We have investigated the effects of abiotic and biotic stresses on leaf senescence using transgenic tobacco plants, in which cellular contents of polyamines were increased by introducing the genes of polyamine and ethylene biosynthesis in sense or antisense orientation. These transgenic plants showed accumulations of polyamines at higher levels than were found in wild-type. Stress-induced senescence was attenuated in transgenic plants cpmpared with wild-type plants, in terms of total chlorphyll loss and phenotypic changes after oxidative stress of hydrogen peroxide($H_2O_2$), high salinity, acid stress (pH3.0), ABA and fungal pathogen(phytophothora parasitica pv.Nicotianae). Transcripts for antioxidant enzyme, glutathionine-S-transferase and catalase, were also more abundant in transgenic plants than wild-type plants. These result suggested that higher expression of those genes caused a broad-spectrum resistance to abiotic stress/biotic stress. These phenomena indicate that polyamines may play an important role in contributing to the antioxidant defense function in plants. Our findings suggest that facilitate the improvement of stress tolerance of crop plants.
Kim, Tae-Ho;Kim, Yeong-Tae;Byun, Myung-Ok;Shin, Jeong-Sheop;Go, Seoung-Joo
Proceedings of the Korean Society of Plant Pathology Conference
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2003.10a
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pp.69.1-69
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2003
RSH (relA/spoT homolog) has been known to determine the level of guanosine tetraphosphate (ppGpp) and guanosine pentaphosphate (pppGpp), which are the effector nucleotide of the prokaryotic stringent response and also play a role in antibiotic production and differentiation in Streptomyces species but not a little in eukaryotic organism, especially in plant. Salicylic acid (SA), a critical signal molecule of establishing systemic acquired resistance (SAR), could induce SAR in Pepper (Capcicum annuum) against Phytophthora capsici. And the extent of SAR induction was in proportion to the dosage of SA (or BTH). Suppression subtractive hybridization (SSH), a PCR-based method for cDNA subtraction, was carried out between SA-treated and non-SA-treated pepper leaves to isolate genes which may be responsible for defense signaling against pathogens. Early upregulated gene was selected from reverse northern and kinetics of SSH-genes transcripts in SA-treated pepper leaves upon SA treatment. Full-length cDNA of the gene (PepRSH; Pepper RelA / SpoT homolog) had an open reading frame (ORF) of 2166 bp encoding a protein of 722 amino acids and a significant homology with (p)ppGpp phosphohydrolase or synthetase. Genomic DNA gel blot analysis showed that pepper genome has at least single copy of PepRSH. PepRSH transcripts was very low in untreated pepper leaves but strongly induced by SA and methyljasmonic acid (MeJA), indicating that PepRSH may share common SA and MeJA-mediated signal transduction pathway Functional analysis in E. coli showed PepRSH confers phenotypes associated with (p)ppGpp synthesis through a complementation using active site mutagenesis.
Kim, Hyounjoung;Lee, Mi-Yeon;Kim, Ukjo;Lee, Sanghyeob;Park, Soon-Ho;Her, Nam-Han;Lee, Jing-Ha;Yang, Seung-Gyun;Harn, Chee-Hark
Proceedings of the Korean Society of Plant Pathology Conference
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2003.10a
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pp.67.1-67
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2003
Phytophthora blight is a devastating disease of pepper and occurs almost anywhere peppers are grown. Phytophthora blight is caused by Phytophthora capsici and this pathogen can infect every part of the plant by moving inoculum in the soil, by infecting water on surface, by aerial dispersal to sporulating lesions. Management of Phytophthora blight currently relies on cultural practices, crop rotation, and use of selective fungicides. Since these treatments are a short-term management, a classical breeding for development of resistant pepper against the Phytophthora is an alternative. So far some of the resistant cultivars have been on the market, but those are limited regionally and commercially. Therefore, ultimately an elite line resistant against this disease should be developed, if possible, by biotechnology. We have set out a series of work recently in order to develop Phytophthora resistant pepper cultivar. For the first time, the cDNA microarray analysis was peformed using an EST chip that holds around 5000 pepper EST clones to identify genes responsive to Phytophthora infection. Total RNA samples were obtained from Capsicum annuum PI201234 after inoculating P. capsici to roots and soil and exposed to the chip. .Around 900 EST clones were up-regulated and down-regulated depending on the two RNA sample tissues, leaf and root. From those, we have found 55 transcription factors that may be involved in gene regulation of the disease defense mechanism. Further and in detail information will be provided in the poster.
Microglia, which is the primary immune effector cells in the central nervous system, constitutes the first line of defense against infection and injury in the brain. The goal of this study was to determine the protective (anti-inflammation) mechanisms of forsythia suspense (FS) on LPS-induced activation of BV-2 microglial cells. The effects of FS on gene expression profiles in activated BV-2 microglial cells were evaluated using microarray analysis. BV-2 microglial cells were cultured in a 100mm dish $(1{\times}10^7/dish)$ for 24hr and then pretreated with $1{\mu}g/mL$ FS or left untreated for 30 min. Next, $1{\mu}g/mL$ LPS was added to the samples and the cells were reincubated at $37^{\circ}C$ for 30 min, 1hr, and 3hr. The gene expression profiles of the BV-2 microglial cells varied depending on the FS. The oligonucleotide microarray analysis revealed that MAPK pathway-related genes such as Mitogen activated protein kinase 1 (Mapk1), RAS protein activator like 2 (Rasal2), and G-protein coupled receptor 12 (Gpr12) and nitric oxide biosynthesis-related genes such as nitric oxide synthase 1 (neuronal) adaptor protein (Nos1ap), and dimethylarginine dimethylaminohydrolase 1 (Ddah1) were down regulated in FS-treated BV-2 microglial cells. FS can affect the MAPK pathway and nitric oxide biosynthesis in BV-2 microglial cells.
Abiotic stress is one of the most serious problems in plant productivity because it dramatically delays plant growth and development. One of the abiotic stresses, soil salinity, has an adverse effect on plant growth, particularly in areas where irrigation is necessary like semiarid Asia and Africa. Among several physiological parameters, anthocyanin accumulation is a valuable indicator of the condition of the plant, and it tends to increase under salt stress conditions because of its protective role in such an environment. Consequently, it may be important to search for well adapted genotypes for upcoming climate changes. Anthocyanins are known to have important roles in defense against biotic and abiotic stresses, providing important functions for protecting plant cells from reactive oxygen species. In this study, we investigated the anthocyanin accumulation between two Korean sorghum genotypes, Sodamchal and Nampungchal. The two genotypes were subjected to a regulated salinity condition, and the anthocyanin contents were evaluated in both. In Nampungchal, the anthocyanin content increased with 150 mM NaCl treatment during the time course of the experiment. However, the anthocyanin content of Sodamchal decreased in the same condition. The measured values of the anthocyanin content should be useful to identify the intensity of the salt tolerance in Sorghum bicolor L. Furthermore, we studied gene expression profiling of salt stress related genes with qRT-PCR. These results suggest that Nampungchal is a more tolerant genotype to salt stress compared to Sodamchal. This information should be useful for breeding salt-resistant cultivars in sorghum.
Shin, Sang Hyun;Pak, Jung-Hun;Kim, Mi Jin;Kim, Hye Jeong;Oh, Ju Sung;Choi, Hong Kyu;Jung, Ho Won;Chung, Young Soo
The Plant Pathology Journal
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v.30
no.2
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pp.208-214
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2014
Wild rice, Oryza grandiglumis shows hyper-resistance response to pathogen infection. In order to identify genes necessary for defense response in plants, we have carried out a subtractive hybridization coupled with a cDNA macroarray. An acidic PATHOGENESIS-RELATED1 (PR1) gene of the wild rice is highly identical to the acidic PR1 genes of different plant species. The OgPR1a cDNA has an apparent single open reading frame with a predicted molecular mass 40,621 Da and an isoelectic point of 5.14. Both in silico analysis and a transient expression assay in onion epidermal cells revealed that the OgPR1a protein could be localized in intercellular space in plants. The OgPR1a mRNA was strongly transcribed by the exogenous treatment with ethylene and jasmonic acid as well as protein phosphatase inhibitors. Additionally, ectopic expression of the OgPR1a conferred disease resistance on Arabidopsis to the bacterial and fungal infections.
Kang, Seock;Kim, Ho Bang;Lee, Hyoungseok;Choi, Jin Young;Heu, Sunggi;Oh, Chang Jae;Kwon, Soon Il;An, Chung Sun
Molecules and Cells
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v.21
no.3
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pp.418-427
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2006
Ionotropic glutamate receptors (iGluRs) are ligand-gated nonselective cation channels that mediate fast excitatory neurotransmission. Although homologues of the iGluRs have been identified in higher plants, their roles are largely unknown. In this work we isolated a full-length cDNA clone (RsGluR) encoding a putative glutamate receptor from small radish. An RsGluR:mGFP fusion protein was localized to the plasma membrane. In Arabidopsis thaliana overexpressing the fulllength cDNA, glutamate treatment triggered greater $Ca^{2+}$ influx in the root cells of transgenic seedlings than in those of the wild type. Transgenic plants exhibited multiple morphological changes such as necrosis at their tips and the margins of developing leaves, dwarf stature with multiple secondary inflorescences, and retarded growth, as previously observed in transgenic Arabidopsis overexpressing AtGluR3.2 [Kim et al. (2001)]. Microarray analysis showed that jasmonic acid (JA)-responsive genes including defensins and JA-biosynthetic genes were up-regulated. RsGluR overexpression also inhibited growth of a necrotic fungal pathogen Botrytis cinerea possibly due to up-regulation of the defensins. Based on these results, we suggest that RsGluR is a glutamate-gated $Ca^{2+}$ channel located in the plasma membrane of higher plants and plays a direct or indirect role in defense against pathogen infection by triggering JA biosynthesis.
The immune system in teleost fish is not completely developed during embryonic and larval stages, therefore effective innate mechanisms is very important for survival in such an environment. However, the knowledge of the development of immune system assumed to be restricted. In many species, lysozymes have been considered as important genes of the first line immune defense. The early detection of lysozyme mRNA in previous reports, led to the investigation of its presence in oocytes. As a result, c-type lysozyme mRNA transcripts were detected in unfertilized oocytes indicating maternal transfer. Therefore, we investigated the expression patterns of lysozymes in flounder, including the matured oocyte. In our results, c-type lysozyme mRNA was first detected in unfertilized oocyte stage, observed the significantly decreased until hatching stage, and was significantly increased after hatching stage. On the other hand, g-type lysozyme mRNA transcripts were first detected at late neurula stage, and the mRNA level was significantly increased after 20 dph. It may be suggest that maternally supplied mRNAs are selectively degraded prior to the activation of embryonic transcription. This study will be help in understanding the maturation and onset of humoral immunity during development of olive flounder immune system.
Phytophthora infestans is the causal agent of potato and tomato late blight, one of the most devastating plant diseases. P. infestans secretes effector proteins that are both modulators and targets of host plant immunity. Among these are the so-called RXLR effectors that function inside plant cells and are characterized by a conserved motif following the N-terminal signal peptide. In contrast, the effector activity is encoded by the C terminal region that follows the RXLR domain. Recently, I performed in planta functional profiling of different RXLR effector alleles. These genes were amplified from a variety of P. infestans isolates and cloned into a Potato virus X (PVX) vector for transient in planta expression. I assayed for R-gene specific induction of hypersensitive cell death. The findings included the discovery of new effector with avirulence activity towards the Solanum bulbocastanum Rpi-blb2 resistance gene. The Rpi-blb2 encodes a protein with a putative CC-NBS-LRR (a coiled-coil-nucleotide binding site and leucine-rich repeat) motif that confers Phytophthora late blight disease resistance. We examined the components required for Rpi-blb2-mediated resistance to P. infestans in Nicotiana benthamiana. Virus-induced gene silencing was used to repress candidate genes in N. benthamiana and to assay against P. infestans infections. NbSGT1 was required for disease resistance to P. infestans and hypersensitive responses (HRs) triggered by co-expression of AVRblb2 and Rpi-blb2 in N. benthamiana. RAR1 and HSP90 did not affect disease resistance or HRs in Rpi-blb2-transgenic plants. To elucidate the role of salicylic acid (SA) in Rpi-blb2-mediated resistance, we analyzed the response of NahG-transgenic plants following P. infestans infection. The increased susceptibility of Rpi-blb2-transgenic plants in the NahG background correlated with reduced SA and SA glucoside levels. Furthermore, Rpi-blb2-mediated HR cell death was associated with $H_2O_2$, but not SA, accumulation. SA affects basal defense and Rpi-blb2-mediated resistance against P. infestans. These findings provide evidence about the roles of SGT1 and SA signaling in Rpi-blb2-mediated resistance against P. infestans.
Park, Sojung;Nam, Eun woo;Kim, Yeeun;Lee, Seohyeon;Kim, Seul I;Yoon, Hyunjin
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.30
no.11
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pp.1729-1738
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2020
Salmonellosis is a form of gastroenteritis caused by Salmonella infection. The main transmission route of salmonellosis has been identified as poorly cooked meat and poultry products contaminated with Salmonella. However, in recent years, the number of outbreaks attributed to contaminated raw produce has increased dramatically. To understand how Salmonella adapts to produce, transcriptomic analysis was conducted on Salmonella enterica serovar Virchow exposed to fresh-cut radish greens. Considering the different Salmonella lifestyles in contact with fresh produce, such as motile and sessile lifestyles, total RNA was extracted from planktonic and epiphytic cells separately. Transcriptomic analysis of S. Virchow cells revealed different transcription profiles between lifestyles. During bacterial adaptation to fresh-cut radish greens, planktonic cells were likely to shift toward anaerobic metabolism, exploiting nitrate as an electron acceptor of anaerobic respiration, and utilizing cobalamin as a cofactor for coupled metabolic pathways. Meanwhile, Salmonella cells adhering to plant surfaces showed coordinated upregulation in genes associated with translation and ribosomal biogenesis, indicating dramatic cellular reprogramming in response to environmental changes. In accordance with the extensive translational response, epiphytic cells showed an increase in the transcription of genes that are important for bacterial motility, nucleotide transporter/metabolism, cell envelope biogenesis, and defense mechanisms. Intriguingly, Salmonella pathogenicity island (SPI)-1 and SPI-2 displayed up- and downregulation, respectively, regardless of lifestyles in contact with the radish greens, suggesting altered Salmonella virulence during adaptation to plant environments. This study provides molecular insights into Salmonella adaptation to plants as an alternative environmental reservoir.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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