• Journal of Plant Biotechnology
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• 제43권3호
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• pp.317-331
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• 2016

Development of disease resistant plant is one of the important objectives in rice breeding programs because biotic stresses can adversely affect rice growth and yield losses. This study was conducted to identify lines with multiple-resistance genes to biotic stress among 173 hybrid rice breeding lines and germplasms using DNA-based markers. Our results showed that one hybrid rice line [IR98161-2-1-1-k1-3 (IR86409-3-1-1-1-1-1/IRBB66)] possessed 5 bacterial blight resistance genes (Xa4, xa5, Xa7, Xa13 and Xa21) while two hybrid rice lines [IR98161-2-1-1-k1-2 (IR86409-3-1-1-1-1-1/IRBB66) and 7292s (IR75589-31-27-8-33S(S1)/IR102758B)] possessed 3 bacterial blight resistance genes (Xa4, Xa7 and Xa21, and Xa3, Xa4 and xa5). Molecular survey on rice blast disease revealed that most of these lines had two different resistant genes. Only 11 lines possessed Pib, Pi-5, and Pi-ta. In addition, we further surveyed the distribution of insect resistant genes, such as Bph1, Bph18(t), and Wbph. Three hybrid breeding lines [IR98161-2-1-1-k1-3 (IR86409-3-1-1-1-1-1/IRBB66), IR98161-2-1-1-k1-2 (IR86409-3-1-1-1-1-1/IRBB66), and 7292s (IR75589-31-27-8-33S(S1) /IR102758B)] contained all three resistance genes. Finally, we obtained four hybrid rice breeding lines and germplasms [IR98161-2-1-1-k1-2 (IR86409-3-1-1-1-1-1/IRBB66), Damm-Noeub Khmau, 7290s, and 7292s (IR75589-31-27-8-33S(S1)/IR102758B)] possessing six-gene combination. They are expected to provide higher level of multiple resistance to biotic stress. This study is important for genotyping hybrid rice with resistance to diverse diseases and pests. Results obtained in this study suggest that identification of pyramided resistance genes is very important for screening hybrid rice breeding lines and germplasms accurately for disease and pest resistance. We will expand their cultivation safely through bioassays against diseases, pests, and disaster in its main export countries.

• 식물병연구
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• 제24권3호
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• pp.221-232
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• 2018

근권세균은 식물 생육과 건강 증진에 중요한 역할을 하며 생물학적 스트레스뿐만 아니라 저온, 고온, 건조 및 염과 같은 비생물적 스트레스에도 내성을 부여한다. 본 연구는 토마토에 생물적 및 비생물적 스트레스를 완화시키는 기능을 가진 식물생장촉진 근권세균(plant growth promoting rhizobacteria, PGPR)을 선발하는 것을 목표로 하였으며 토마토 근권에서 Variovorax sp. PMC12균주를 분리하였다. PMC12균주는 in vitro에서 PGPR의 특성으로 알려진 암모니아, IAA, 시드로포아 및 ACC 탈아민효소를 생성하였다. PMC12 균주를 처리한 토마토는 대조구에 비해 염, 저온 및 건조 스트레스 조건에서 지상부 생체중이 유의적으로 높았다. 또한 PMC12 균주를 처리한 토마토는 Ralstonia solanacearum에 의한 세균성 시들음병에 대한 저항성이 증가되었다. 결과적으로 PMC12 균주는 식물의 비생물적 스트레스 및 생물적 스트레스에 대한 감수성을 감소시키는 유망한 생물학적 방제제 및 생물활성제로 사용될 수 있을 것으로 전망된다.

• 한국식물병리학회:학술대회논문집
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• 한국식물병리학회 2003년도 정기총회 및 추계학술발표회
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• pp.81.1-81
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• 2003

Although plants have evolved to possess various defense mechanisms from local biotic and abiotic stressors, most of yield loss is caused by theses stressors. Recent studies have revealed that several different stress responsive reactions are inter-networking. Therefore, the identification and dissection of stress responsive genes is an essential and first step towards understanding of the global defense mechanism in response to various stressors. For this purpose, we applied cDNA microarray analysis, because it has powerful ability to monitor the global gene expression in a specific situation. To date, more than 10,000 non-redundant genes were identified from seven different cDNA libraries and deposited in our EST database (http://plant.pdrs.re.kr/ks200201/pepper.html). For this study, we have built 5K cDNA microarray containing 4,685 unigene clones from three different cDNA libraries. Monitoring of gene expression profiles of hot pepper interactions with biotic stress, abiotic stresses and chemical treatments will be presented. Although this work shows expression profiling at the sub-genomic level, this could be a good starting point to understand the complexity of global defense mechanism in hot pepper.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제40권1호
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• pp.49-54
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• 2013

C3HC4-type RING zinc finger proteins essential in the regulation of plant processes, including responses to abiotic stresses. We previously isolated and examined the C3HC4-type RING zinc finger protein (BrRZFP1) from Brassica rapa under abiotic stresses. To elucidate the role of the BrRZFP1 transcription factor in gene regulation, we transformed tobacco plants with the BrRZFP1 gene. Plants were regenerated from 82 independently transformed callus lines of tobacco and analysed for transgene expression. Transgene integration and expression was confirmed by Southern and RT-PCR analyses, respectively. T2 plants displayed more tolerance to the bacterial pathogens Pectobacterium carotovorum and Ralstonia solanacearum, and the tolerance levels were correlated with BrRZFP1 expression levels. These results suggest that the transcription factor BrRZFP1 is an important determinant of stress response in plants and its overexpression in plants could increase biotic stress resistance.

• BMB Reports
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• 제40권6호
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• pp.952-958
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• 2007

We isolated many genes induced from pepper cDNA microarray data following their infection with the soybean pustule pathogen Xanthomonas axonopodis pv. glycines 8ra. A full-length cDNA clone of the Capsicum annuum ankyrin-repeat domain $C_3H_1$ zinc finger protein (CaKR1) was identified in a chili pepper using the expressed sequence tag (EST) database. The deduced amino acid sequence of CaKR1 showed a significant sequence similarity (46%) to the ankyrin-repeat protein in very diverse family of proteins of Arabidopsis. The gene was induced in response to various biotic and abiotic stresses in the pepper leaves, as well as by an incompatible pathogen, such as salicylic acid (SA) and ethephon. CaKR1 expression was highest in the root and flower, and its expression was induced by treatment with agents such as NaCl and methyl viologen, as well as by cold stresses. These results showed that CaKR1 fusion with soluble, modified green fluorescent protein (smGFP) was localized to the cytosol in Arabidopsis protoplasts, suggesting that CaKR1 might be involved in responses to both biotic and abiotic stresses in pepper plants.

• 원예과학기술지
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• 제35권4호
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• pp.499-509
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• 2017

Recently, there has been increased attention to the development of new plant cultivars with enhanced resistance to biotic and abiotic stress. To develop ginseng cultivars with such traits, systematic breeding programs and comprehensive field studies are prerequisites. In this study, we applied a pure-line selection method to identify a ginseng cultivar with enhanced stress resistance. Phenotypic and agronomic characteristics, seed yield, and physiological responses to biotic and abiotic stresses were investigated according to the guidelines of the International Union for the Protection of New Varieties of Plants (UPOV). In the newly developed 'Kowon' cultivar, the time of emergence, flowering, and berry maturity were intermediate between those of the controls, 'Yunpoong' and 'Chunpoong'. The stem length of 'Kowon' was intermediate, whereas the root length was shorter and the main root diameter was greater than those of 'Chunpoong'. In local adaptability tests conducted in three regions, the yield of 'Kowon' was $666kg{\cdot}10a^{-1}$; 27% and 4% higher than that of 'Chunpoong' and 'Yunpoong'. Diseases such as Alternaria blight, Phytophthora blight, mulberry mealybug, and nematode infestation did not occur in 'Kowon'; and it also exhibited moderate resistance to damping-off and anthracnose. In these cases, yellow spots occurred on aerial parts and the rusty skin of the root, and it exhibited moderate resistance at high temperatures. Our study demonstrates that 'Kowon', which has a high root weight and enhanced biotic/abiotic stress resistance, is a superior cultivar that could increase farmers' income.

• The Plant Pathology Journal
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• 제21권3호
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• pp.195-206
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• 2005

Spatial and temporal expression of pathogenesis-related (PR) gene and proteins has been recognized as inducible defense response in pepper plants. Gene expression and/or protein accumulation of PR-1, $\beta-1,3-glucanase$ and chitinase was predominantly found in pepper plants during the inoculations by Xanthomonas campestris pv. vesicatoria, Phytophthora capsici and Colletotrichum coccodes. PR-1 and chitinase genes were also induced in pepper plants in response to environmental stresses, such as high salinity and drought. PR-1 and chitinase gene expressions by biotic and abiotic stresses were regulated by their own promoter regions containing several stress-related cis-acting elements. Overexpression of pepper PR-1 or chitinase genes in heterogeneous transgenic plants showed enhanced disease resistance as well as environmental stress tolerances. In this review, we focused on the putative function of pepper PR-1, $\beta-1,3-glucanase$ and chitinase proteins and/or genes at the biochemical, molecular and cytological aspects.

• 생명과학회지
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• 제33권11호
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• pp.956-965
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• 2023

CCCH zinc finger 단백질은 세 개의 시스테인(cysteine, C) 아미노산과 한 개의 히스티딘(histidine, H) 아미노산으로 구성된 아연이온(Zn⁺)에 결합하는 손가락 구조의 zinc finger 모티프를 가졌으며, 식물에는 많은 수의 CCCH zinc finger 단백질 유전자가 존재한다. CCCH zinc finger 단백질은 2개의 CCCH zinc finger 모티프를 가지는 TZF와 그 외 나머지인 non-TZF로 구분이 되지만 지금까지의 CCCH zinc finger 단백질의 기능에 대한 연구는 주로 TZF, 특히 식물 특이적으로 존재하는 RR-TZF를 중심으로 이루어져 왔다. 그러나 최근 들어 non-TZF 유전자에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. Non-TZF는 생물 스트레스와 고염, 건조, 저온, 고온, 산화 스트레스 등 다양한 환경 스트레스 반응에 관여하는 것으로 알려졌다. Non-TZF는 다양한 방식으로 하위 유전자를 조절하여 식물의 스트레스 반응에 관여하는데, 세포질에 위치하며 RNA에 결합하여 RNA의 안정성을 조절하고 전사 후 단계에서 하위 유전자를 조절하거나 핵에 위치하고 전사 활성화 또는 전사 억제를 통해 전사인자로서 기능을 하기도 한다. 그러나 이러한 연구에도 불구하고 non-TZF를 통한 스트레스 신호전달 경로 및 상위 유전자, 하위 유전자는 거의 알려져 있지 않다. 따라서 CCCH zinc finger 유전자에 대한 이해를 넓히기 위해서는 TZF뿐만 아니라 non-TZF 유전자의 스트레스 반응에 관한 지속적이고도 집중적인 연구가 필요하다. 본 총설 논문에서는 지금까지 스트레스 반응 조절에 관여하는 것으로 밝혀진 non-TZF 유전자들과 그 유전자들의 분자적 기능을 서술하였다.

• 생명과학회지
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• 제19권1호
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• pp.129-137
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• 2009

$Ca^{2+}$은 다양한 자극과 빛, biotic, abiotic 스트레스, 호르몬 등의 반응에 대한 세포내 2차 신호전달물질로써 중요한 역할을 한다. $Ca^{2+}$의 반응자들은 특정 물질과 경로를 활성화함으로써 신호전달 기능을 한다고 알려져 있는 $Ca^{2+}$ 결합 단백질들이다. 이들 단백질 중, calmidulin (CaM)은 식물과 동물의 특정 단백질의 활성을 조절하는 것으로 잘 알려져 왔다. 특히, 식물은 다양한 CaM 유전자와 특징적인 protein kinase와 전사인자를 포함한 많은 종류의 CaM 관련 단백질들을 가지고 있다. 이로 인해서 식물은 주변의 여러 가지 신호등을 인지할 수 있을 뿐만 아니라 변화된 환경에 적응할 수 있는 것이다. 하지만, 대부분의 CaM이나 이들과 관련된 단백질들의 기능은 최근 활발히 연구되고 있지만 아직 많은 작용 기작이 연구의 대상이 되고 있다. 따라서 CaM의 기능을 좀 더 이해한다면 식물의 환경적 자극에 대한 반응과 식물의 성장과 발달에 있어서 CaM의 역할을 규명하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다. 본 논문은 $Ca^{2+}$-CaM의 신호전달 시스템과, CaM과 관련된 단백질들, 그리고 식물의 biotic, abiotic 스트레스에 대한 외부 자극의 반응에 있어서 CaM의 작용에 대해 기술하였다.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2001년도 추계학술발표대회
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• pp.189-192
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• 2001

Polyamine 함량이 증가된 형질전환 식물체들은 $H_2O_2$ 처리에 의해서 야기된 산화적스트레스에 대해 야생형 식물체보다 조직 손상이 월등히 낮았으며 백화와 괴사되는 정도도 훨씬 낮았으며 chlorophyll 양의 손실도 비교적 적은 편이었다. 또한 고염분 스트레스를 처리하면서 야생형보다 비교적 높게 유지되었으며 4달 정도까지 생장이 지속되었지만 야생형 식물체에서는 생장이 거의 정지되어 식물체가 고사하였다. 그 외에 ABA를 처리하여 노화를 유도한 경우 야생형에서 훨씬 빠르게 노화가 일어났으며 형질전환 식물체 잎에서는 노화가 트게 지연되었다. 또한 pH3.0의 potassium phosphate를 처리한 경우에도 야생형의 잎보다 형질전환 식물체 잎에서 갈변등의 세포 손상이 크게 지연되었다. 곰팡이 감염에서도 높은 저항성을 보였으며 항산화효소임 GST와 CAT 유전자 발현이 증가하였다. Ethylene 발현 저해 식물체에서도 스트레스를 처리한 후 ethylene 생합성 효소의 발현이 억제되면서 스트레스 저항성을 나타내었다. 따라서 이러한 스트레스에 의하여 유도되는 노화의 지연현상이 야생형 식물체보다 형질전환 식물체 잎에서 두드러지게 나타나는데 그 기작은 mpolyamine이 이러한 스트레스를 완화시키는데 작용하였기 때문이라고 생각된다.