Disease resistance in plants is often controlled by gene-for-gene mechanism in which avirulence (avr) gene products encoding by pathogens are specifically recognized, either directly or indirectly by plant disease resistance (R) gene products. Recent studies arising from molecular cloning of a number of R genes from various plant species that confer resistance to different pathogens and corresponding avr genes from various pathogens resulted in the accumulation of a wealth of knowledge on mode of action of gene-for-gene interaction. Specially, members of the NBS-LRR class of R genes encoding proteins containing a nucleotide binding site (NBS) and carboxyl-terminal leucine-rich repeats (LRRs) confer resistance to very different types of phytopathogens, such as bacteria, fungi, oomycetes, viruses, nematodes and aphids. This article reviewed the molecular events that occur up-stream of defense response pathway, specially, bacterial avr gene protein recognition mediated by NBS-LRR type R gene product in plant based on current research results of well studied model plants.
Phytophthora infestans is the causal agent of potato and tomato late blight, one of the most devastating plant diseases. P. infestans secretes effector proteins that are both modulators and targets of host plant immunity. Among these are the so-called RXLR effectors that function inside plant cells and are characterized by a conserved motif following the N-terminal signal peptide. In contrast, the effector activity is encoded by the C terminal region that follows the RXLR domain. Recently, I performed in planta functional profiling of different RXLR effector alleles. These genes were amplified from a variety of P. infestans isolates and cloned into a Potato virus X (PVX) vector for transient in planta expression. I assayed for R-gene specific induction of hypersensitive cell death. The findings included the discovery of new effector with avirulence activity towards the Solanum bulbocastanum Rpi-blb2 resistance gene. The Rpi-blb2 encodes a protein with a putative CC-NBS-LRR (a coiled-coil-nucleotide binding site and leucine-rich repeat) motif that confers Phytophthora late blight disease resistance. We examined the components required for Rpi-blb2-mediated resistance to P. infestans in Nicotiana benthamiana. Virus-induced gene silencing was used to repress candidate genes in N. benthamiana and to assay against P. infestans infections. NbSGT1 was required for disease resistance to P. infestans and hypersensitive responses (HRs) triggered by co-expression of AVRblb2 and Rpi-blb2 in N. benthamiana. RAR1 and HSP90 did not affect disease resistance or HRs in Rpi-blb2-transgenic plants. To elucidate the role of salicylic acid (SA) in Rpi-blb2-mediated resistance, we analyzed the response of NahG-transgenic plants following P. infestans infection. The increased susceptibility of Rpi-blb2-transgenic plants in the NahG background correlated with reduced SA and SA glucoside levels. Furthermore, Rpi-blb2-mediated HR cell death was associated with $H_2O_2$, but not SA, accumulation. SA affects basal defense and Rpi-blb2-mediated resistance against P. infestans. These findings provide evidence about the roles of SGT1 and SA signaling in Rpi-blb2-mediated resistance against P. infestans.
Kang, In Jeong;Kang, Sunjoo;Jang, Ik Hyun;Jang, Yun Woo;Shim, Hyung Kwon;Heu, Sunggi;Lee, Sungwoo
The Plant Pathology Journal
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v.35
no.6
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pp.698-704
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2019
Phytophthora root and stem rot (PRSR) caused by Phytophthora sojae is one of the most destructive diseases of soybean. PRSR recently became an issue as soybean cultivation in paddy fields increased in South Korea. The management of PRSR mainly involves R-gene-mediated resistance, however, little is known about the resistance in Korean cultivars. Major Korean soybean cultivars were investigated for the presence or absence of R-gene-mediated resistance to four P. sojae isolates, two of which were new isolates. Isolate-specific reactions were observed following P. sojae inoculation. Of 21 cultivars, 15-20 cultivars (71.4-95.2%) showed susceptible reaction for each isolate. Ten cultivars were susceptible to all the isolates, and six cultivars were identified to have R-gene-mediated resistance to one or two isolates. The results of this study would provide a framework for the discovery of resistant cultivars, development of new cultivars resistant to P. sojae, and investigation of pathogenic diversity of P. sojae population in South Korea.
Tiba Nazar Ibrahim Al Azawi;Murtaza Khan;Bong-Gyu Mun;Song-Uk Lee;Da-sol Lee;Waqas Rahim;Anjali Pande;Nusrat Jahan Methela;Cho-Jun Ho;Byung-Wook Yun
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2022.10a
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pp.143-143
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2022
Plant defense systems against pathogens have been studied extensively and are currently a hot topic in plant science. Using a reverse genetics technique, this study looked into the involvement of the NO-downregulated NAD(P)-binding Rossmann-fold superfamily gene in plant growth and defense in Arabidopsis thaliana. For this purpose, the knockout and overexpressing plant of the candidate gene along with the relevant controls were exposed to control, oxidative and nitro-oxidative stresses. The results showed that candidate gene negatively regulates plants' root and shoot lengths. To investigate the role of the candidate gene in plant basal defense, R-gene-mediated resistance and systemic acquired resistance (SAR) plants were challenged with virulent or avirulent strains of Pseudomonas syringae pathovar tomato (Psf) DC3000. The results showed that the candidate gene negatively regulates plants' basal defense, R-gene-mediated resistance and SAR. Further characterization via GO analysis associated the candidate gene with metabolic and cellular processes and response to light stimulus, nucleotide binding and cellular location in the cytosol and nucleus. Protein structure analysis indicated the presence of a canonical Oxidoreductase family NAD (P)-binding Rossmann fold domain of 120 amino acids with a total of 121 plant homologs across 35 different plant species in the clad streptophyta. Arabidopsis eFP browser showed its expression in almost all the above-ground parts. Protein analysis indicated C225 and C359 as potential targets for S-Nitrosylation by NO. SMART analysis indicated possible interactions with mevalonate/galactokinase, galacturonic acid kinase, arabinose kinase, putative xylulose kinase, GroES-like zinc-binding alcohol dehydrogenase and various glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenases.
We developed a simple and rapid method for detecting vancomycin resistance genes, such as vanA and vanB, using loop-mediated isothermal amplification (LAMP). To identify not only vancomycin resistance genes, but also the genus Enterococcus, primers were designed for vanA, vanB, and 16S rRNA. Screening for vancomycin susceptibility in Enterococcus was performed using Etest (bioMérieux Inc). The results of the LAMP assay were compared to those of real-time RT-PCR. The optimal conditions for the LAMP assay were 65℃ for 60 min. The detection limits of the LAMP assay for vanA, and vanB were 2 × 102 copies/reaction. Compared to RT-PCR, the sensitivities and specificities of LAMP for 16S rRNA, vanA, and vanB were 100/100%, 100/100%, and 100/100%, respectively. The vanA genotype-vanB phenotype accounted for 57.5% (46/80) of the vancomycin-resistant Enterococci samples collected from 2016 to 2019. In conclusion, the LAMP assay developed in this study showed high sensitivity and specificity for vancomycin-resistant genes. Moreover, due to the simplicity and rapidity of the LAMP assay, its use can be very useful in clinical microbiology laboratories.
Vo, Kieu Thi Xuan;Lee, Sang-Kyu;Halane, Morgan K.;Song, Min-Young;Hoang, Trung Viet;Kim, Chi-Yeol;Park, Sook-Young;Jeon, Junhyun;Kim, Sun Tae;Sohn, Kee Hoon;Jeon, Jong-Seong
Molecules and Cells
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v.42
no.9
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pp.637-645
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2019
Effector-triggered immunity (ETI) is an effective layer of plant defense initiated upon recognition of avirulence (Avr) effectors from pathogens by cognate plant disease resistance (R) proteins. In rice, a large number of R genes have been characterized from various cultivars and have greatly contributed to breeding programs to improve resistance against the rice blast pathogen Magnaporthe oryzae. The extreme diversity of R gene repertoires is thought to be a result of co-evolutionary history between rice and its pathogens including M. oryzae. Here we show that Pii is an allele of Pi5 by DNA sequence characterization and complementation analysis. Pii-1 and Pii-2 cDNAs were cloned by reverse transcription polymerase chain reaction from the Pii-carrying cultivar Fujisaka5. The complementation test in susceptible rice cultivar Dongjin demonstrated that the rice blast resistance mediated by Pii, similar to Pi5, requires the presence of two nucleotide-binding leucine-rich repeat genes, Pii-1 and Pii-2. Consistent with our hypothesis that Pi5 and Pii are functionally indistinguishable, the replacement of Pii-1 by Pi5-1 and Pii-2 by Pi5-2, respectively, does not change the level of disease resistance to M. oryzae carrying AVR-Pii. Surprisingly, Exo70F3, required for Pii-mediated resistance, is dispensable for Pi5-mediated resistance. Based on our results, despite similarities observed between Pi5 and Pii, we hypothesize that Pi5 and Pii pairs require partially distinct mechanisms to function.
Turnip crinkle vims (TCV) inoculation onto resistant Arabidopsis ecotype Dijon(Di-17) leads to a hypersensitive response (HR) on the inoculated leaves. A dominant gene, HRT, which confers an HR to TCV, has been cloned from Di-17 plants by map-based cloning. HRT is a LZ-NBS-LRR class resistance gene and it belongs to a small gene family that includes RPP8, which confers resistance to Peronospora parasitica Emco5. Outside of the LRR region, HRT and RPP8 proteins share 98% amino acid identity while their LRR regions are less conserved (87% identity). HRT-transformed Arabidopsis plants developed an HR but generally remained susceptible to TCV due to a dominant RRT allele, which is not compatible with resistance. However, several transgenic plants that over-expressed HRT much higher than Di-l7 showed micro-HR or no HR when inoculated with TCV and were resistant to infection. Both the HR and resistance are dependent on salicylic acid but independent of NPRI, ethylene, or jasmonic acid. Arabidopsis plants containing both TCV coat protein gene and HRT developed massive necrosis and death in seedlings, indicating that the TCV coat protein is an avirulence factor detected by the HRT.
We developed the multiplex LAMP assay using 16S rRNA, femA and mecA genes for direct detection of the methicillin resistance in Staphylococci from positive blood culture. To simultaneously recognize Staphylococci genus, S. aureus and methicillin resistance, three sets of six primers for 16S rRNA, femA and mecA were designed, respectively. The performance of LAMP assay was affirmed using VITEK system for the phenotypic methods of identification and for oxacillin and cefoxitin antimicrobial susceptibility. The optimal condition for LAMP assay was obtained under $64^{\circ}C$ for 50 min. The detection limit was determined to be of 20 copies and CFU/reaction ($10^4CFU/mL$). For clinical application of comparison with phenotypic methods, the sensitivity and specificity of the LAMP with femA gene for detecting S. aureus was 95.31% and 100%, respectively. The sensitivity and specificity of the LAMP with mecA gene for detecting methicillin resistance was 98.46% and 100%, respectively. The multiplex LAMP assay with femA and mecA gene successfully detected all of MRSA (38 isolates) isolates from 103 Staphylococci in blood cultures. The LAMP assay developed in this study is sensitive, specific, and of excellent agreement with the phenotypic methods.
Proceedings of the Korean Society of Plant Pathology Conference
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2003.10a
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pp.148.2-149
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2003
Cucumber fruit mottle mosaic tobamovirus (CFMMV) causes severe mosaic symptoms with yellow mottling on leaves and fruits, and occasionally severe wilting of cucumber plants. No genetic source of resistance against this virus has been identified. The genes coding for the coat protein or the putative 54-kDa replicase were cloned into binary vectors under control of the SVBV promoter. Agrobacterium-mediated transformation was peformed on cotyledon explants of a parthenocarpic cucumber cultivar with superior competence for transformation. R1 seedlings were evaluated for resistance to CFMMV infection by lack of symptom expression, back inoculation on an alternative host and ELISA. From a total of 14 replicase-containing R1 lines, 8 exhibited immunity, while only 3 resistant lines were found among a total of 9 CP-containing lines. Line 144 homozygous for the 54-kDa replicase was selected for further resistance analysis. Line 144 was immune to CFMMV infection by mechanical and graft inoculation, or by root infection following planting in CFMMV-contaminated soil. Additionally, line 144 showed delay of symptom appearance following infection by other cucurbit-infecting tobamoviruses. Infection of line 144 plants with various potyviruses and cucumber mosaic cucumovirus did not break the resistance to CFMMV. The mechanism of resistance of line 144 appears to be RNA-mediated, however the means is apparently different from the gene silencing phenomenon. Homozygote line 144 cucumber as rootstock demonstrated for the first time protection of a non-transformed scion from soil inoculation with a soil borne pathogen, CFMMV.
Transgenic zoysiagrass (Zoysia japonica cv. Zenith) plants have been obtained by particle bombardment of embryogenic callus with the plasmid pSMABuba, which contains hygromycin resistance (hpt) and bialaphos resistance (bar) genes. Parameters on DNA delivery efficiency of the particle bombardment were partially optimized using transient expression assay of a chimeric $\beta-glucuronidase$(gusA) gene driven by the CaMV 35S promoter. Stably transfarmed zoysiagrass plants were recovered with a selection scheme using hygromycin. Transgenic zoysiagrass plants were confirmed by PCR analysis with specific primer for bar gene. Expression of the transgene in transformed zoysiagrass plants was demonstrated by Reverse transcriptase (RT)-PCR analysis. All the tested transgenic plants showed herbicide BastaR resistance at the field application rate of $0.1\%-0.3\%$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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