Seo, Hyoun-Mi;Jung, Yun-Hui;Kim, Yun-Hye;Kwon, Tack-Min;Jeong, Soon-Jae;Yi, Young-Byung;Kim, Doh-Hoon;Nam, Jae-Sung
Journal of Life Science
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v.18
no.4
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pp.488-493
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2008
Phosphate, a favorable phosphorous form for plant, is one of major nutrient elements for growth and development in plants. Plants exhibit various physiological and biochemical responses in reaction to phosphate starvation in order to maintain phosphate homeostasis. Of them, expression of high affinity phosphate transporter gene family and efficient uptake of phosphate via them is a major physiological process for adaption to phosphate deficient environment. Although the various genetic resources of high affinity phosphate transporter are identified recently, little is known about their functions in plant that is prerequisite information before applying to crop plants to generate valuable transgenic plants. We demonstrated that Arabidopsis transgenic plants over-expressing two different high affinity phosphate transporter gens, OsPT1 and OsPT7, derived from rice, exhibit better growth responses compared with wild-type under phosphate starvation condition. Specially, OsPT7 gene has proven to be more effective to generate Arabidopsis transgenic plant tolerant to phosphate deficiency than OsPT1. Furthermore, the expression level of AtPT1 gene that is one of reporter genes specifically induced by phosphate starvation was significantly low compared with wild-type during phosphate starvation. Taken together, these results collectively suggest that over expression of OsPTl and OsPT7 genes derived from monocotyledonous plant function efficiently in the dicotyledonous plant, relieving stress response caused by phosphate starvation and leading to better growth rate.
Objective: This research aimed to evaluate the effects of age on growth, tibia development, and intestinal calcium (Ca) and phosphorus (P) transporter gene expressions in broiler chickens. Methods: A total of 224 male Arbor Acres broilers were fed with nutrient-adequate diets and reared in eight cages (28 broilers per cage). Eight broilers (one broiler per cage) were selected and killed at 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, and 40 days of age, respectively. Results: Body weight continuously increased with age of broiler chickens from 5 to 40 days. The bone weight, ash weight, diameter, and length of the tibia also increased with broiler age. By contrast, the tibia ash, Ca, and P percentages quadratically changed with age (p<0.001), and the highest values of mineral contents were observed at 20, 25, and 25 days of age, respectively. The mRNA abundances of calcium-binding protein 28-kDa (CaBP-D28k), sodium-calcium exchanger 1 (NCX1), and plasma membrane ATPase 1b (PMCA1b) increased from 5 to 25 days and then decreased up to 40 days. Similar results were noted in the mRNA abundances of IIb sodium-phosphate cotransporter (NaPi-IIb), inorganic phosphate transporter 1 (PiT-1), inorganic phosphate transporter 2 (PiT-2), nuclear vitamin D receptor (nVDR), and membrane vitamin D receptor (mVDR). The mRNA abundances of Ca and P transporters and VDRs were the highest at 25 days of age. Conclusion: These data indicate that age quadratically affects intestinal Ca and P transporter gene expression and mineral absorption capacity in broiler chickens.
Proceedings of the Korean Society of Plant Biotechnology Conference
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2005.11a
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pp.9-21
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2005
To study the biochemical and physiological role of the plastidic glucose transporter (pGlcT) in carbohydrate metabolism, we characterized transgenic plants with mutations in the pGlcT gene (GT), gt-1 and gt-2, as well double mutants of GT and the maltose transporter (MEX1) and GT and the triose phosphate/phosphate translocator (TPT), GT and the cytosolic fructose-1,6-bisphosphatase gene (cFBP), and MEX1 and TPT, gt-1/mex2, gt-1/tpt-2, gt-1/cfbp-1, mex1-1/tpt-2, respectively. Compared to the wild type, all mutants except the gt-1/cfbp-1 mutant lines displayed higher starch accumulation and higher levels of maltose. Starch accumulation is due to a decrease in starch turnover, leading to an imbalance between the rates of synthesis and degradation. Sucrose levels of gt alleles were higher than those in wild-type plants during the light period, suggesting possible nightly supplementation via the maltose transport pathway to maintain proper carbohydrate partitioning in the plant leaves. The gt plants displayed less growth retardation than mex1-1 mutant and gt-1/mex2 double mutant displayed accumulativesevere growth retardation as compared to individual gt-1 and mex1-1 mutants, implying that the maltose transporter-mediated pathway is a major route for carbohydrate partitioning at night. The gt-1/tpt-2, mex1-1/tpt-2 and gt-1/cfbp-1 double mutants had retarded growth and low chlorophyll content to differing degrees, indicating that photosynthetic capacity had diminished. Interestingly, the gt-1/tpt-2 line displayed a glucose-insensitive phenotype and higher germination rates than wild type, suggesting its involvement not only in carbon partitioning, but also in the sugar signaling network of the pGlcT and TPT.
In order to improve phosphate use efficiency of rice using phosphate transporter (PT), transgenic rice plants containing a tobacco PT gene were developed. Calli from Dongjinbyeo (Oryza sativa L.) were cocultured with A. tumefaciens LBA 4404 harboring PT gene. Multiplied calli were transferred to MS medium supplemented with 50 mg/L hygromycin, 500 mg/L carbenicillin, 2 mg/L kinetin, 0.1 mg/L NAA. After 2 weeks, hygromycin resistant shoots were obtained from the calli on the selection medium. The putative transgenic shoots were transferred to rooting MS medium supplemented with 250 mg/L cabenicillin. Plant regeneration rate from the calli was about 52%. Stable incorporation of the tobacco PT gene into rice genomic DNA was confirmed by PCR and Southern blot analysis.
Silicon and phosphorus are elements that are beneficial for plant growth. Despite the abundant availability of silicate and phosphate in the Earth's crust, crop nutritional requirements for silicon and phosphorus are normally met through the application of fertilizer. However, fertilizers are one of the major causes of heavy metal pollution. In our study, we aimed to assess silicate and phosphate solubilization by the bacteria Enterobacter ludwigii GAK2, in the presence and absence of phosphate [Ca3(PO4)2] or silicate (Mg2O8Si3), to counteract cadmium stress in rice (Oryza sativa L). Our results showed that the GAK2-treated rice plants, grown in soil amended with phosphate [Ca3(PO4)2] or silicate (Mg2O8Si3), had significantly reduced cadmium content, and enhanced plant growth promoting characteristics including fresh shoot and root weight, plant height, and chlorophyll content. These plants showed significant downregulation of the cadmium transporter gene, OsHMA2, and upregulation of the silicon carrier gene, OsLsi1. Moreover, jasmonic acid levels were significantly reduced in the GAK2-inoculated plants, and this was further supported by the downregulation of the jasmonic acid related gene, OsJAZ1. These results indicate that Enterobacter ludwigii GAK2 can be used as a silicon and phosphorus bio-fertilizer, which solubilizes insoluble silicate and phosphate, and mitigates heavy metal toxicity in crops.
Jeong, Chan Young;Kim, Jun Hyeok;Lee, Won Je;Jin, Joo Yeon;Kim, Jongyun;Hong, Suk-Whan;Lee, Hojoung
Molecules and Cells
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v.41
no.4
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pp.351-361
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2018
Sucrose is a crucial compound for the growth and development of plants, and the regulation of multiple genes depends on the amount of soluble sugars present. Sucrose acts as a signaling molecule that regulates a proton-sucrose symporter, with its sensor being the sucrose transporter. Flavonoid and anthocyanin biosynthesis are regulated by sucrose, and sucrose signaling can affect flavonoid and anthocyanin accumulation. In the present study, we found a Myb transcription factor affecting accumulation of anthocyanin. AtMyb56 showed an increase in its expression in response to sucrose treatment. Under normal conditions, anthocyanin accumulation was similar between Col-0 (wild type) and atmyb56 mutant seedlings; however, under sucrose treatment, the level of anthocyanin accumulation was lower in the atmyb56 mutant plants than in Col-0 plants. Preliminary microarray analysis led to the investigation of the expression of one candidate gene, AtGPT2, in the atmyb56 mutant. The phosphate translocator, which is a plastidial phosphate antiporter family, catalyzes the import of glucose-6-phosphate (G-6-P) into the chloroplast. AtGPT2 gene expression was altered in atmyb56 seedlings in a sucrose-dependent manner in response to circadian cycle. Furthermore, the lack of AtMyb56 resulted in altered accumulation of maltose in a sucrose-dependent manner. Therefore, the sucrose responsive AtMyb56 regulates AtGPT2 gene expression in a sucrose-dependent manner to modulate maltose and anthocyanin accumulations in response to the circadian cycle.
Baek, Dongwon;Chun, Hyun Jin;Yun, Dae-Jin;Kim, Min Chul
Molecules and Cells
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v.40
no.10
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pp.697-705
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2017
The maintenance of inorganic phosphate (Pi) homeostasis is essential for plant growth and yield. Plants have evolved strategies to cope with Pi starvation at the transcriptional, post-transcriptional, and post-translational levels, which maximizes its availability. Many transcription factors, miRNAs, and transporters participate in the Pi starvation signaling pathway where their activities are modulated by sugar and phytohormone signaling. Environmental stresses significantly affect the uptake and utilization of nutrients by plants, but their effects on the Pi starvation response remain unclear. Recently, we reported that Pi starvation signaling is affected by abiotic stresses such as salt, abscisic acid, and drought. In this review, we identified transcription factors, such as MYB, WRKY, and zinc finger transcription factors with functions in Pi starvation and other environmental stress signaling. In silico analysis of the promoter regions of Pi starvation-responsive genes, including phosphate transporters, microRNAs, and phosphate starvation-induced genes, suggest that their expression may be regulated by other environmental stresses, such as hormones, drought, cold, heat, and pathogens as well as by Pi starvation. Thus, we suggest the possibility of cross-talk between Pi starvation signaling and other environmental stress signaling pathways.
Phosphate-solubilizing bacteria (PSB) have the ability to dissolve insoluble phosphate and enhance soil fertility. However, the growth and mineral phosphate solubilization of PSB could be affected by exogenous soluble phosphate and the mechanism has not been fully understood. In the present study, the growth and mineral phosphate-solubilizing characteristics of PSB strain Burkholderia multivorans WS-FJ9 were investigated at six levels of exogenous soluble phosphate (0, 0.5, 1, 5, 10, and 20 mM). The WS-FJ9 strain showed better growth at high levels of soluble phosphate. The phosphate-solubilizing activity of WS-FJ9 was reduced as the soluble phosphate concentration increased, as well as the production of pyruvic acid. Transcriptome profiling of WS-FJ9 at three levels of exogenous soluble phosphate (0, 5, and 20 mM) identified 446 differentially expressed genes, among which 44 genes were continuously up-regulated when soluble phosphate concentration was increased and 81 genes were continuously down-regulated. Some genes related to cell growth were continuously up-regulated, which would account for the better growth of WS-FJ9 at high levels of soluble phosphate. Genes involved in glucose metabolism, including glycerate kinase, 2-oxoglutarate dehydrogenase, and sugar ABC-type transporter, were continuously down-regulated, which indicates that metabolic channeling of glucose towards the phosphorylative pathway was negatively regulated by soluble phosphate. These findings represent an important first step in understanding the molecular mechanisms of soluble phosphate effects on the growth and mineral phosphate solubilization of PSB.
It needs to develop high phosphate-available rice that is able to minimize environmental pollution caused by phosphate fertilizer. Then we have transformed 4 rice transporter genes, OsPT(Oryza sativa Phosphate Transporter)1, OsPT4, OsPT7 or OsPT8, to rice (Oryza sativa cv. Dongjin) via Agrobacterium-mediated transformation. We tested adaptation in the P-deficient condition of Dongjin (parental) and each transgenic line in the pot and the field conditions. Definite physiological changes have been observed in OsPTs transgenic lines including culm length, root formation and heading date. Phosphate uptake at harvesting stage was about three times higher in OsPT1-OX (overexpression) and OsPT4-OX than in Dongjin (wt) without P application. There are no variations in total phosphate-content of brown rice of OsPT1-OX in spite of high phosphate uptake. Practically the expression of OsPT1 has contributed to stabilize grain production without P fertilization in rice cultivation than Dongjin.
The physiological responses of microorganisms to specific nutrient limitation can be regulated at the transcriptional levels. In this study, in order to develop the Pichia pastoris-derived promoter inducible by nutrient-limited condition, we constructed cDNA libraries using RT-PCR of total RNA from P. pastoris in steady-states of phosphate-limited chemostat with different dilution rates. Various genes were detected from cDNA library. Among these genes, the gene encoding putative sodium/phosphate ($Na^+$/Pi) symporter (NPS), high affinity transporter of phosphate, was detected. It was observed that expression of NPS increased in a manner specific to phosphate-limited condition through Northern blot. Therefore, it is thought that the promoter from NPS gene may have the potential as auto-inducible promoter by phosphate-limited culture condition without inducer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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