• 제목/요약/키워드: Salinity stress

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Effect of Heavy Metal Resistant and Halotolerant Rhizobacterium Bacillus safensis KJW143 on Soybean under Salinty and Cadmium Exposure

  • Eun-Hae Kwon;Ho-Jun Gam;Yosep Kang;Jin-Ryeol Jeon;Ji-In Woo;Sang-Mo Kang;In-Jung Lee
    • 한국작물학회:학술대회논문집
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    • 한국작물학회 2023년도 춘계학술대회
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    • pp.32-32
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    • 2023
  • Cadmium and salt exposure to crops is considered vulnerable for production as well as consumption. To address these challenges, the current study aimed to mitigate the toxicity induced by salt and cadmium in soybean plants through the application of bacterial strain Bacillus safensis KJW143 isolated from the rhizosphere of oriental melon..The bioassay analysis revealed that KJW143 is a highly salt-tolerant and cadmium-resistant (Cd) strain with an innate ability to produce melatonin, gibberellin (GA3), Indole-3-Acetic Acid (IAA), and organic acids (i.e., acetic, succinic, lactic, and propionic acids). Soybean plants at 20 days old were treated with KJW143 in a different form (pellet, broth, and together) and their effect on plant performance was investigated. Inoculation with KJW143enhanced plant biomass and growth attributes in soybean plants compared to the control (non-treated). In particular, we observed that only pellet-treated showed 65%, 27.5%, and 28.7% increase in growth (shoot fresh weight) compared to broth, broth with pellet, and control. In addition, bacterial strain KJW143 treatment (only pellet) modulated the physiochemical apparatus of soybean plants by increasing glucose (390%), arabinose (166%), citric acid (22.98%) and reducing hydrogen peroxide (29.7%), catalase (32.1%), salicylic acid (25.6%) compared to plants with combined stressed plants (cd and salinity). These findings suggest that bacterial strain KJW143 could be usedas a biofertilizer to minimize the probable risk of heavy metal and salinity stress on crops.

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해수유통 중인 간척담수호 화성호에서 식물플랑크톤의 군집과 적응전략에 대한 수문학적 영향 (The Effect of Hydrology on Phytoplankton Assemblages and Its Adaptive Strategies in Lake Hwaseong, Estuarine Reservoir with Seawater Exchange, Korea)

  • 송태윤;유만호;이인호;강의태;김미옥;최중기
    • 생태와환경
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    • 제47권2호
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    • pp.71-81
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    • 2014
  • 해수유통 중인 화성호에서 수문학적 변동이 식물플랑크톤 군집과 적응전략에 미치는 영향을 파악하기 위하여 2012년 5월부터 10월까지 7회에 걸쳐 식물플랑크톤 종조성, 생물량, 환경변수를 조사하였다. 수문학적 이벤트 (해수유통, 강수량)는 화성호의 급격한 염분변동 (2.9~29.1 psu)과 함께 영양염, 투명도를 조절하였다. 식물플랑크톤 종조성은 매 조사마다 강 (class) 수준에서 급격히 변하였고, 클로로필-a는 $9.7{\sim}104.1{\mu}g\;L^{-1}$의 범위로 6월에 낮고 9월에 높았다. 다변량 분석결과, 식물플랑크톤 천이는 4개의 시기로 구분되었다. Phase I (5~6월)은 해수유통이 빈번한 고염-중온 시기로, 작은 크기의 Gymnodinium sp., Heterosigma akashiwo이 우점하였다. Phase II (7월, 9월)에는 집중호우와 바람의 영향으로 Cylindrotheca closterium가 우점하였고, Phase III (8월)에는 저염-고온 시기로 Oscillatoria spp.가 우점하였으며, Phase IV (10월)는 해수유통이 다시 증가하고 수온이 급감하면서 작은 편모조류인 unid. cryptomonad가 우점하였다. 화성호 식물플랑크톤 군집은 형태적, 생리적 특성에 따라 구분되는 세가지 적응전략, 즉 C (colonist-invasives), S (stress-tolerants), R (ruderals)전략에 따라 구분되었다. Phase I와 IV의 우점종은 CR-전략종으로써, 약한 성층조건을 선호하는 작은 크기의 기회종이였고, Phase II와 III의 우점종은 R-전략종으로써, 유입하천수의 교란에 적응된 중간 크기의 종이다. 이 결과는 향후 해수유통차단에 의한 성층강화가 현재의 식물플랑크톤 군집을 더 작은 편모조류의 극우점으로 변화시킬 수 있음을 보여주었다. 결론적으로 화성호의 수문학적 이벤트(해수유통, 강수량)는 염분, 영양염, 성층환경 교란을 조절함으로써 식물플랑크톤의 천이와 대발생을 이끄는 중요한 요인임을 제시한다.

Hypoosmotic shock adaptation by prolactin involves upregulation of arginine vasotocin and osmotic stress transcription factor 1 mRNA in the cinnamon clownfish Amphiprion melanopus

  • Park, Mi Seon;Kim, Na Na;Shin, Hyun Suk;Min, Byung Hwa;Kil, Gyung-Suk;Cho, Sung Hwoan;Choi, Cheol Young
    • Animal cells and systems
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    • 제16권5호
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    • pp.391-399
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    • 2012
  • We cloned cDNA-encoding arginine vasotocin (AVT) from the brain of the cinnamon clownfish Amphiprion melanopus, and that was predicted to encode a protein of 153 amino acids. We examined changes in the expression of AVT mRNA in the brain and arginine vasotocin receptor (AVTR) mRNA and osmotic stress transcription factor 1 (OSTF1) mRNA in the gills of the cinnamon clownfish using quantitative real-time PCR in an osmotically changing environment (seawater (35 psu) ${\rightarrow}$ brackish water (BW, 17.5 psu) and BW with prolactin [PRL]). The expression of AVT, AVTR, and OSTF1 mRNA in the brain and gills increased after transfer to BW, and the expression was repressed by PRL treatment. AVT-immunoreactive cells were almost consistently observed in the telencephalon. The plasma $Na^+$ and $Cl^-$ levels decreased in BW, but the level of this parameter increased in BW with PRL treatme during salinity change. These results suggest that AVT, AVTR, and OSTF1 play important roles in hormonal regulation in osmoregulation organs, and that PRL improves the hyperosmoregulatory ability of cinnamon clownfish in BW environment.

Transcriptome profiling of the coffee (C. arabica L.) seedlings under salt stress condition

  • Haile, Mesfin;Kang, Won Hee
    • Journal of Plant Biotechnology
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    • 제45권1호
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    • pp.45-54
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    • 2018
  • This research was conducted to study the gene expression of coffee (Coffea arabica L.) seedlings under salt stress condition. A solution of five percent ($2.3dS\;m^{-1}$) deep sea water was used for the salt treatment, and it was thereby compared to normal irrigation water ($0.2dS\;m^{-1}$) used for the control treatment. The mRNA was extracted from the leaves of the coffee seedlings for a comprehensive analysis. In this study, a total of 19,581 genes were identified and aligned to the reference sequences available in the coffee genome database. The gene ontology analysis was performed to estimate the number of genes associated with the identified biological processes, cellular components and molecular functions. Among the 19,581 genes, 7369 (37.64%) were associated with biological processes, 5909 (30.18%) with cellular components, and 5325 (27.19%) with molecular functions. The remaining 978 (4.99%) genes were therefore grouped as unclassified. A differential gene expression analysis was performed using the DESeq2 package to identify the genes that were differentially expressed between the treatments based on fold changes and p-values. Namely, a total of 611 differentially expressed genes were identified (treatment/control) in that case. Among these, 336 genes were up-regulated while 275 of the genes were down-regulated. Of the differentially expressed genes, 60 genes showed statistically significant (p < 0.05) expression, 44 of which were up-regulated and 16 which were down-regulated. We also identified 11 differentially expressed transcription factor genes, 6 of which were up-regulated and rest 5 genes were down-regulated. The data generated from this study will help in the continued interest and understanding of the responses of coffee seedlings genes associated with salinity stress, in particular. This study will also provide important resources for further functional genomics studies.

Inoculation with Bacillus licheniformis MH48 Promotes Nutrient Uptake in Seedlings of the Ornamental Plant Camellia japonica grown in Korean Reclaimed Coastal Lands

  • Park, Hyun-Gyu;Lee, Yong-Seong;Kim, Kil-Yong;Park, Yun-Serk;Park, Ki-Hyung;Han, Tae-Ho;Park, Chong-Min;Ahn, Young Sang
    • 원예과학기술지
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    • 제35권1호
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    • pp.11-20
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    • 2017
  • The objective of this study was to determine whether inoculation with Bacillus licheniformis MH48 as a plant growth-promoting rhizobacterium (PGPR) could promote nutrient uptake of seedlings of the ornamental plant Camellia japonica in the Saemangeum reclaimed coastal land in Korea. B. licheniformis MH48 inoculation increased total nitrogen and phosphorus content in soils by 2.2 and 20.0 fold, respectively, compared to those without bacterial inoculation. In addition, B. licheniformis MH48 produced auxin, which promoted the formation of lateral roots and root hairs, decreased production of growth-inhibiting ethylene, and alleviated salt stress. Total nitrogen and phosphorus uptake of seedlings subjected to bacterial inoculation was 2.3 and 3.6 fold higher, respectively, than the control. However, B. licheniformis MH48 inoculation had no significant effect on the growth of seedlings. Our results suggest that inoculation with B. licheniformis MH48 can be used as a PGPR bio - enhancer to stimulate fine root development, promote nutrient uptake and alleviate salt stress in ornamental plant seedlings grown in the high-salinity conditions of reclaimed coastal land.

배추 염 저항성 관련 유전자의 네트워크 모델 구축 (Construction of a Network Model to Reveal Genes Related to Salt Tolerance in Chinese Cabbage)

  • 이기호;유재경;박지현;박영두
    • 원예과학기술지
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    • 제32권5호
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    • pp.684-693
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    • 2014
  • 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.

Cinnamon clownfish Amphiprion melnaopus의 이소토신 유전자 구조와 삼투압 조절이 미치는 영향 (Investigation of the Gene Encoding Isotocin and its Expression in Cinnamon Clownfish, Amphiprion melanopus)

  • 노경언;최미진;민병화;노섬;김종명
    • 생명과학회지
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    • 제26권2호
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    • pp.164-173
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    • 2016
  • Isotocin (IT)은 포유류의 oxytocin과 유사한 호르몬으로 어류의 행동 조절과 스트레스에 대한 반응, 그리고 삼투압 조절에 이르기까지 다양한 생리반응에 관여한다고 추정된다. 해수 관상어인 cinnamon clownfish의 IT 유전자 구조와 기능을 연구하기 위하여 genomic DNA와 뇌의 cDNA 주형으로부터 유전자를 확보하였다. 세 개의 exon과 156개의 아미노산을 표지하는 ORF로 이루어진 IT 전구물질 유전자는 19개 아미노산으로 이루어진 신호 부위, 9개 아미노산 호르몬 부위, 3개 아미노산의 효소 조절 부위, 그리고 125개 아미노산의 neurophysin 호르몬 부위로 구성되었다. 조직별 RT-PCR 분석결과는 IT 전구물질 유전자가 뇌와 생식소에서 발현됨을 보여준다. 해수 (34 ppt) 적응 개체의 아가미에서는 염류세포 바깥 표면에 apical crypt가 보이는데 비하여, 15 ppt로 낮춘 저염분 적응 개체의 아가미는 표면이 pavement cell로 덮여있는 평평한 구조를 보여준다. 아가미 세포의 Na+/K+-ATPase 활성은 저염분 순응 초기에 증가하다 시간이 지날수록 정상 수준을 회복하는 양상을 보여주는데, 이는 prolactin과 같이 저염분 초기순응 및 항상성 유지에 관여함을 의미한다. 하지만 저염분 순응 시 미량 증가하는 IT 전구체 mRNA는 초기 삼투조절에 미치는 역할이 미미함을 보여준다.

환경 스트레스에 관여하는 애기장대 BLH 8, BEL1-Like Homeodomain 8의 기능 분석 (Functional characterization of Arabidopsis thaliana BLH 8, BEL1-Like Homeodomain 8 involved in environmental stresses)

  • 박형철;박지영;백동원;윤대진
    • Journal of Plant Biotechnology
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    • 제38권2호
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    • pp.162-168
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    • 2011
  • 고염 스트레스는 식물의 성장과 수확량에 치명적인 영향을 야기한다. 그와 같은, 환경 스트레스에 의하여 식물은 다양한 유전자의 발현으로 저항성을 가지게 하는 기작이 발달되어 있다. 본 연구에서는 애기장대에서 다양한 환경 스트레스에 관여하는 유전자를 분리할 목적으로 GGM(Graphical Gaussian Model) program을 사용한 후, BLH8(BEL1-Like Homeodomain Gene 8) 유전자의 돌연변이 식물체를 구축하였다. atblh8-1 돌연변이체는 고농도의 $Na^+$$K^+$ 이온에 특이적으로 백화현상을 보이지만, 뿌리 성장에는 변화를 보이지 않았다. 그러므로, BLH8 단백질은 $Na^+$$K^+$과 같은 환경스트레스 저항성에 관여하는 중요한 인자임을 시사한다. 이와 같이, GGM program은 환경 스트레스에 관여하는 유전자를 분리하기 위한 유용한 도구일 것으로 사려된다.

염분에 대한 콩의 생리학적 반응지표 연구 (Parameters on Physiological Responses of Soybean (Glycine max Merr.) to Salinity)

  • 천상욱;박종환
    • 한국환경농학회지
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    • 제22권3호
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    • pp.185-191
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    • 2003
  • 본 연구는 "광안콩"의 20일 묘를 공시하여 $0{\sim}90\;mM$의 염분조건에서 콩의 생리학적 피해정도를 산정하고 내염성 품종선발과 육종계획에 요구되는 기초자료로 활용하고자 수행되었다. 엽록소의 함량은 정상적인 관수를 실시한 대조구에 비해 염분 처리에서 $15{\sim}60%$ 감소하였고 농도증가에 따라 감소정도가 크게 나타났다. 염분 처리에 따른 광합성과 호흡량은 각각 $28{\sim}48%$$16{\sim}34%$ 감소하였고 $O_2$ 생산 비율보다 $O_2$ 소모 비율이 높게 나타났다. 수분 potential은 정상 잎(-1.5 MPa)에 비해 염분처리에서는 농도별로 -2.13에서 -2.69 MPa로 직선적으로 감소하였다. 개화기 염처리에서 대조구 $13.3\;{\mu}g$의 약 $17{\sim}22%$로 감소한 $11.8{\sim}10.4\;{\mu}g$이었으며 증산저항은 $1.08{\sim}1.70\;S/m$로 증가하는 경향이었다. 콩 잎의 수분증산 저항에 미치는 염분의 영향은 잎 내부의 기층저항이 가장 심한 차이를 보였고 무처리에서 45.9 S/m인 반면 염분처리에서는 $53.5{\sim}56.6\;S/m$로 농도증가에 따라 증가하였으며 기공저항과 잎 경계면의 저항은 큰 차이를 보이지 않았다. 대부분의 무기물 함량은 뿌리보다 앞에서 축적량이 더 많게 나타났으나 $Na^+$만이 뿌리에 더 많이 축적되었고 N, P, $K^+$, $Ca^{2+}$$Mg^{2+}$는 무처리에 비해 오히려 그 축적량이 감소하였다. 염분처리에 따른 콩 잎의 유리 proline은 무처리($10.5\;{\mu}g$) 대비 $1.8{\sim}4.2$배 ($184{\sim}434\;{\mu}g$)로 염 농도가 증가함에 따라 축적량이 증가하는 경향이었다. Nitrate reductase의 활성은 염 농도가 증가함에 따라 증가하였으나 농도가 90 mM 염분 처리에서의 증가폭은 다소 둔화되는 경향이었다. 한편 peroxidase 활성 역시 염분농도가 증가함에 다라 증가하는 것으로 나타났다.

Exclusion of Na+ and ClIons by the central parenchyma in leaf sheaths of rice and the involvement of lamina joint

  • Neang, Sarin;Kano-Nakata, Mana;Yamauchi, Akira;Itani, Tomio;Maekawa, Masahiko;Mitsuya, Shiro
    • 한국작물학회:학술대회논문집
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    • 한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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    • pp.237-237
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    • 2017
  • Rice is highly sensitive to salt stress especially in its early growth stage, which thus is one of the major constraints in rice production. In rice plants, salt sensitivity is associated with the accumulation of $Na^+$ in the shoots, especially in the photosynthetic tissues. High salt concentrations in soil cause high $Na^+$ and $Cl^-$ transport to the shoot and preferential accumulation of those ions in older leaves, which decreases $K^+$ in the shoot, photosynthetic activity and grain yield. Salt exclusion capacity at the leaf sheath is therefore considered to be one of the main mechanisms of salt tolerance. In addition, it is suspected that the lamina joint might be involved in the salt transport from leaf sheath to leaf blade. This research aims to determine if leaf sheaths of rice exclude a large amount of $Na^+$ only or other ions such as $K^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, and $Cl^-$ as well, to identify tissues in the leaf sheath, which accumulate $Na^+$, and to examine if the lamina joint is involved in the salt exclusion by the leaf sheath. The rice seedlings of salt tolerant genotype FL478 and salt sensitive genotype IR29 were independently treated with NaCl, KCl, $MgCl_2$ and $CaCl_2$, and Taichung 65 and its near-isogenic liguleless line (T65lg) were treated with NaCl. Then, the content of $Na^+$, $K^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, and $Cl^-$ ions and their specific location were determined using Atomic Absorption Spectrometer, Ion Chromatograph, and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy. Results showed that leaf sheaths of FL478 and IR29 accumulated a large amount of $Na^+$, $K^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, and $Cl^-$ ons, and thus excluded them from leaf blades when treated with high concentration of each salt. When treated with NaCl, the highest $Na^+$ concentration was found in the basal part of leaf sheaths of both cultivars. Moreover, energy-dispersive X-ray spectroscopy revealed that the central parenchyma cells of the leaf sheath were the site where most Na, Cl, and K were retained under salinity in the salt tolerant genotype FL478. Also, the concentration of $Na^+$, $K^+$ and $Cl^-$ ions in leaf sheaths and leaf blades was comparable between T65 and T65lg, indicating that the lamina joint may not be involved in the exclusion of $Na^+$, $Cl^-$ and $K^+$ by the leaf sheath from the leaf blade under salinity. Therefore, we conclude that the central parenchyma cells of basal part of leaf sheath are the site that plays a physiological role to exclude $Na^+$ in the shoots of rice without the involvement of the lamina joint.

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