식용작물, 사료, 잔디를 포함하는 모든 작물은 건조, 염, 저온, 고온 등의 여러 가지 환경스트레스의 영향을 빈번히 받기 때문에 작물의 생산성이 떨어지게 된다. 식물은 환경스트레스 상황에서 스스로 벗어날 수 없다. 따라서 식물은 환경 스트레스를 극복하는 방향으로 진화하였다. ARF, ABI3, NAC, HSF, WRKY 같은 환경 스트레스에 반응하는 유전자들이 식물에서 보고되었다. 이 유전자들은 환경스트레스에 반응하는 전사인자로, 식물의 스트레스반응 경로에 연관되어 있다. OsWRKY76의 경우에는 저온 및 병원균에 대한 내성을 증가시켰고, AtWRKY28 의 경우 여러 가지 환경스트레스에 관련이 있는 것으로 보고되었다. 들잔디는 정원이나 골프코스에서 가장 흔하게 사용되는 잔디이다. 하지만 들잔디에서는 아직 WRKY 유전자가 알려지지 않았다. 본 연구에서는 들잔디로부터 1개의 WRKY domain을 포함하는 ZjWRKY3, ZjWRKY7 를 분리하였다. ZjWRKY3과 ZjWRKY7은 저온, 건조, 염 스트레스에 발현이 증가하였다. 들잔디의 갈색퍼짐병을 일으키는 R. solani의 감염이 ZjWRKY3과 ZjWRKY7의 발현을 증가시켰다. 또한 ZjWRKY3, ZjWRKY7이 Zjchi 유전자 promoter의 W-box에 결합하여 전사를 조절한다는 사실을 확인 하였다. 따라서 ZjWRKY3, ZjWRKY7 유전자는 전사인자로서 환경스트레스 및 병원균 관련 하위 유전자들을 조절할 것으로 예상된다.
On screening pathogen-resistant soybean, we identified a WRKY type transcription factor named a Glycine max WRKY1 (GmWRKY1). Expression of GmWRKY1 gene was induced in the soybean sprout by Pseudomonas infection. The GmWRKY1 was expressed in all of the tissues with high levels in stems, leaves and developing seeds. The protein Gm WRKY1 contains highly conserved two WRKY DNA-binding domains having two $C_2-H_2$ zinc-finger motif ($C-X_{4-5}-C-X_{22-23}-H-X-H$) in its N-terminal and C-terminal amino acid sequences. In electrophoresis mobility shift assay, the GmWRKY1 protein bound specifically to W-box elements in the promoters of defense related genes. These results demonstrated that GmWRKY1 is one of the soybean WRKY family genes and the plant-specific transcription factors for defense processes.
Kim, Hyoun-Joung;Lee, Heung-Ryul;Han, Jung-Heon;Yeom, Seon-In;Harn, Chee-Hark;Kim, Byung-Dong
Molecules and Cells
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제25권2호
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pp.196-204
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2008
Despite increasing awareness of the importance of WRKY genes in plant defense signaling, the locations of these genes in the Capsicum genome have not been established. To develop WRKY-based markers, primer sequences were deduced from the conserved sequences of the DNA binding motif within the WRKY domains of tomato and pepper genes. These primers were derived from upstream and downstream parts of the conserved sequences of the three WRKY groups. Six primer combinations of each WRKY group were tested for polymorphisms between the mapping parents, C. annuum 'CM334' and C. annuum 'Chilsung-cho'. DNA fragments amplified by primer pairs deduced from WRKY Group II genes revealed high levels of polymorphism. Using 32 primer pairs to amplify upstream and downstream parts of the WRKY domain of WRKY group II genes, 60 polymorphic bands were detected. Polymorphisms were not detected with primer pairs from downstream parts of WRKY group II genes. Half of these primers were subjected to $F_2$ genotyping to construct a linkage map. Thirty of 41 markers were located evenly spaced on 20 of the 28 linkage groups, without clustering. This linkage map also consisted of 199 AFLP and 26 SSR markers. This WRKY-based marker system is a rapid and simple method for generating sequence-specific markers for plant gene families.
WRKY family proteins are a class of plant-specific transcription factors involved in stress response signaling pathways. In this study a gene encoding a putative WRKY protein was isolated from a pepper EST database (http://genepool.kribb.re.kr). The cDNA, named Capsicum annuum WRKY2 (CaWRKY2), encodes a putative polypeptide of 548 amino acids, containing two WRKY domains with zinc finger motifs and two potential nuclear localization signals. Northern blot analyses showed that CaWRKY2 mRNA was preferentially induced during incompatible interactions of pepper plants with PMMoV, Pseudomonas syringae pv. syringae 61, and Xanthomonas axonopodis pv. vesicatoria race 3. Furthermore, CaWRKY2 transcripts were strongly induced by wounding and ethephon treatment, whereas only moderate expression was detected following treatment with salicylic acid and jasmonic acid. CaWRKY2 was translocated to the nucleus when a CaWRKY2-smGFP fusion construct was expressed in onion epidermal cells. CaWRKY2 also had transcriptional activation activity in yeast. Taken together our data suggest that CaWRKY2 is a pathogen-inducible transcription factor that may have a role in early defense responses to biotic and abiotic stresses.
국내에 자생하는 참억새(M. sinensis)와 물억새(M. sacchariflorus)의 잎과 지하경 조직 EST로부터 유전자의 전사를 조절하는 전사요소 탐색하여 저온에 반응하는 유전자를 분리하고 난지형 잔디에서 저온 반응의 차이를 알아보기 위하여 본 연구를 실시하였다. 분석 결과 탐색된 전사조절 요소의 종류는 총 50 종류로 나타났고, 그 중 WRKY family에 속하는 EST 절편이 226개로 가장 많이 발견되었다(9.6%). 그 중 억새 WRKY family를 기능이 밝혀진 다른 작물의 WRKY 유전자들과 비교 검색한 결과 약 80개의 억새 isotig가 저온에 반응하여 발현이 유도 또는 억제되는 것으로 나타났다. 그 중 애기장대와 벼에서 저온 처리 후 발현이 증가되는 것으로 알려진 억새의 MSIR7180_ WRKY4 유전자를 대상으로 그 발현양상을 조사한 결과 버뮤다그래스는 비교구에서와 비슷하게 처리기간 동안 높은 유전자의 발현을 보였고, 금잔디(Z. matrella)간의 교배를 통해 얻어진 세밀 품종은 처리기간 내내 발현이 미약하였다. St. Augustinegrass는 3일 동안은 비교구와 큰 차이가 없다가 5일째부터 발현이 증가하였고, Seashore paspalum은 처리 초기에 발현이 높다가 처리가 진행되면서 약해지는 경향을 나타냈다. 이 결과로 미루어 볼 때 버뮤다그래스와 St. Augustine grass는 저온 반응성이 신속하여 휴면을 준비하지만 금잔디와 Seashore paspalum은 휴면 돌입이 늦어 녹색이 상대적으로 늦게까지 유지되는 것으로 판단되어 저온 적응을 위한 또 다른 환경요인의 작용이 있을 것으로 여겨진다. 녹색 기간이 길고 내한성이 높은 품종의 개발을 위해서는 더 많은 유전자의 종합적인 고찰과 판단이 요구된다.
We isolated a rice (Oryza sativa L.) WRKY gene which is highly upregulated in senescent leaves, denoted OsWRKY42. Analysis of OsWRKY42-GFP expression and its effects on transcriptional activation in maize protoplasts suggested that the OsWRKY42 protein functions as a nuclear transcriptional repressor. OsWRKY42-overexpressing (OsWR KY42OX) transgenic rice plants exhibited an early leaf senescence phenotype with accumulation of the reactive oxygen species (ROS) hydrogen peroxide and a reduced chlorophyll content. Expression analysis of ROS producing and scavenging genes revealed that the metallothionein genes clustered on chromosome 12, especially OsMT1d, were strongly repressed in OsWRKY42OX plants. An OsMT1d promoter:LUC construct was found to be repressed by OsWRKY42 overexpression in rice protoplasts. Finally, chromatin immunoprecipitation analysis demonstrated that OsWRKY42 binds to the W-box of the OsMT1d promoter. Our results thus suggest that OsWRKY42 represses OsMT1d-mediated ROS scavenging and thereby promotes leaf senescence in rice.
$Potato$$virus$$X$ (PVX) replication is precisely regulated by regulatory viral sequences and by viral and/or host proteins. In a previous study, we identified a 54-kDa cellular tobacco protein that bound to a region within the first 46 nucleotides (nt) of the 5' non-translated region (NTR) of the viral genome. Optimal binding was dependent upon the presence of an ACCA sequence at nt 10-13. To identify host factors that bind to 5' NTR elements including AC-rich sequences as well as stemloop 1 (SL1), we used northwestern blotting and matrixassisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry for peptide mass fingerprinting. We screened several host factors that might affect PVX replication and selected a candidate protein, $Nicotiana$$tabacum$ WRKY transcription factor 1 (NtWRKY1). We used a $Tobacco$$rattle$$virus$ (TRV)-based virus-induced gene silencing (VIGS) system to investigate the role of NtWRKY1 in PVX replication. Silencing of $WRKY1$ in $Nicotiana$$benthamiana$ caused lethal apical necrosis and allowed an increase in PVX RNA accumulation. This result could reflect the balancing of PVX accumulation in a systemic $N.$$benthamiana$ host to maintain PVX survival and still produce a suitable appearance of mosaic and mottle symptoms. Our results suggest that PVX may recruit the WRKY transcription factor, which binds to the 5' NTR of viral genomic RNA and acts as a key regulator of viral infection.
To protect the watermelon against soil-borne pathogens, we are currently producing disease-resistant transgenic root stock for the growth of watermelon, A defensin gene (J1-1) from Capsicum annum, a ACC deaminase gene from Pseudomonas syringae, a galactinol synthase (CsGolS) gene from Cucumis sativus, and a WRKY (CvWRKY2) gene from Citullus vulgaris were used as transgenes for disease resistance. The gene were transformed into a inbred line (6-2-2) of watermelon, Kong-dae watermelon and a inbred line (GO702S) of gourd, respectively, by Agrobacterium-mediated transformation. Putative transgenic plants were selected in medium containing 100mg/L kanamycin, and then integration of the genes into the genomic DNA were demonstrated by PCR analysis. Successful integration of the gene in regenerated plants was also confirmed by PCR (Figf 1), genomic Southern blot (Fig 2), RT-PCR (Fig 3), and Northern blot analysis(Fig 4). Several T1 lines having different transgene were produced, and disease resistance of the T1 lines are under estimation.
NPR1 is a positive regulator of systemic acquired resistance in Arabidopsis and rice. Expression of the rice gene OsNPR1 is induced by salicylic acid (SA). To identify the region of the OsNPR1 promoter involved in response to SA, we carried out deletion mutagenesis of the region 1005 bp upstream of the OsNPR1 start codon. Ciselement analysis revealed that the OsNPR1 promoter contains W-boxes and ASF1 motifs, both of which are known to be functional cis-elements of the WRKY and bZIP proteins, respectively. The deletion constructs 1005:LUC and 752:LUC, were induced by up to 4.3- and 3.8-fold, respectively, following SA treatment, suggesting that W-boxes and ASF1 motifs may play an important role in the strong induction of these constructs by SA. Using mutation analysis, we also showed that both the W-box and ASF1 motif are necessary for SA-induced expression of OsNPR1.
We reported in our recent studies that the combined treatment of Paenibacillus yonginensis DCY84T (DCY84T) and Silicon (Si) promotes initial plant growth and increases resistance to biotic and abiotic stress. To understand the molecular background of these phenotypes, Liquid Chromatography Mass Spectrometry (LC-MS) analysis was performed, and it was confirmed that unsaturated fatty acid metabolites such as oleic acid and linoleic acid decreased in response to the combined treatment of DCY84T and Si. The stearoyl-acyl carrier protein desaturase (SACPD) introduces the cis double bond into the acyl-ACPs at C9, resulting in the production of unsaturated fatty acid. We identified OsSSI2 encoding SACPD in rice and found that the expression of OsSSI2 was reduced under DCY84T and Si treatment. Furthermore, qRT-PCR analysis revealed that the expression of OsWRKY45, which is downstream of OsSSI2, was upregulated in response to DCY84T and Si treatment. These results enable the speculation that activation of the salicylic acid (SA)-responsive gene, OsWRKY45, may contribute to enhancing biological stress resistance. Based on this, we propose a probable model for the rice defense pathway following DCY84T and Si treatment. This model retains a WRKY45-dependent but NH1(NPR1)-independent SA signaling pathway.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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