Plant cell walls consist of a variety of chemical constituents such as cellulose, humicelluloses, pertins, lignin, glycoproteins, etc. These components are strongly linked through hydrogen , covalent, ionic and hydrophobic bondings, which thus confers the self-protection capability on plants. Some processing by-products (hulls, brans, pomaces) of cereal, fruits and vegetables are very limited in further utilization due to their compact structural rigidity. In view of the fact that the plant cell walls are essentially composed of dietary fiber components , solubilization of the strong intermolecular linkage s can contribute to increasing the soluble dietary fiber content and thus diversifying the functional and physiological role of plant cell walls as dietary fiber sources. This article reviews the chemical constituents of cereals, fruits & vegetables and brown seaweeds with reference to their intermoleuclar linkages. An particular emphasis will be placed on the solubilizing phenomena of rigid plant cell walls by extrusion and the resulting change of functional properties. It is suggested that underutilized food resources, typically exemplified by various food processing by-products and surplus seaweeds, can be successfully modified toward improved functional performance by extrusion.
Xanthomonas axonopodis pv. glycines (Xag) is a necrotrophic bacterial pathogen of the soybean that causes bacterial pustules and is a nonhost pathogen of the chili pepper. In the current study, chili pepper fruit wound inoculated in planta with Xag 8ra formed necrotic lesions on the fruit surface and induced several structural and chemical barriers systemically in the fruit tissue. The initial defense response included programmed cell death of necrotizing and necrotized cells, which was characterized by nuclear DNA cleavage, as detected by TUNEL-confocal laser scanning microscopy (CLSM), and phosphatidylserine exposure on cell walls distal to the infection site, as detected by Annexin V FLUOS-CLSM. These two responses may facilitate cell killing and enhance transportation of cell wall materials used for cell wall thickening, respectively. The cells beneath the necrotic tissue were enlarged and divided to form periclinal cell walls, resulting in extensive formation of several parallel boundary layers at the later stages of infection, accompanying the deposition of wall fortification materials for strengthening structural defenses. These results suggest that nonhost resistance of chili pepper fruit against the nonhost necrotrophic pathogen Xag 8ra is activated systematically from the initial infection until termination of the infection cycle, resulting in complete inhibition of bacterial pathogenesis by utilizing organspecific in situ physiological events governed by the expression of genes in the plant fruit organ.
The effect of Ca2+ and polyamines on the activity $\beta$-glucan synthetase II(GSII) related to cell wall synthesis was studied in carrot suspension cultured cells. The activity of GS II is four times higher than that of $\beta$-glucan synthetase I in carrot suspension cultured cells and in vitro expreiment, the activity of GSII was increased in response to increase in concentration of Ca2+ and polyamines. When carrot suspension cultured cells were incubated together with Ca2+ and polyamines, the GSII activity was high at 0.1mM of Ca2+ and 1mM of putrescine. Also, polycationic poly-L-lysine and poly-L-ornithine increased about 50% the GSII activity than that of the control, respectively. These results may imply that Ca2+ and polyamines were related to the enzyme activity as a polycationic nature. In addition, verapamil as the calcium channel blocker and flunarizine as an antagonist of calcium mechanism in cytoplasm decreased GSII activity ramarkably, Ca2+ and calmodulin stimulated GSII activity as Ca2+ of free ion rather than Ca2+ calmodulin complex. The effect of 2,4-D on the GSII activity in culture medium is shown to be low at 0.1mg per liter and GSII activity increased about 30% more than that of the 0.1mg/l at the range of 0.3-1.0mg per litere. Cummulative results suggest that Ca2+ and polyfamines stimulate the cell wall synthesis by means of the enhancement of GSII activity responsible for synthesizing the cell wall components.
Microscopic study of chili pepper (Capsicum annuum L.) infected with Phytophthora capsici, causing Phytophthora blight of chili pepper, was conducted to compare histological and cytological characteristics in the root and stem of susceptible (C. annuum cv. Bugang) and resistant (C. annuum cv. CM334) pepper cultivars. The susceptible pepper roots and stems were extensively penetrated and invaded by the pathogen initially into epidermal cells and later cortical and vascular cells. Host cell walls adjacent to and invaded by the infecting hyphae were partially dissolved and structurally loosened with fine fibrillar materials probably by cell wall-degrading enzymes of the pathogen. In the resistant pepper, the pathogen remained on root epidermal surface at one day after inoculation, embedded and captured in root exudation materials composed of proteins and polysaccharides. Also the pathogen appeared to be blocked in its progression at the early infection stages by thickened middle lamellae. At 3 days after inoculation, the oomycete hyphae were still confined to epidermal cells of the root and at most outer peripheral cortical cells of the stem, resulting from their invasion blocked by wound periderms formed underneath the infection sites and/or cell wall appositions bounding the hyphal protrusions. All of these aspects suggest that limitation of disease development in the resistant pepper may be due to the inhibition of the pathogen penetration, infection, invasion, and colonization by the defense structures such as root exudation materials, thickened middle lamellae, wound peridems and cell wall appositions.
Dietary fiber imparts both mutritional and functional properties to foods. This review deals with (1) the classification of dietary fiber, (2) the plant cell wall models, (3) the relations between structure and physicochemical and functional properties of dietary fiber and (4) the applications of dietary fiber in foods. Dietary fiber can be classified in terms of source, plant function, solubility, charge and topology. Plant cell wall models are presented to provide information on the interconnections of dietary fiber components which determines the content of soluble and insoluble dietary fiber content. In reality, physicochemical and functional properties of dietary fiber originate factors such as chemical constituents , charge, branching degree, conformation and etc. Dietary fibers possess a variety of functional properties in food systems, which thus make them useful in food application. In particular, rheology and gelation of water-soluble gums or hydrocolloids are discussed for their effects on food quality. A guideline s also listed for the gum selection to meet the best product requirements.
Sorghum leaf tissues showing the early acute response of systemic infection with maize dwarf mosaic virus (MDMV) strain A, contained unusual virus-induced cytological modifications including cell wall thickenings and protrusions, intercellular vesicles termed as "paramural bodies", modified plasmodesmata, abnormal plastids, and cylindrical inclusion bodies. Abnormal cell wall, some of which associated with paramural bodies, was frequently contained modified plasmodesmata. Various abnormal plastids were located within infected cells of leaf tissues showing the early acute response. The most important changes in chloroplast seen in the tissues are the presence of small vesicles, deformation of membranes, reduction in granal stack height, disappearance of osmiophilic globules and degeneration of stuctures. The cytological modification was not occurred in nucleus but a group of degenerated mitochondria with abnormal membranes attached to cylindrical inclusion bodies were observed. It was hard more or less to prove the relationship clearly between virus and cellular organelles in virus replication.plication.
Rice blast disease caused by M. oryzae is the most devastating fungal disease in rice. During the infection process, M. oryzae secretes a large number of glycosyl hydrolase (GH) proteins into the apoplast to digest host cell wall and assist fungal ingress into host tissues. In this study, we identified a novel M. oryze arabinofuranosidase B (MoAbfB) which is secreted during fungal infection. Live-cell imaging exhibited that fluorescent labeled MoAbfB was highly accumulated in fungal invasive structures such as appressorium, tips of penetration peg, biotrophic interfacial complex (BIC), as well as invasive hyphal tip. Deletion of MoAbfB mutants extended biotrophic phase followed by enhanced disease severity, whereas, over-expression of OsMoAbfB mutant induced rapid defense responses and enhanced rice resistance to M. oryzae infection. Furthermore, exogenous treatment of MoAbfB protein showed inhibition of fungal infection via priming of defense gene expression. We later found that the extract of MoAbfB degraded rice cell wall fragments could also induce host defense activation, suggesting that not MoAbfB itself but oligosaccharides (OGs) derived from MoAbfB dissolved rice cell wall elicited rice innate immunity.
Lim, Hyoun-Sub;Lee, Mi Yeon;Moon, Jae Sun;Moon, Jung-Kyung;Yu, Yong-Man;Cho, In Sook;Bae, Hanhong;DeBoer, Matt;Ju, Hojong;Hammond, John;Jackson, Andrew O.
The Plant Pathology Journal
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제29권1호
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pp.17-30
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2013
Barley stripe mosaic virus (BSMV) induces massive actin filament thickening at the infection front of infected Nicotiana benthamiana leaves. To determine the mechanisms leading to actin remodeling, fluorescent protein fusions of the BSMV triple gene block (TGB) proteins were coexpressed in cells with the actin marker DsRed: Talin. TGB ectopic expression experiments revealed that TGB3 is a major elicitor of filament thickening, that TGB2 resulted in formation of intermediate DsRed:Talin filaments, and that TGB1 alone had no obvious effects on actin filament structure. Latrunculin B (LatB) treat-ments retarded BSMV cell-to-cell movement, disrupted actin filament organization, and dramatically decreased the proportion of paired TGB3 foci appearing at the cell wall (CW). BSMV infection of transgenic plants tagged with GFP-KDEL exhibited membrane proliferation and vesicle formation that were especially evident around the nucleus. Similar membrane proliferation occurred in plants expressing TGB2 and/or TGB3, and DsRed: Talin fluorescence in these plants colocalized with the ER vesicles. TGB3 also associated with the Golgi apparatus and overlapped with cortical vesicles appearing at the cell periphery. Brefeldin A treatments disrupted Golgi and also altered vesicles at the CW, but failed to interfere with TGB CW localization. Our results indicate that actin cytoskeleton interactions are important in BSMV cell-to-cell movement and for CW localization of TGB3.
Production of therapeutic proteins by transgenic plant cell suspension cultures is an attractive system alternative to the other expression system. However, plant cell cultures have shown low expression level of foreign proteins and decreased cell viability by the changes of culture conditions. Therefore, it is necessary to enhance cell viability during the culture period. In this study, a quantitative analysis technique was designed to measure relative cell viability for plant suspension cells which have cell wall and aggregates. It was found that the programmed cell death of plant cells by apoptosis was essentially linked with the apoptotic pathway of animal cells. Therefore, effects of nicotinamide, 3-aminobenzamide and antioxidants on cell viability and apoptosis were examined in transgenic Nicotiana tabacum cells producing hGM-CSF. With those additives, cell viability could be maintained and apoptosis could be redued. In the result, the extracellular production of hGM-CSF could be enhanced 2.5 fold. It was also found that the supplementation of glutathione and ascorbic acid suppressed both the cold stress-induced decrease in cell viability and the increase of total genomic DNA fragmentation.
The hairy root was induced form potato tuber disc by infection of a. rhizogenes. The detection of the agropine and mannopine by paper electrophoresis confirmed that induced hairy root was transformed by A. rhizogenes. The activity of peroxidase was the highest at 5 weeks and isozyme pattern of peroxidase revealed 3 cathodic bands and 2 anodic bands and new C4 band(pI 4.6) was observed at 7 weeks after cultivation in hairy root was isoelectric focusing. To study the effect of Ca2+ on cell wall formation in hairy root, channel blocker of Ca2+ was treated. The activity of $\beta$-glucan synthetase II(GS II) related to cell wall synthesis was inhibited by about 50% in diltiazem and flunarizine treatment than that of control, but stimulated in CaCl2 treatment. Therefore these results showed that Ca2+ might be an effective factor in the cell wall formation. The activity of GS II by NaF treatment was increased by about 30%. This result suggested that the activity GS II is changed through phosphorylation process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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