pv. oryzae, the bacterial blight pathogen of rice. In addition, prolonged activation of the MAPK induced the generation of hydrogen peroxide and up-regulated the expression of defense-related genes including the pathogenesis-related genes, peroxidases and glutathione S-transferases. These results demonstrate that NtMEK2 is functionally replaceable with rice MAPK kinase in inducing the activation of the downstream MAPK, which in turn induces multiple defense responses in rice.
Protein phosphorylation is one of the major mechanisms for controlling many cellular processes in all living organisms. Mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascades are known to transducer extracellular stimuli to several cellular processes, including cell division, differentiation as well as responses to various stresses. In plants, several studies have revealed that MAPK cascade pathways play an important role in responses against biotic and abiotic stresses, including wounding, pathogen infection, temperature, drought, salinity and plant hormones. It is also known that MAPK cascades-mediated signaling is an essential process in the resistance step to pathogens by regulating the activity of transcription factors. Here, the insights into the functions of MAPK cascade pathways in plant defense response signaling from Arabidopsis, tobacco and rice are described.
An important recent advance in the field of plant-microbe interactions has been the cloning of genes that confer resistance to specific viruses, bacteria, fungi or insects. Disease resistance (R) genes encode proteins with predicted structural motifs consistent with them having roles in signal recognition and transduction. Plant disease resistance is the result of an innate host defense mechanism, which relies on the ability of plant to recognize pathogen invasion and efficiently mount defense responses. In tomato, resistance to the pathogen Pseudomonas syringae pv. tomato is mediated by the specific recognition between the tomato serine/threonine kinase Pto and bacterial protein AvrPto or AvrPtoB. This recognition event initiates signaling events that lead to defense responses including an oxidative burst, the hypersensitive response (HR), and expression of pathogenesis- related genes.
Host defense peptides are expressed in various immune cells, including phagocytic cells and epithelial cells. These peptides selectively alter innate immune pathways in response to infections by pathogens, such as bacteria, fungi, and viruses, and modify the subsequent adaptive immune environment. Consequently, they play a wide range of roles in both innate and adaptive immune responses. These peptides are of increasing importance due to their broad-spectrum antimicrobial activity and their functions as mediators linking innate and adaptive immune responses. This review focuses on the pleiotropic biological functions and related mechanisms of action of human host defense peptides and discusses their potential clinical applications.
Proceedings of the Korean Society of Plant Pathology Conference
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2003.10a
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pp.72.1-72
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2003
Generally, plants defend themselves against pathogens by structural and biochemical reactions. Defense structures act as physical barriers and inhibit the pathogen from gaining entrance and spreading through the plant. Xanthomonas axonopodis pv glycines, the causal pathogen of bacterial pustule of soybean, causes hypersensitive response (HR). When pepper fruits were inoculated with X. axonopodis pv. glycines, in situ, time-series defense-related structural changes occurred in the inoculated sites. Early responses were programmed cell death (PCD), characterized by condensation and vacuolization of the cytoplasm, condensation of nuclear materials, and fragmentation of the nuclear DNA, which were observed by transmission electron microscopy. Nuclear fragmentation was proven by TUNEL method under confocal laser scanning microscopy and DNA laddering through eletrophoresis. At later stages, plant responses were cell elongation and cell division, forming a periderm-like boundary layer that demarcated healthy tissues from the inoculation sites. Using several stains such as toluidine blue, sudan IV, annexin V, and phloroglucinol-HCl, defense-related materials and structural changes were also examined.
Drought is a major limiting factor in turfgrass management. Turfgrass responses to water deficit depend on the amount and the rate of water loss as well as the duration of the stress condition. This review paper was designed to understand responses such as photosynthesis, canopy spectral reflectance, plant cell, root, hormone and protein alteration when turfgrass got drought stress. Furthermore, mechanisms to recover from drought conditions were reviewed in detail. However, there are still many questions regarding plant adaptation to water deficit. It is not clear that the mechanism by which plants detect water deficit and transfer that signal into adaptive responses. Turfgrass research should focus on the best management practices such as how to enhance the ability of self-defense mechanism through understanding plant responses by environmental stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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