Kyu Kyu Thin;Alebel Mekuriaw;Hyerim Do;Inhwa Yeam;Je Min Lee
한국자원식물학회:학술대회논문집
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한국자원식물학회 2022년도 추계학술대회
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pp.29-29
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2022
The fast-changing climatic conditions make plants to be vulnerable to many abiotic stresses. Drought stress is one of the limiting factors that affect pepper production in water deficient regions. It affects plant growth and development by altering physiological, morphological, and metabolic processes. Breeding drought tolerant varieties is one of the mitigation strategies to overcome the ever increasing drought disaster. Hence, screening of new drought tolerant pepper genotypes is essential. The current study was aimed to identify new drought tolerant genotypes among the collection of pepper genetic resources. In total, 70 pepper genotypes were screened for drought tolerance after exposure to drought stress condition. The pepper genotypes were classified as highly tolerant, intermediate, or severely sensitive to drought stress based on the phenotypic analysis. Consequently, 13 genotypes significantly exhibited higher recovery rate after drought stress and were classified as highly tolerant. Comparative analysis of morphological and physiological parameters and expression of drought responsive genes between tolerant and susceptible pepper genotypes will be presented and discussed. The identified tolerant genotypes will be useful resources for breeding drought tolerant pepper cultivars.
In order to examine the cross-tolerance of two chilling-tolerant cultivars (Donganbyeo and Heukhyangbyeo) and two chilling-susceptible cultivars (Hyangmibyeo and Taekbaekbyeo) to salt, paraquat, and drought, changes of physiological response and antioxidant enzymes were investigated. The seedlings were grown in a growth chamber until the 4-leaf stage. The seedlings were exposed to chilling at $5^{\circ}C$ for 3 days. For drought treatment, the seedlings were subjected to drought by withholding water from plants for 5 days. For paraquat study, plants were sprayed with $300{\mu}M$ paraquat. For the salt stress, the seedlings were transferred to the Hoagland's nutrient solution containing 0.6% (w/v) NaCl for 4 days. Chilling-tolerant cultivars showed cross-tolerant to other stresses, salt, paraquat, and drought in physiological parameters, such as leaf injury, chlorophyll a fluorescence, and lipid peroxidation. The baseline levels of antioxidative enzyme activities, catalase (CAT) and peroxidase (POX) activities in chilling-tolerant cultivars were higher than in the chilling-susceptible cultivars. However, there were no differences in ascorbate peroxidase (APX) and glutathione reductase (GR) activities between chilling-tolerant and -susceptible cultivars in untreated control. CAT activity in chilling-tolerant cultivars was higher than that in chilling-susceptible cultivars during chilling, salt, and drought treatments, but not during paraquat treatment. However, other antioxidative enzymes, APX, POX, and GR activities showed no significant differences between chilling-tolerant and -susceptible cultivars during chilling, salt, paraquat, and drought treatments. Thus, it was assumed that CAT contribute to cross-tolerance mechanism of chilling, salt, and drought in rice plants.
환경변화 중요성과 유전적 안전성은 최근에 증가추세의 형질전환 작물에 인식되고 있다. 본 실험은 건조저항성 형질전환체 작물의 유전적인 안전성과 환경변이에 따른 농업적인 특성을 분석하였다. 내건성 형질전환체인 CaMsrB2-8, 23과 모품종인 '일미' 및 일반품종을 대조구로 GM필드에서 작물학적 생육특성을 조사하였다. 농업적인 생육 특성에서 CaMsrB2-8, 23 계통은 모품종인 '일미'와 년차간, 지역별 평균으로 표현형은 유사하였다. 수량에서 년도별, 지역별 차이는 있지만 통계적인 유의성은 없었다. 현미의 미립특성에서 CaMsrB2-8, 23은 모품종인 '일미'와 차이를 보이지 않았다. 현미의 화학적 성분 분석에서 CaMsrB2-2 계통의 전분과 단백질함량은 모품종인 '일미'보다 일반품종인 '일품' 화학적 성분함량이 유사하였다. 본 실험결과에서 내건성 형질전환체인 CaMsrB2-8, 23는 GM 작물의 후대에서도 유전적인 안전성과 함께 수행될 수 있을 것으로 사료된다.
한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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pp.165-165
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2017
Abiotic stress is one of the major serious limiting factors in rice (Oryza sativa) and caused rice production losses. It is important to precisely screen valuable genetic resources for improving stress tolerance and understanding tolerance mechanism to abiotic stresses. Because there are differences of experiment designs for screening of tolerant plant in several studies related to abiotic stress, this study has performed to provide the rapid and efficiency screening method for selection of tolerance rice to drought and salinity stresses. Two week-old rice seedlings that reached about three leaf stage were treated with drought and salinity stresses and examined tolerant levels with tolerant and susceptible control varieties, and transgenic plants. To determine the optimum concentration for the selection of drought and salinity condition, tolerant, susceptible and wild-type plants were grown under three soil moisture contents (5, 10 and 20% water contents) and three NaCl concentrations (100, 200 and 250 mM) for 10 days at seedling stage. 200 mM NaCl concentration and 5% moisture content soil were determined as the optimum conditions, respectively. The described methodologies in this study are simple and efficiency and might help the selection of drought and salinity tolerance plants at the 3,4-leaf-seedling stage.
Park, Dong-Jin;Im, Hyeon-Jeong;Jeong, Mi-Jin;Song, Hyeon-Jin;Kim, Hak-Gon;Suh, Gang-Uk;Ghimire, Balkrishna;Choi, Myung-Suk
Journal of Forest and Environmental Science
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제34권3호
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pp.224-234
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2018
An efficient method to select drought tolerant Korean native plants using in vitro culture system was established in this study. While the plant growths and root inductions of each plant were proportionately affected by concentrations of mannitol on in vitro culturing seven plant species to test tolerance to osmotic stress, growth index (GI) and number of root induction of Chrysanthemi zawadskii var. latilobum and Dianthus chinensis var. semperflorens plantlets were higher than the others in 125mM mannitol. In test with polyethylene glycol (PEG), plantlets of C. zawadskii var. latilobum and D. chinensis var. semperflorens showed higher GI and number of root induction than the others in 33.3mM. On testing whether the well grown plants under osmotic stress are tolerant to virtual drought stress, there were significant differences in the withering rates of C. zawadskii var. latilobum and D. chinensis and those of were Aster yomena and Centaurea cyanus after 12 days without watering. It was found that significantly lower stomata numbers were shown in both drought tolerant plants than the sensitive plants. Averages of the stomata circumferences and the stomata area in the plantlets of the tolerant species were larger than those of the sensitive plants D. chinensis var. semperflorens showed the lowest transpiration level per unit area. The highest stomatal area per unit area was found in C. zawadskii, followed by D. chinensis var. semperflorens, Aster yomena and C. cyanus. In conclusion, C. zawadskii var. latilobum and D. chinensis var. semperflorens were more tolerant to drought than other two species. Furthermore in vitro selection was successfully used to screen drought tolerance species of native plant species.
본 연구는 9종의 국화과 식물을 대상으로, 생리적 특성 및 생화학적 물질을 관찰함으로써 내건성식물을 선발하였다. 크기와 생장이 균일한 식물체를 선발한 후, 단수처리를 통하여 건조 스트레스를 유발하였다. 내건성식물 선발을 위해 엽록소함량, 엽록소함량, 상대수분함수량, 상대수분손실량, 프롤린, 환원당을 단수일로부터 30일동안 관찰하였다. 식물 생존율은 단풍취, 벌개미취, 참취, 좁은잎구절초 순으로 높게 나타났고, 나머지 5종은 고사하였다. 내건성식물 선발을 위한 나머지 요인들은 높은 생존율을 얻은 식물종을 기준으로 판단되었다. 그러나 엽록소함량은 단풍취, 단양쑥부쟁이, 벌개미취 순으로 높은 값을 보여, 단풍취와 벌개미취를 제외하고는 생존율과 연관성을 갖지 않는다고 판단되었다. 반면에 상대수분함수량, 상대수분손실량, 프롤린, 환원당에서는 참취, 단풍취, 벌개미취 3종이 상대적으로 높은 내건성식물로 판단되었고, 생존율과도 비슷한 연관성을 나타내었다. 결론적으로 국화과 식물 9종 중 참취, 단풍취, 벌개미취 3종이 상대적으로 내건성이 높다고 판단되었다.
본 연구에서는 내건성 식물 선발을 위한 최적 인자를 구명하고, 이들 내건성 식물들의 생장특성을 조사하였다. 건조저항인자에 대한 나머지 건조저항일(RD), 엽면적(LD), 단위증산량(UTR), 상대함수량(RWC), 상대수분손실량(RWL), 엽면적(LA), 기공수(SN) 및 기공면적(SA) 등 6개 인자들을 비교한 결과 상대수분손실량과 단위증산량이 건조저항일에 많은 영향을 주는 것으로 나타났다. PCA분석 결과 SA, LA, RD는 한그룹으로 RWC와 SN은 다른 한 그룹으로 구분되었고, UTR은 SA, LA와, RWL은 RWC와 SN과 음의 상관을 보였다. 상기 결과를 종합하여 느릅나무, 도깨비바늘, 뚝갈, 매듭풀, 새, 더위지기, 맑은대쑥, 독말풀, 긴담배풀, 소리쟁이, 비수리, 장구채, 개기장, 도깨비가지를 내건성 식물 종으로 선발하였고, 이들에 대한 생장시험을 수행하였다. 절토사면지에서 내건성 식물의 줄기생장은 식물 종간에 약간의 차이를 보였는데, 줄기생장과 잎의 수는 느릅나무를 제외하고 폿트에서는 차이를 보이지 않았다. 그러나 절토사면지에서 내건성 식물 뿌리 생장과 T/R율은 폿트생장과 큰 차이를 보였고, 특히 T/R율은 폿트묘보다 월등히 낮았다. 이 결과로 보아 선발된 내건성 식물은 절토사면지와 같이 척박한 토양에서도 잘 적응할 것으로 나타나 내건성 식물의 육종 등에 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
Potato (Solanum tuberosum L.) is the third most important food crop, and breeding drought-tolerant varieties is vital research goal. However, detailed molecular mechanisms in response to drought stress in potatoes are not well known. In this study, we developed EMS-mutagenized potatoes that showed significant tolerance to drought stress compared to the wild-type (WT) 'Desiree' cultivar. In addition, changes to transcripts as a result of drought stress in WT and drought-tolerant (DR) plants were investigated by de novo assembly using the Illumina platform. One-week-old WT and DR plants were treated with -1.8 Mpa polyethylene glycol-8000, and total RNA was prepared from plants harvested at 0, 6, 12, 24, and 48 h for subsequent RNA sequencing. In total, 61,100 transcripts and 5,118 differentially expressed genes (DEGs) displaying up- or down-regulation were identified in pairwise comparisons of WT and DR plants following drought conditions. Transcriptome profiling showed the number of DEGs with up-regulation and down-regulation at 909, 977, 1181, 1225 and 826 between WT and DR plants at 0, 6, 12, 24, and 48 h, respectively. Results of KEGG enrichment showed that the drought tolerance mechanism of the DR plant can mainly be explained by two aspects, the 'photosynthetic-antenna protein' and 'protein processing of the endoplasmic reticulum'. We also divided eight expression patterns in four pairwise comparisons of DR plants (DR0 vs DR6, DR12, DR24, DR48) under PEG treatment. Our comprehensive transcriptome data will further enhance our understanding of the mechanisms regulating drought tolerance in tetraploid potato cultivars.
Among abiotic stresses in plants, drought and chilling stresses reduce the supply of moisture to plant tissues, inhibit photosynthesis, and severely reduce plant growth and yield. Thus, the application of water stress-tolerant agents can be a useful strategy to maintain plant growth under abiotic stresses. This study assessed the effect of exogenous bio-based 2,3-butanediol (BDO) application on drought and chilling response in tomato and turfgrass, and expression levels of several plant signaling pathway-related gene transcripts. Bio-based 2,3-BDOs were formulated to levo-2,3-BDO 0.9% soluble concentrate (levo 0.9% SL) and meso-2,3-BDO 9% SL (meso 9% SL). Under drought and chilling stress conditions, the application of levo 0.9% SL in creeping bentgrass and meso 9% SL in tomato plants significantly reduced the deleterious effects of abiotic stresses. Interestingly, pretreatment with levo-2,3-BDO in creeping bentgrass and meso-2,3-BDO in tomato plants enhanced JA and SA signaling pathway-related gene transcript expression levels in different ways. In addition, all tomato plants treated with acibenzolar-S-methyl (as a positive control) withered completely under chilling stress, whereas 2,3-BDO-treated tomato plants exhibited excellent cold tolerance. According to our findings, bio-based 2,3-BDO isomers as sustainable water stress-tolerant agents, levo- and meso-2,3-BDOs, could enhance tolerance to drought and/or chilling stresses in various plants through somewhat different molecular activities without any side effects.
Min, Hye Jo;Jung, Ye Jin;Kang, Bin Goo;Kim, Woo Taek
Molecules and Cells
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제39권3호
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pp.250-257
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2016
Abiotic stresses such as drought and low temperature critically restrict plant growth, reproduction, and productivity. Higher plants have developed various defense strategies against these unfavorable conditions. CaPUB1 (Capsicum annuum Putative U-box protein 1) is a hot pepper U-box E3 Ub ligase. Transgenic Arabidopsis plants that constitutively expressed CaPUB1 exhibited drought-sensitive phenotypes, suggesting that it functions as a negative regulator of the drought stress response. In this study, CaPUB1 was over-expressed in rice (Oryza sativa L.), and the phenotypic properties of transgenic rice plants were examined in terms of their drought and cold stress tolerance. Ubi:CaPUB1 T3 transgenic rice plants displayed phenotypes hypersensitive to dehydration, suggesting that its role in the negative regulation of drought stress response is conserved in dicot Arabidopsis and monocot rice plants. In contrast, Ubi:CaPUB1 progeny exhibited phenotypes markedly tolerant to prolonged low temperature ($4^{\circ}C$) treatment, compared to those of wild-type plants, as determined by survival rates, electrolyte leakage, and total chlorophyll content. Cold stress-induced marker genes, including DREB1A, DREB1B, DREB1C, and Cytochrome P450, were more up-regulated by cold treatment in Ubi:CaPUB1 plants than in wild-type plants. These results suggest that CaPUB1 serves as both a negative regulator of the drought stress response and a positive regulator of the cold stress response in transgenic rice plants. This raises the possibility that CaPUB1 participates in the cross-talk between drought and low-temperature signaling pathways.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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