• Journal of Plant Biotechnology
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• 제45권4호
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• pp.306-314
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• 2018

Korean ginseng (Panax ginseng) has long been cultivated as an important economic medicinal plant. Owing to the seasonal and long-term agricultural cultivation methods of Korean ginseng, they are always vulnerable to various environmental stress conditions. ABSCISIC ACID (ABA) is an essential plant hormone associated with seed development and diverse abiotic stress responses including drought, cold and salinity stress. By modulating ABA responses, plants can regulate their immune responses and growth patterns to increase their ability to tolerate stress. With recent advances in genome sequencing technology, we first reported the functional features of genes related to canonical ABA signaling pathway in P. ginseng genome. Based on the protein sequences and functional genomic analysis of Arabidopsis thaliana, the ABA related genes were successfully identified. Our functional genomic characterizations clearly showed that the ABA signaling related genes consisting the ABA receptor proteins (PgPYLs), kinase family (PgSnRKs) and transcription factors (PgABFs, PgABI3s and PgABI5s) were evolutionary conserved in the P. ginseng genome. We confirmed that overexpressing ABA related genes of P. ginseng completely restored the ABA responses and stress tolerance in ABA defective Arabidopsis mutants. Finally, tissue and age specific spatio-temporal expression patterns of the identified ABA-related genes in P. ginseng tissues were also classified using various available RNA sequencing data. This study provides ABA signal transduction related genes and their functional genomic information related to the growth and development of Korean ginseng. Additionally, the results of this study could be useful in the breeding or artificial selection of ginseng which is resistant to various stresses.

• 한국작물학회:학술대회논문집
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• 한국작물학회 2022년도 추계학술대회
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• pp.113-113
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• 2022

Salinity in surface waters is increasing around the world. Many factors, including increased water extraction, poor irrigation management, and sea-level rise, contribute to this change, and posing a threat to plant development and agricultural production. Seeds exposed to high salinity, have a lower probability of germinating and various physiological and biochemical effects. Salinity stress affects more than 20% of agricultural land and about 50% of irrigated land. In the current study, our objective is to identify the salt-tolerant peanut (Arachis hypogaea L.) Korean genotypes under salinity stress. Thus, two-week-old 19 diverse peanut Korean genotypes were exposed to 10 days of salinity (150 mM NaCl) stress. Based on the growth attributes investigation, Baekjung and Ahwon genotypes showed significantly higher shoot lengths compared to control plants. Whereas, the Sinpalwang genotype exhibited a significantly positive response for plant growth and reduced wilting symptoms compared to other genotypes. This study was able to find out peanut tolerant and sensitive genotypes for salt stress. These results may provide a good template for further salt-tolerant peanut cultivar improvement programs. Identified diverse salt-responsive genotypes can be utilized as source material in Korean breeding schemes for peanut crop improvement for salt and other abiotic stress tolerance.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제1권1호
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• pp.61-68
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• 1999

Rapid accumulation of reactive oxygen species (ROS) and their toxic reaction products with lipids and proteins significantly contributes to the damage of crop plants under biotic and abiotic stresses. We have identified several stress activated alfalfa genes, including the gene of the alfalfa ferritin and a novel NADPH-dependent aldose/aldehyde reductase enzyme. Transgenic tobacco plants that synthesize alfalfa ferritin in vegetative tissues-either in its processed form in chloroplast or in the cytoplasmic non-processed form-retained photosynthetic function upon free radical toxicity generated by paraquat treatment and exhibited tolerance to necrotic damage caused by viral and fungal infections. We propose that by sequestering intracellular iron involved in generation of the very reactive hydroxyl radicals through a Fenton reaction, ferritin protects plant cells from oxidative damage. Our preliminary results with the other stress-inducable alfalfa gene (a NADPH-dependent aldo-keto reductase) indicate, that the encoded enzyme may play role in the stress response of the plant cells. These studies reveal new pathways in plants that can contribute to the increased stress resistance with a potential use in crop improvement.

• 한국작물학회지
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• 제64권4호
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• pp.432-440
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• 2019

Global climate change exerts adverse effects on maize production. Among abiotic stresses, drought stress during the tasseling stage (VT) can increase anthesis-silking intervals (ASI) and decrease yield. We performed an evaluation of ASI and yield using a drought-sensitive line (Ki3) and a drought-tolerant line (Ki11) to analyze the correlation with ASI and yield. Moreover, the de novo data of Ki11 were analyzed to find putative novel transcripts related todrought stress in tropical maize. A total of 182 transcripts, with a log2 ratio >1.5, were found by comparing drought conditions to a control. The top 40 transcripts of high expression levels in the de novo analysis were selected and analyzed with PCR. Of the 40 transcripts, six novel transcripts were detected by quantitative real-time PCR (qRT-PCR) using seedling and VT stage samples. Five transcripts (transcripts_1, 12, 34, 35, and 40) were up-regulated in the Ki11 shoot at seedling stage, and transcripts_1, 12, and 40 were up-regulated at the re-watering stage after 12 h of drought stress. The transcripts_32 and 34 were up-regulated at the VT stage. Hence, transcript_34 possibly plays a significant role in drought tolerance during the seedling and VT stages. The transcript_32 was identified as chloramphenicol acetyltransferase (CAT) by Pfam domain analysis. The function of the other transcripts remained unknown. Further characterization of these novel transcripts in genetic regulation will be of great value for the improvement of maize production.

• 농업과학연구
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• 제46권4호
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• pp.769-779
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• 2019

Chilli peppers are predominantly cultivated in open field systems under abiotic and biotic stress conditions. Abiotic and biotic factors have a considerable effect on plant performance, fruit quantity, and quality. Chilli peppers grow well in a tropical climate due to their adaptation to warm and humid regions with temperatures ranging from 18 to 30℃. Nowadays, chilli peppers are cultivated all around the world under different climatic conditions, and their production is gradually expanding. Expected climate changes will likely cause huge and complex ecological consequences; high temperature, heavy rainfall, and drought have adverse effects on the vegetative and generative development of all agricultural crops including chilli peppers. To gain better insight into the effect of climate change, the growth, photosynthetic traits, morphological and physiological characteristics, yield, and fruit parameters of chilli peppers need to be studied under simulated climate change conditions. Moreover, it is important to develop alternative agrotechnologies to maintain the sustainability of pepper production. There are many conceivable ideas and concepts to sustain crop production under the extreme conditions of future climate change scenarios. Therefore, this review provides an overview of the adverse impacts of climate change and discusses how to find the best solutions to obtain a stable chilli pepper yield.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제35권4호
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• pp.307-316
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• 2008

식물에서 전이인자를 이용한 삽입 변이체의 유전자 기능분석 연구가 최근 가장 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구에서는 동진벼의 Ac/Ds 삽입 변이체인 F2 세대 30,000 계통을 이용하여 고염과 저온에 민감한 계통과 내성이 있는 계통을 대량 스크리닝을 통해 선발하였다. 첫 번째 스크리닝에서 선발한 212 계통을 Southern blot 분석을 통해 Ds의 삽입여부 및 copy 수를 꽉인하고 표현형과 비교하여 고염과 저온에서 총 19 계통을 선발하였고, 이 중 copy 수가 하나인 계통은 13 계통이었다. 선발한 계통을 FSTs 분석을 통해 Ds의 삽입위치 및 knock-out유전자를 확인하고 염기서열 정보를 이용하여 벼 전체 염기서열 정보와 상동성 비교분석 결과 세포의 신호전달 과정과 조절 관여하는 유전자 그룹인 transpoter, protease family protein and apical meristem family protein, 삼투압조절에 관여하는 유전자 그룹인 heat shock potein, O-methyltransferase, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase and drought stress Induce protein 그리고 식물의 소포유통(vesicle trafficking)에 관여하는 유전자 SYP 5 family protein로 구분할 수 있었다. 선발된 19개 유전자의 발현 분석을 위해 9종류 비생물학적 스트레스 하에서 RT-PCR을 수행한 결과 이들 knock-out 유전자는 비생물학적 스트레스에 각각 다른 발현 패턴을 보였다. 이 연구의 결과는 삽입 변이체를 통한 유전자의 기능분석에 있어서 비생물학적인 스트레스의 응답 반응계에 관여하는 유전자를 연구하는데 유용할 것이라고 생각된다.

• 생물환경조절학회지
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• 제23권4호
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• pp.329-336
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• 2014

저온은 식물 생장을 저해하는 주된 요인이며 병원균에 대한 감수성을 증가시킨다. 그러므로 식물체에서 스트레스 내성을 증대시키는 것은 불리한 환경 조건에서 살아남기 위한 중요한 전략이다. 본 실험의 목적은 고추 묘에서 저온 내성과 식물병 발생에 대한 외생 살리실산(SA)과 일산화질소(NO) 처리의 효과를 밝히는 것이다. 정식 후 23일 동안 고추 묘(Capsicum annuum L. '기대만발')는 온도 $20/25^{\circ}C$(낮/밤), 광주기 15시간, 광도 $145{\pm}5{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$의 정상적인 생육환경에서 자랐다. 1주일에 2번 계면활성제 0.1%를 포함한 SA와 NO 3mL을 고추 묘에 각각 분사해주었다. 처리 후 고추 묘는 암 상태에서 6시간 동안 $4^{\circ}C$ 저온에 노출시킨 후 정상적인 생육환경에서 2일 동안 회복시켜주었다. 저온 스트레스에 대한 식물 내성을 평가하기 위해 저온 처리 후 생육특성, 엽록소 형광 값, 세포막 투과성을 측정하였다. 총 페놀릭 농도와 항산화도는 실험하는 동안 측정하였다. 또한, 고추의 점무늬병과 풋마름병 발생 정도도 조사하였다. 저온 처리 전 후를 비교하여 대조구 고추묘에서는 저온에 의해 상대적으로 많은 수분을 손실하여 건물율이 높지만 SA와 NO 처리 된 고추 묘는 비슷한 건물율을 유지하였다. 저온 처리 후 대조구에 비해 SA와 NO 처리구의 전해질 유출 값은 더 낮았다. 저온 처리 동안 SA와 NO 처리구의 엽록소 형광값은 약 0.8 수준으로 유지하였지만 대조구는 빠르게 감소하였다. 화학적 처리 동안 SA 처리구의 총 페놀릭 농도와 항산화도는 NO 처리구보다 높았다. 또한 저온 처리 후 대조구와 NO 처리구의 총 페놀릭 농도는 증가하였다. 고추에서 풋마름병에 대한 저항성은 SA가 보다 효과적이었다. 본 실험의 결과는 SA와 NO의 외생처리는 고추 묘의 저온 내성을 증대시켰고 병 발생 정도를 감소시키는 데 효과적이었음을 보여준다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제44권1호
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• pp.69-75
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• 2017

Dormancy-associated protein (DRM)은 식물의 휴면생리에 관여하는 대표적인 단백질로 거의 모든 식물에 보존되어 있다. 최근 DRM 유전자가 비생물적 스트레스 반응에 관여하는 것으로 알려지면서 이 유전자의 특성구명 연구가 여러 식물에서 이루어지고 있다. 그러나 아직까지 나무에서는 DRM 유전자에 대한 연구가 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 DRM 유전자를 현사시나무(Populus alba ${\times}$ P. glandulosa)에서 분리하여 이를 PagDRM1이라 명명하고, 유전자의 구조와 발현특성을 조사하였다. PagDRM1 유전자는 123개의 아미노산으로 구성된 단백질을 암호화하며, 2개의 영역(Domain I과 Domain II)이 잘 보존되어 있다. PagDRM1은 현사시나무의 염색체에 1 ~ 2 copy가 존재하며, 줄기에서 가장 높게 발현하였고 성숙 잎, 뿌리 및 꽃에서도 높은 발현 수준을 나타내었다. 현탁배양세포의 생장주기에서는 늦은 지수생장기부터 정지기까지 높게 발현하였다. 또한 PagDRM1은 건조와 염 스트레스에 반응하여 발현이 증가하는 것으로 나타났다. 식물호르몬 처리에 의해서는 ABA와 GA 처리에 의한 발현 증가를 나타내었다. 따라서 PagDRM1은 식물의 휴면유도 과정에서 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 환경 스트레스 내성에도 기여하는 것으로 생각된다.

• 한국작물학회:학술대회논문집
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• 한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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• pp.7-7
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• 2017

Unfavorable weather and soil conditions reduce rice yield and land and water productivity, aggravating existing encounters of poverty and food insecurity. These conditions are foreseen to worsen with climate change and with the unceasing irrational human practices that progressively debilitate productivity despite global appeals for more food. Our understanding of plant responses to abiotic stresses is advancing and is complex, involving numerous critical processes - each controlled by several genetic factors. Knowledge of the physiological and molecular mechanisms involved in signaling, response and adaptation, and in some cases the genes involved, is advancing. Moreover, the genetic diversity being unveiled within cultivated rice and its wild relatives is providing ample resources for trait and gene discovery, and this is being scouted for rice improvement using modern genomics and molecular tools. Development of stress tolerant varieties is now being fast-tracked through the use of DNA markers and advanced breeding strategies. Large numbers of drought, submergence and salt tolerant varieties were commercialized over recent years in South and Southeast Asia and more recently in Africa. These varieties are making significant changes in less favorable areas, transforming lives of smallholder farmers - progress considered incredulous in the past. The stress tolerant varieties are providing assurance to farmers to invest in better management of their crops and the ability to adjust their cropping systems for even higher productivity and more income, sparking changes analogous to that of the first green revolution, which previously benefited only favorable irrigated and rainfed areas. New breeding tools using markers for multiple stresses made it possible to develop more resilient, higher yielding varieties to replace the aging and obsolete varieties still dominating these areas. Varieties with multiple stress tolerances are now becoming available, providing even better security for farmers and lessening their production risks even in areas affected by complex and overlapping stresses. The progress made in these less favorable areas triggered numerous favorable changes at the national and regional levels in several countries in Asia, including adjusting breeding and dissemination strategies to accelerate outreach and enabling changes at higher policy levels, creating a positive environment for faster progress. Exploiting the potential of these less productive areas for food production is inevitable, to meet the escalating global needs for more food and sustained production systems, at times when national resources are shrinking while demand for food is mounting. However, the success in these areas requires concerted efforts to make use of existing genetic resources for crop improvement and establishing effective evaluation networks, seed production systems, and seed delivery systems to ensure faster outreach and transformation.

• 생물환경조절학회지
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• 제24권2호
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• pp.51-56
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• 2015

규산은 작물의 필수원소에는 포함되어있지 않으나, 화본과 작물을 중심으로 내도복성과 병충해 저항성의 향상, 군락구조 개선에 의한 광합성 능력의 향상 등에서 폭 넓게 그 유용성이 알려져 왔으며, 최근에는 원예작물에서도 규산질 비료의 시용이 수량이나 병충해저항성을 향상시키는 효과가 입증되고 있어 친환경농업 관점에서도 주목을 밭고 있다. 본 실험은 배추 육묘 중 규산질 비료의 시용이 묘소질과 저온, 고온, 건조 등 환경내성에 미치는 영향을 검토하기 위하여 수행하였다. 규산염 처리농도를 8, 16, 32, 64 및 128mM로 설계하여 주 2회 관주 처리 하고, 처리 3주 후에 생육조사 및 스트레스 내성에 대해 평가하였다. 생육조사 결과, 8, 16 및 32m의 농도에서는 대부분의 생육지표가 대조구에 비해 약간 증가하는 경향을 보였으나 8mM처리만 제외하고 통계적 유의차는 나타나지 않았다. 고농도인 128mM의 규산 처리구에서는 모든 생육 지표가 감소하였다. 총 뿌리 면적, 뿌리 길이 및 근단 수는 8, 16 및 32mM의 농도에서 증가했지만 64 및 128mM의 처리구에서는 감소하였다. 규산 처리 농도가 증가함에 따라 증산 속도는 감소한 반면 기공확산 저항은 증가하는 경향을 보였다. 상대적 이온 누출율도 대조구에 비해 규산염 처리구에서 감소되었으나, 처리 농도간 유의차는 나타나지 않았다. 규산처리에 의해 고온과 저온 장해 지표도 감소되었으며, 농도간에는16과 32mM이 가장 효과적이었다. 규산처리에 따라 건조내성도 증가하여 대조구는 단수 후 3일째부터 위조되기 시작하여 5일째는 전 개체가 위조하였으나, 규산처리구는 4일(8, 64, 128 mM) 또는 5일(16과 32mM) 부터 위조가 시작되어 6일(8mM)이나 7일(16, 32, 64및 128 mM)이 지나서야 모든 공시 개체가 위조되었다.