Shin, Sang Hyun;Pak, Jung-Hun;Kim, Mi Jin;Kim, Hye Jeong;Oh, Ju Sung;Choi, Hong Kyu;Jung, Ho Won;Chung, Young Soo
The Plant Pathology Journal
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제30권2호
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pp.208-214
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2014
Wild rice, Oryza grandiglumis shows hyper-resistance response to pathogen infection. In order to identify genes necessary for defense response in plants, we have carried out a subtractive hybridization coupled with a cDNA macroarray. An acidic PATHOGENESIS-RELATED1 (PR1) gene of the wild rice is highly identical to the acidic PR1 genes of different plant species. The OgPR1a cDNA has an apparent single open reading frame with a predicted molecular mass 40,621 Da and an isoelectic point of 5.14. Both in silico analysis and a transient expression assay in onion epidermal cells revealed that the OgPR1a protein could be localized in intercellular space in plants. The OgPR1a mRNA was strongly transcribed by the exogenous treatment with ethylene and jasmonic acid as well as protein phosphatase inhibitors. Additionally, ectopic expression of the OgPR1a conferred disease resistance on Arabidopsis to the bacterial and fungal infections.
Kang, Seock;Kim, Ho Bang;Lee, Hyoungseok;Choi, Jin Young;Heu, Sunggi;Oh, Chang Jae;Kwon, Soon Il;An, Chung Sun
Molecules and Cells
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제21권3호
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pp.418-427
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2006
Ionotropic glutamate receptors (iGluRs) are ligand-gated nonselective cation channels that mediate fast excitatory neurotransmission. Although homologues of the iGluRs have been identified in higher plants, their roles are largely unknown. In this work we isolated a full-length cDNA clone (RsGluR) encoding a putative glutamate receptor from small radish. An RsGluR:mGFP fusion protein was localized to the plasma membrane. In Arabidopsis thaliana overexpressing the fulllength cDNA, glutamate treatment triggered greater $Ca^{2+}$ influx in the root cells of transgenic seedlings than in those of the wild type. Transgenic plants exhibited multiple morphological changes such as necrosis at their tips and the margins of developing leaves, dwarf stature with multiple secondary inflorescences, and retarded growth, as previously observed in transgenic Arabidopsis overexpressing AtGluR3.2 [Kim et al. (2001)]. Microarray analysis showed that jasmonic acid (JA)-responsive genes including defensins and JA-biosynthetic genes were up-regulated. RsGluR overexpression also inhibited growth of a necrotic fungal pathogen Botrytis cinerea possibly due to up-regulation of the defensins. Based on these results, we suggest that RsGluR is a glutamate-gated $Ca^{2+}$ channel located in the plasma membrane of higher plants and plays a direct or indirect role in defense against pathogen infection by triggering JA biosynthesis.
Wu, Jingni;Kim, Sang Gon;Kang, Kyu Young;Kim, Ju-Gon;Park, Sang-Ryeol;Gupta, Ravi;Kim, Yong Hwan;Wang, Yiming;Kim, Sun Tae
The Plant Pathology Journal
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제32권6호
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pp.552-562
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2016
Pathogenesis-related proteins play multiple roles in plant development and biotic and abiotic stress tolerance. Here, we characterize a rice defense related gene named "jasmonic acid inducible pathogenesis-related class 10" (JIOsPR10) to gain an insight into its functional properties. Semi-quantitative RT-PCR analysis showed up-regulation of JIOsPR10 under salt and drought stress conditions. Constitutive over-expression JIOsPR10 in rice promoted shoot and root development in transgenic plants, however, their productivity was unaltered. Further experiments exhibited that the transgenic plants showed reduced susceptibility to rice blast fungus, and enhanced salt and drought stress tolerance as compared to the wild type. A comparative proteomic profiling of wild type and transgenic plants showed that overexpression of JIOsPR10 led to the differential modulation of several proteins mainly related with oxidative stresses, carbohydrate metabolism, and plant defense. Taken together, our findings suggest that JIOsPR10 plays important roles in biotic and abiotic stresses tolerance probably by activation of stress related proteins.
저온, 건조, 염과 같은 비생물적 스트레스는 식물의 생리적 형태적 변화와 수확량 감소를 초래한다. 이러한 이유로 식물체는 불리한 환경을 극복하기 위해 다양한 대사과정에 관련된 유전자들간의 복잡한 상호 관계를 조절함으로써 저항성을 획득한다. 본 연구는 배추에서 염 스트레스에 반응하는 유전자를 다각적으로 분석하기 위해 상호발현 네트워크를 구축하였다. 네트워크를 구축하기 위하여 배추를 염스트레스 조건 하에서 시간 경과에 따라 KBGP-24K 마이크로어레이 분석을 실시한 [BrEMD (Brassica rapa EST and Microarray Database)] 실험 결과를 수집하여 분석하였다. 구축된 네트워크 모델은 1,853개 node, 5,740개 edge, 및 142개 connected component(상관계수 > 0.85)로 구성되었다. 구축된 네트워크 분석 결과, ROS 신호 전달을 통한 N$Na^+$ 수송활성화와 proline 축적이 배추의 염 저항성 획득과 밀접한 연관이 있는 것으로 판단하였다.
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.
We previously demonstrated that root colonization of the rhizobacterium, Pseudomonas chlororaphis O6, induced expression of a galactinol synthase gene (CsGolS1), and resulting galactinol conferred induced systemic resistance (ISR) against fungal and bacterial pathogens in cucumber leaves. To examine the role of galactinol on ISR, drought or high salt stress, we obtained T-DNA insertion Arabidopsis mutants at the AtGolS1 gene, an ortholog of the CsGolS1 gene. The T-DNA insertion mutant compromised resistance induced by the O6 colonization against Erwinia carotovora. Pharmaceutical application of 0.5 - 5 mM galactinol on roots was sufficient to elicit ISR in wild-type Arabidopsis against infection with E. carotovora. The involvement of jasmonic acid (JA) signaling on the ISR was validated to detect increased expression of the indicator gene PDF1.2. The T-DNA insertion mutant also compromised tolerance by increasing galactinol content in the O6-colonized plant against drought or high salt stresses. Taken together, our results indicate that primed expression of the galactinol synthase gene AtGolS1in the O6-colonized plants can play a critical role in the ISR against infection with E. carotovora, and in the tolerance to drought or high salt stresses.
Chae, Dae-Han;Kim, Da-Ran;Cheong, Mi Sun;Lee, Yong Bok;Kwak, Youn-Sig
The Plant Pathology Journal
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제36권3호
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pp.255-266
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2020
Plant immune responses can be triggered by chemicals, microbes, pathogens, insects, or abiotic stresses. In particular, induced systemic resistance (ISR) refers to the activation of the immune system due to a plant's interaction with beneficial microorganisms. The phenolic compound, 2,4-diacetylphloroglucinol (DAPG), which is produced by beneficial Pseudomonas spp., acts as an ISR elicitor, yet DAPG's mechanism in ISR remains unclear. In this study, transgenic Arabidopsis thaliana plants overexpressing the DAPG hydrolase gene (phlG) were generated to investigate the functioning of DAPG in ISR. DAPG was applied onto 3-week-old A. thaliana Col-0 and these primed plants showed resistance to the pathogens Botrytis cinerea and Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000. However, in the phlG transgenic A. thaliana, the ISR was not triggered against these pathogens. The DAPG-mediated ISR phenotype was impaired in transgenic A. thaliana plants overexpressing phlG, thus showing similar disease severity when compared to untreated control plants. Furthermore, the DAPG-treated A. thaliana Col-0 showed an increase in their gene expression levels of PDF1.2 and WRKY70 but this failed to occur in the phlG transgenic lines. Collectively, these experimental results indicate that jasmonic acid/ethylene signal-based defense system is effectively disabled in phlG transgenic A. thaliana lines.
Kyoung Rok Geem ;Jaewook Kim ;Wonsil Bae ;Moo-Geun Jee ;Jin Yu ;Inbae Jang;Dong-Yun Lee ;Chang Pyo Hong ;Donghwan Shim;Hojin Ryu
Journal of Ginseng Research
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제47권3호
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pp.469-478
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2023
Background: Nitrogen (N) is an essential macronutrient for plant growth and development. To support agricultural production and enhance crop yield, two major N sources, nitrate and ammonium, are applied as fertilizers to the soil. Although many studies have been conducted on N uptake and signal transduction, the molecular genetic mechanisms of N-mediated physiological roles, such as the secondary growth of storage roots, remain largely unknown. Methods: One-year-old P. ginseng seedlings treated with KNO3 were analyzed for the secondary growth of storage roots. The histological paraffin sections were subjected to bright and polarized light microscopic analysis. Genome-wide RNA-seq and network analysis were carried out to dissect the molecular mechanism of nitrate-mediated promotion of ginseng storage root thickening. Results: Here, we report the positive effects of nitrate on storage root secondary growth in Panax ginseng. Exogenous nitrate supply to ginseng seedlings significantly increased the root secondary growth. Histological analysis indicated that the enhancement of root secondary growth could be attributed to the increase in cambium stem cell activity and the subsequent differentiation of cambium-derived storage parenchymal cells. RNA-seq and gene set enrichment analysis (GSEA) revealed that the formation of a transcriptional network comprising auxin, brassinosteroid (BR)-, ethylene-, and jasmonic acid (JA)-related genes mainly contributed to the secondary growth of ginseng storage roots. In addition, increased proliferation of cambium stem cells by a N-rich source inhibited the accumulation of starch granules in storage parenchymal cells. Conclusion: Thus, through the integration of bioinformatic and histological tissue analyses, we demonstrate that nitrate assimilation and signaling pathways are integrated into key biological processes that promote the secondary growth of P. ginseng storage roots.
본 논문에서 벼 ascorbate peroxidase (OsAPx1) 유전자의 발현 분석을 Northern과 Western 분석을 통하여 유묘 에서는 뿌리, 정단분열조직(shoot apical meristem, SAM), 잎 보다는 잎집에서 더 많이 발현되는 것을 확인하였다. 성숙된 조직에서는 OsAPx1 유전자가 잎을 제외하고는 뿌리, 줄기, 꽃에서 강하게 발현되었다. 또한 이 OsAPx1 유전자는 벼 곰팡이 병원균인 벼 도열병 및 세균성 병원균인 흰빛잎마름병에도 반응하였고 특히 흥미있게도 OsAPx1 유전자는 식물호르몬에 대해서 서로 다르게 발현 양상을 보였다. 이 유전자는 자스몬산(JA)에 대해서는 강한 발현 을 보였지만 반대로 살리실산(SA) 및 ABA와 같이 처리된 세포에서는 강한 발현 억제를 보였다. 이는 이 유전자가 JA에는 반응하지만 SA와 ABA하고는 서로 길항작용을 하는 것으로 보인다. 근연관계분석을 통하여 OsAPx1유전 자가 애기장대의 AtAPx1 와 거의 유사하여 AtAPx1 결손 라인을 가지고 표현형 조사를 실시하였다. 그 결과, 외부에서 H2O2를 처리하였을 때에 O2- 와 H2O2의 축적이 wild type과 비교하여 AtAPx1 결손 라인에서는 현저히 높았다. 따라서 본 연구를, 통하여 OsAPx1 유전자는 벼에서 산화 환원 균형 유지를 통하여 다양한 세포 분화발달 및 병원균 방어에도 관여하며 이 유전자의 발현은 JA의 신호전달에 의해서 매개되는 것으로 예상이 된다.
Wang, Yiming;Kwon, Soon Jae;Wu, Jingni;Choi, Jaeyoung;Lee, Yong-Hwan;Agrawal, Ganesh Kumar;Tamogami, Shigeru;Rakwal, Randeep;Park, Sang-Ryeol;Kim, Beom-Gi;Jung, Ki-Hong;Kang, Kyu Young;Kim, Sang Gon;Kim, Sun Tae
The Plant Pathology Journal
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제30권4호
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pp.343-354
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2014
Rice blast disease caused by Magnaporthe oryzae is one of the most serious diseases of cultivated rice (Oryza sativa L.) in most rice-growing regions of the world. In order to investigate early response genes in rice, we utilized the transcriptome analysis approach using a 300 K tilling microarray to rice leaves infected with compatible and incompatible M. oryzae strains. Prior to the microarray experiment, total RNA was validated by measuring the differential expression of rice defense-related marker genes (chitinase 2, barwin, PBZ1, and PR-10) by RT-PCR, and phytoalexins (sakuranetin and momilactone A) with HPLC. Microarray analysis revealed that 231 genes were up-regulated (>2 fold change, p < 0.05) in the incompatible interaction compared to the compatible one. Highly expressed genes were functionally characterized into metabolic processes and oxidation-reduction categories. The oxidative stress response was induced in both early and later infection stages. Biotic stress overview from MapMan analysis revealed that the phytohormone ethylene as well as signaling molecules jasmonic acid and salicylic acid is important for defense gene regulation. WRKY and Myb transcription factors were also involved in signal transduction processes. Additionally, receptor-like kinases were more likely associated with the defense response, and their expression patterns were validated by RT-PCR. Our results suggest that candidate genes, including receptor-like protein kinases, may play a key role in disease resistance against M. oryzae attack.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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