The development of selectable markers for transformation has been a major factor in the successful genetic manipulation of plant. We established a new selectable marker system for tobacco transformation using chimeric adenosine deaminase (ADA) gene, which confers resistance to cytotoxic adenosine analogues, 9-$\beta$-D-arabinofuranosyl adenine(Ara-A) and cordycepin. The transformants with the chimeric ADA gene in tobacco grew in the presence of normally lethal level of cytotoxic adenosine analogues, 100 $\mu$M Ara-A and 50 $\mu$M cordycepin. We successfully distinguished transformed shoot from non-transformed shoot on the same selectable media with cytotoxic adenosine analogues. In this selectable media, we were able to select seeds with/ without ADA gene from transgenic tobacco seeds. Theses results show that the mammalian ADA gene may serve as a new selectable marker for tobacco transformation.
Beta-carotene producing transformants were produced in the background of 'Nagdongbyeo', a Japonica rice cultivar. Introgression of the carotenoid locus in the transformant, PAC4-2 into the elite cultivar 'Ilpumbyeo' was started. To initiate a backcrossing program, we surveyed 220 SSR markers and found that 38% of them were polymorphic between 'Ilpumbyeo' as a recurrent parent and the PAC4-2 as a recipient parent. The selection strategy comprising foreground and background selection was employed. First, foreground selection was practiced in $BC_1$, $BC_2$, and $BC_3$ generations using the transgene specific PCR-based marker in addition to visual scoring of the seed color. Marker-based background selection combined with phenotypic selection was employed from $BC_3F_2$ to $BC_3F_4$ generations. Blast search indicated that the transgene PAC4-2 was located between SSR markers, RM6 and RM482. 240 $BC_3F_3$ and 63 $BC_3F_4$ lines were evaluated for four agronomic traits including days to heading. Most of the lines were similar to Ilpumbyeo in agronomic traits evaluated. The percentage of PAC4-2 genome ranged from 4% to 21% with a mean of 12.5%, which was higher than the expected for an unselected $BC_3$ backcross population. This could be explained by the fact that two genes for beta-carotene and the stripe virus resistance were targeted in this study. We selected 10 representative $BC_3F_5$ lines from 63 $BC_3F_4$ lines based on agronomic traits and carotenoids content. The selection strategy would be appropriate for the introgression of beta-carotene gene in a breeding program.
Development of transgenic plant increasing crop yield or disease resistance is good way to solve the world food shortage. However, the persistence of marker genes in crops leads to serious public concerns about the safety of transgenic crops. In the present paper, we developed marker-free transgenic rice inserted high molecular-weight glutenin subunit (HMW-GS) gene ($D{\times}5$) from the Korean wheat cultivar 'Jokyeong' using Agrobacterium-mediated co-transformation method. Two expression cassettes comprised of separate DNA fragments containing only the $D{\times}5$ and hygromycin resistance (HPTII) genes were introduced separately into Agrobacterium tumefaciens EHA105 strain for co-infection. Each EHA105 strain harboring $D{\times}5$ or HPTII was infected into rice calli at a 3: 1 ratio of EHA105 with $D{\times}5$ gene and EHA105 with HPTII gene expressing cassette. Then, among 66 hygromycin-resistant transformants, we obtained two transgenic lines inserted with both the $D{\times}5$ and HPTII genes into the rice genome. We reconfirmed integration of the $D{\times}5$ and HPTII genes into the rice genome by Southern blot analysis. Wheat $D{\times}5$ transcripts in $T_1$ rice seeds were examined with semi-quantitative RT-PCR. Finally, the marker-free plants containing only the $D{\times}5$ gene were successfully screened at the $T_1$ generation. These results show that a co-infection system with two expression cassettes could be an efficient strategy to generate marker-free transgenic rice plants.
Kamal Bhattarai;Patricia Izabelle Lopez;Sherry Lou Hechanova;Ji-Ung Jeung;Hyun-Sook Lee;Eok-Keun Ahn;Ung-Jo Hyun;Jong-Hee Lee;So-Myeong Lee;Jose E. Hernandez;Sung-Ryul Kim
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2022.10a
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pp.269-269
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2022
Pre-harvest sprouting (PHS) on rice panicles is getting problematic in recent several years in Korea due to climate changes such as high temperature and more frequent typhoons during harvesting season. PHS negatively affects grain quality severely and also yield. Genetic improvement of Korean varieties (Oryza sativa ssp. japonica) through a marker assisted-backcross breeding (MAB) with the known PHS resistant genes must be one of ideal solutions. However, the final breeding products of MAB occasionally exhibit unwanted traits, especially the cross between genetically distant parents. This might be caused by linkage drag and/or presence of the gene-unlinked donor introgressions, resulting that the final products could not be released to the farmers. The major PHS resistance gene, Sdr4 (Seed dormancy 4) originated from an indica cultivar, Kasalath was selected as a donor gene. In order to avoid unexpected phenotypes in the breeding products, we performed a precision marker-based breeding (PMBB) consisting of foreground, recombinant, and background selections (FS, RS, and BS) which aim to develop 'single small introgression lines' (~100 kb introgression). Korean varieties (Ilpum and Gopum) were crossed with Kasalath. We developed Sdr4-allele specific markers for FS and a set of polymorphic flanking markers near the Sdr4 (-350kb and +420kb) for RS. To minimize linkage drag, the small introgression (< 125kb) containing Sdr4 was selected in Ilpum background (BC2F4) through 1st RS with ~1,200 F2 or BC1F2 plants (one side trimmed) and then 2nd RS with ~1,000 progenies from the 1st RS selected plants (another side trimmed). After RS, the selected lines were genotyped by using Infinium 7K SNP chip to detect other donor introgressions and the lines were backcrossed. Currently BS is on-going from the backcross-derived progenies with BS markers to remove residual introgressions. During the PMBB process, genetic effect of Sdr-4-Kasalath allele was confirmed in Ilpum and Gopum backgrounds by PHS phenotyping using the segregating BC2F3 or BC1F4 materials. The Sdr4 PMBB lines in Ilpum background (< 125kb introgression) will be valuable genetic resources to improve PHS resistance in modem popular temperate japonica varieties.
Rice blast, caused by a fungus Magnaporthe oryzae, is one of the most devastating diseases of rice worldwide. Analyzing the valuable genetic resources is important in making progress towards blast resistance. Molecular screening of major rice blast resistance (R) genes was determined in 2,509 accessions of rice germplasm from different geographic regions of Asia and Europe using PCR based markers which showed linkage to twelve major blast R genes, Pik-p, Pi39, Pit, Pik-m, Pi-d(t)2, Pii, Pib, Pik, Pita, Pita/Pita-2, Pi5, and Piz-t. Out of 2,509 accessions, only two accessions had maximum nine blast resistance genes followed by eighteen accessions each with eight R genes. The polygenic combination of three genes was possessed by maximum number of accessions (824), while among others 48 accessions possessed seven genes, 119 accessions had six genes, 267 accessions had five genes, 487 accessions had four genes, 646 accessions had two genes, and 98 accessions had single R gene. The Pik-p gene appeared to be omnipresent and was detected in all germplasm. Furthermore, principal component analysis (PCA) indicated that Pita, Pita/Pita-2, Pi-d(t)2, Pib and Pit were the major genes responsible for resistance in the germplasm. The present investigation revealed that a set of 68 elite germplasm accessions would have a competitive edge over the current resistance donors being utilized in the breeding programs. Overall, these results might be useful to identify and incorporate the resistance genes from germplasm into elite cultivars through marker assisted selection in rice breeding.
Kexin Ai;Mu Chen;Zhao Liang;Xiangyang Ding;Yang Gao;Honghao Zhang;Suwan Wu;Yanjie He;Yuhua Li
Biomolecules & Therapeutics
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v.32
no.5
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pp.582-600
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2024
Tyrosine kinase inhibitors (TKIs) have revolutionized the treatment landscape for chronic myeloid leukemia (CML). However, TKI resistance poses a significant challenge, leading to treatment failure and disease progression. Resistance mechanisms include both BCR::ABL1-dependent and BCR::ABL1-independent pathways. The mechanisms underlying BCR::ABL1 independence remain incompletely understood, with CML cells potentially activating alternative signaling pathways, including the AKT/mTOR and JAK2/STAT5 pathways, to compensate for the loss of BCR::ABL1 kinase activity. This study explored tumoral VISTA (encoded by VSIR) as a contributing factor to TKI resistance in CML patients and identified elevated tumoral VISTA levels as a marker of resistance and poor survival. Through in vitro and in vivo analyses, we demonstrated that VSIR knockdown and the application of NSC-622608, a novel VISTA inhibitor, significantly impeded CML cell proliferation and induced apoptosis by attenuating the AKT/mTOR and JAK2/STAT5 pathways, which are crucial for CML cell survival independent of BCR::ABL1 kinase activity. Moreover, VSIR overexpression promoted TKI resistance in CML cells. Importantly, the synergistic effect of NSC-622608 with TKIs offers a potent therapeutic avenue against both imatinib-sensitive and imatinib-resistant CML cells, including those harboring the challenging T315I mutation. Our findings highlight the role of tumoral VISTA in mediating TKI resistance in CML, suggesting that inhibition of VISTA, particularly in combination with TKIs, is an innovative approach to enhancing treatment outcomes in CML patients, irrespective of BCR::ABL1 mutation status. This study not only identified a new pathway contributing to TKI resistance but also revealed the possibility of targeting tumoral VISTA as a means of overcoming this significant clinical challenge.
Grapes (Vitis spp. L.) are the third most produced fruit in the world. Crown gall disease caused by Agrobacterium vitis forms galls in the stems of the grapevines and reduces the vitality of the fruit trees, resulting in reduced yields. This pathogen has occurred in vineyards worldwide and caused serious economic losses. It is a soil-borne disease, so Agrobacterium vitis can survive for several years in vineyards and is difficult to control. Additionally, since there is no effective chemical control method, the most effective control method is the breeding of resistant varieties. To make the resistant variety, marker-assisted selection (MAS) enables fast breeding with low cost. In this study, we applied a genome-wide association study (GWAS), by combining phenotyping and genotyping-by-sequencing (GBS), for the development of a single nucleotide polymorphism (SNP) marker set related to crown gall disease using 350 grapevine varieties. As a result of the GBS based genotyping analysis, about 58,635 SNPs were obtained. In addition, the phenotypic analysis showed 35.2% resistance, 73% moderate susceptibility and 16.4% highly susceptibility. Moreover, after confirmation, two genes (VvARF4 and VvATL6-like) were shown to be related to crown gall disease based on the results of GWAS analysis, using the phenotypic data, and GBS. High-resolution melting analysis (HRMA) was performed using the Luna® Universal Probe with real-time PCR to distinguish the melting peaks of the resistant and susceptible varieties. Our data show that these SNP markers are expected to be helpful in evaluating resistance against grapevine crown gall disease and in breeding.
Plasmodiophora brassicae, the causal agent of clubroot disease, does the most serious damage to the Brassica crops. The limited control approaches make that the identification of clubroot resistance (CR) is more important for developing CR cultivars of the Brassica crops. So far, 8 CR loci were mapped. However, the variation of P. brassicae leads to the rapid erosion of its resistance. To identify novel CR genes, we employed three mapping population, derived from crosses between Chinese cabbage and turnip inbred lines ($59-1{\times}ECD04$ and $BJN3-1{\times}Siloga$) or between Chinese cabbage inbred lines ($BJN3-1{\times}85-I-II$), to perform QTL analysis. Totally, 8 CR loci were indentified and showed race-specific resistance. Physical mapping of these 8 loci suggested that 4 were located previously mapped position, indicating they might be the same allele or different alleles of the same genes. Other 4 loci were found to be novel. Further, CR near isogenic line carrying each CR locus was developed based on the marker assisted selection. Verification of these CR loci was underway. Identification of these novel CR genes would facilitate to breed broad-spectrum and durable CR cultivars of B. rapa by pyramiding strategies.
The occurrence of tetQ and aacC2 genes encoding tetracycline and gentamicin resistance determinant, respectively, was assessed in total bacterial community DNA isolated from Dongchon stream of Sunchon area. To examine the resistance potential of bacteria that were not cultured, total DNA from 1 liter of stream water was extracted by freeze-thaw method. The PCR technique was employed to determine the abundance of the target genes. The highest frequency of tetQ gene was obtained from site 1, located near the animal farms area, whereas the incidence of aacC2 was highest in site 5, the downstream area. These results showed that the occurrence of antibiotic resistance gene may be used as a convenient marker of water quality related to source.
β-Aminobutyric acid (BABA) has consistently been reported to enhance plant immunity. However, the specific mechanisms and downstream components that mediate this resistance are not yet agreed upon. Nitric oxide (NO) is an important signal molecule involved in a diverse range of physiological processes, and whether NO is involved in BABA-induced resistance is interesting. In this study, treatment with BABA significantly increased NO accumulation and reduced the sensitivity to Botrytis cinerea in tomato plants. BABA treatment reduced physical signs of infection and increased both the transcription of key defense marker genes and the activity of defensive enzymes. Interestingly, compared to treatment with BABA alone, treatment with BABA plus cPTIO (NO specific scavenger) not only significantly reduced NO accumulation, but also increased disease incidence and lesion area. These results suggest that NO accumulation plays an important role in BABA-induced resistance against B. cinerea in tomato plants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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