Turfgrass, the most widely grown ornamental crop, is severely affected by fungal pathogens including Sclerotinia homoeocarpa, Rhizoctonia solani, and Magnaporthe poae. At present, turfgrass fungal disease management predominantly relies on synthetic fungicide treatments. However, the extensive application of fungicides to the soil increases residual detection frequency, raising concerns for the environment and human health. The bacterial volatile compound, 2,3-butanediol (BDO), was found to induce plant resistance. In this study, we evaluated the disease control efficacy of a combination of stereoisomers of 2,3-BDO and commercial fungicides against turfgrass fungal diseases in both growth room and fields. In the growth room experiment, the combination of 0.9% 2R,3R-BDO (levo) soluble liquid (SL) formulation and 9% 2R,3S-BDO (meso) SL with half concentration of fungicides significantly increased the disease control efficacy against dollar spot and summer patch disease when compared to the half concentration of fungicide alone. In field experiments, the disease control efficiency of levo 0.9% and meso 9% SL, in combination with a fungicide, was confirmed against dollar spot and large patch disease. Additionally, the induction of defense-related genes involved in the salicylic acid and jasmonic acid/ethylene signaling pathways and reactive oxygen species detoxification-related genes under Clarireedia sp. infection was confirmed with levo 0.9% and meso 9% SL treatment in creeping bentgrass. Our findings suggest that 2,3-BDO isomer formulations can be combined with chemical fungicides as a new integrated tool to control Clarireedia sp. infection in turfgrass, thereby reducing the use of chemical fungicides.
Muchlas Muchamad;Bok-Rye Lee;Sang-Hyun Park;Tae-Hwan Kim
Journal of The Korean Society of Grassland and Forage Science
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v.43
no.1
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pp.56-61
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2023
The germination process is critical for plant growth and development and it is largely affected by environmental stress, especially salinity. Recently, hydrogen sulfide (H2S) is well known to act as a signaling molecule in a defense mechanism against stress conditions but poorly understood regulating seed germination. In this study, the effects of NaHS (the H2S donor) pretreatment on various biochemical (hydrogen peroxide (H2O2) content and amylase and protease activity) and physiological properties (germination rate) during seed germination of oilseed rape (Brassica napus L. cv. Mosa) were examined under salt stress. The seed germination and seedling growth of oilseed rape were inhibited by NaCl treatment but it was alleviated by NaHS pretreatment. The NaCl treatment increased H2O2 content leading to oxidative stress, but NaHS pre-treatments maintained much lower levels of H2O2 in germinating seeds under salt stress. Amylase activity, a starch degradation enzyme, significantly increased over 2-fold in control, NaHS pretreatment, and NaHS pretreatment under NaCl during seed germination compared to NaCl treatment. Protease activity was highly induced in NaHS-pretreated seeds compared to NaCl treatment, accompanied by a decrease in protein content. These results indicate that NaHS pretreatment could improve seed germination under salt stress conditions by decreasing H2O2 accumulation and activating the degradation of protein and starch to support seedling growth.
[Purpose] Chronic stress is a precipitating factor for depression, whereas exercise is beneficial for both the mood and cognitive process. The current study demonstrates the anti-depressive effects of regular exercise and the mechanisms linked to hippocampal neurogenesis. [Methods] Mice were subjected to 14 consecutive days of restraint, followed by 3 weeks of treadmill running, and were then subjected to behavioral tests that included the forced swimming and Y-maze tests. Protein levels were assessed using western blot analysis and newborn cells were detected using 5-bromo-2'-deoxyuridine (BrdU). [Results] Three weeks of treadmill running ameliorated the behavioral depression caused by 14 days of continuous restraint stress. The exercise regimen enhanced BrdU-labeled cells and class III β-tubulin levels in the hippocampal dentate gyrus, as well as those of thioredoxin-1 (TRX-1) and synaptosomal β2-adrenergic receptors (β2-AR) under stress. In vitro experiments involving treatment with recombinant human TRX-1 (rhTRX-1) augmented the levels of phospho-extracellular signal-regulated kinases 1 and 2 (ERK1/2), nuclear β-catenin, and proliferating cell nuclear antigens, which were previously inhibited by U0216 and FH535 (inhibitors of ERK1/2 and β-catenin/T cell factor-mediated transcription, respectively). The hippocampal neurogenesis elicited by a 7-day exercise regimen was abolished by a selective inhibitor of β2-AR, butoxamine. [Conclusion] These results suggest that TRX-1-mediated hippocampal neurogenesis by β2-AR function is a potential mechanism underlying the psychotropic effect of exercise.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2022.10a
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pp.287-287
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2022
In this study, we analyze RNA-seq data from OxF3Hand WT at several points (Oh, 3 h, 12 h, and 24 h) after WBPH infection. A number of the genes were further validated by RT-qPCR. Results revealed that highest number of DEGs (4,735) between the two genotypes detected after 24 h of infection. Interestingly, many of the DEGs between the WT and OsF3H under control conditions were also found to be differentially expressed in OsF3H in response to WBPH infestation. These results indicate that significant differences in gene expression between the "OxF3H" and "WT" exist as the infection time increases. Many of these DEGs were related to oxidoreductase activity, response to stress, salicylic acid biosynthesis, metabolic process, defense response to pathogen, cellular response to toxic substance, and regulation of hormones level. Moreover, genes involved in salicylic acid (SA) and Ethylene (Et) biosynthesis were upregulated in OxF3H plants while jasmonic acid (JA), Brassinosteroid (Br), and abscisic acid (ABA) signaling pathways were found downregulated in OxF3H plant during WBPH infestation. Interestingly, many DEGs related to pathogenesis such as OsPR1, OsPR1b, NPR1, OsNPR3 and OsNPR5 were found significantly upregulated in OxF3H plants. Additionally, genes related to MAPKs pathway, and about 30 WRKY genes involved in different pathways were found upregulated in OxF3H plants after WBPH infestation. This suggests that overexpression of the OxF3H gene leads to multiple transcriptomic changes and impact plant hormones, pathogenic related and secondary metabolites related genes and enhancing the plant resistance to WBPH infestation.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2022.10a
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pp.232-232
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2022
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.
Jungwook Park;Mohamed Mannaa;Gil Han;Hyejung Jung;Hyo Seong Jeon;Jin-Cheol Kim;Ae Ran Park;Young-Su Seo
The Plant Pathology Journal
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v.40
no.1
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pp.30-39
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2024
The conservation of the endangered Korean fir, Abies koreana, is of critical ecological importance. In our previous study, a yeast-like fungus identified as Aureobasidium pullulans AK10, was isolated and shown to enhance drought tolerance in A. koreana seedlings. In this study, the effectiveness of Au. pullulans AK10 treatment in enhancing drought tolerance in A. koreana was confirmed. Furthermore, using transcriptome analysis, we compared A. koreana seedlings treated with Au. pullulans AK10 to untreated controls under drought conditions to elucidate the molecular responses involved in increased drought tolerance. Our findings revealed a predominance of downregulated genes in the treated seedlings, suggesting a strategic reallocation of resources to enhance stress defense. Further exploration of enriched Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathways and protein-protein interaction networks revealed significant alterations in functional systems known to fortify drought tolerance, including the terpenoid backbone biosynthesis, calcium signaling pathway, pyruvate metabolism, brassinosteroid biosynthesis, and, crucially, flavonoid biosynthesis, renowned for enhancing plant drought resistance. These findings deepen our comprehension of how AK10 biostimulation enhances the resilience of A. koreana to drought stress, marking a substantial advancement in the effort to conserve this endangered tree species through environmentally sustainable treatment.
Hyunsub Sim;Daecheol Jeong;Hye-In Kim;Seongwon Pak;Bikash Thapa;Hyung-Joo Kwon;Keunwook Lee
IMMUNE NETWORK
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v.21
no.2
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pp.13.1-13.19
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2021
Macrophages are important for the first line of defense against microbial pathogens. Integrin CD11b, which is encoded by Itgam, is expressed on the surface of macrophages and has been implicated in adhesion, migration, and cell-mediated cytotoxicity. However, the functional impact of CD11b on the inflammatory responses of macrophages upon microbial infection remains unclear. Here, we show that CD11b deficiency resulted in increased susceptibility to sepsis induced by methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) infection by enhancing the pro-inflammatory activities of macrophages. Upon infection with MRSA, the mortality of Itgam knockout mice was significantly higher than that of control mice, which is associated with increased production of TNF-α and IL-6. In response to MRSA, both bone marrow-derived macrophages and peritoneal macrophages lacking CD11b produced elevated amounts of pro-inflammatory cytokines and nitric oxide. Moreover, CD11b deficiency upregulated IL-4-induced expression of anti-inflammatory mediators such as IL-10 and arginase-1, and an immunomodulatory function of macrophages to restrain T cell activation. Biochemical and confocal microscopy data revealed that CD11b deficiency augmented the activation of NF-κB signaling and phosphorylation of Akt, which promotes the functional activation of macrophages with pro-inflammatory and immunoregulatory phenotypes, respectively. Overall, our experimental evidence suggests that CD11b is a critical modulator of macrophages in response to microbial infection.
Heeyeon Ryu;Hyeon Hak Jeong;Seungjun Lee;Min-Kyeong Lee;Myeong-Jin Kim;Bonggi Lee
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.34
no.2
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pp.270-279
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2024
Macrophages are versatile immune cells that play crucial roles in tissue repair, immune defense, and the regulation of immune responses. In the context of skeletal muscle, they are vital for maintaining muscle homeostasis but macrophage-induced chronic inflammation can lead to muscle dysfunction, resulting in skeletal muscle atrophy characterized by reduced muscle mass and impaired insulin regulation and glucose uptake. Although the involvement of macrophage-secreted factors in inflammation-induced muscle atrophy is well-established, the precise intracellular signaling pathways and secretion factors affecting skeletal muscle homeostasis require further investigation. This study aimed to explore the regulation of macrophage-secreted factors and their impact on muscle atrophy and glucose metabolism. By employing RNA sequencing (RNA-seq) and proteome array, we uncovered that factors secreted by lipopolysaccharide (LPS)-stimulated macrophages upregulated markers of muscle atrophy and pro-inflammatory cytokines, while concurrently reducing glucose uptake in muscle cells. The RNA-seq analysis identified alterations in gene expression patterns associated with immune system pathways and nutrient metabolism. The utilization of gene ontology (GO) analysis and proteome array with macrophage-conditioned media revealed the involvement of macrophage-secreted cytokines and chemokines associated with muscle atrophy. These findings offer valuable insights into the regulatory mechanisms of macrophage-secreted factors and their contributions to muscle-related diseases.
Kim, Hyeongmin;Moon, Suyun;Lee, Jinsu;Bae, Wonsil;Won, Kyungho;Kim, Yoon-Kyeong;Kang, Kwon Kyoo;Ryu, Hojin
Journal of Plant Biotechnology
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v.43
no.3
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pp.347-358
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2016
Brassinosteroid (BR), a plant steroid hormone, plays key roles in numerous growth and developmental processes as well as tolerance to both abiotic and biotic stress. To understand the biological networks involved in BR-mediated signaling pathways and stress tolerance, we performed comparative genome-wide transcriptome analysis of a constitutively activated BR bes1-D mutant with an Agilent Arabidopsis $4{\times}44K$ oligo chip. As a result, we newly identified 1,091 (562 up-regulated and 529 down-regulated) significant differentially expressed genes (DEGs). The combination of GO enrichment and protein network analysis revealed that stress-related processes, such as metabolism, development, abiotic/biotic stress, immunity, and defense, were critically linked to BR signaling pathways. Among the identified gene sets, we confirmed more than a 6-fold up-regulation of NB-ARC and FLS2 in bes1-D plants. However, some genes, including TIR1, TSA1 and OCP3, were down-regulated. Consistently, BR-activated plants showed higher tolerance to drought stress and pathogen infection compared to wild-type controls. In this study, we newly developed a useful, comprehensive method for large-scale identification of critical network and gene sets with global transcriptome analysis using a microarray. This study also showed that gain of function in the bes1-D gene can regulate the adaptive response of plants to various stressful conditions.
Kim, Yun-Hee;Ryu, Sun-Hwa;Kim, Kee-Yeun;Kwon, Suk-Yoon;Bang, Jae-Wook;Kwak, Sang-Soo
Journal of Plant Biotechnology
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v.31
no.1
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pp.83-88
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2004
Expression of an anionic peroxidase swpa2 gene isolated from cultured cells of sweetpotato (Ipomoea batatas) was investigated under various stress conditions by RT-PCR. The swpa2 gene was not expressed in any tissues of intact sweetpotato plant grown at the normal condition. The expression of this gene was strongly induced in leaf tissue by treatment of $H_2O$$_2$ (440mM). Treatment of NaCl (100mM), ABA (0.1mM) and methyl jasmonate(MeJA, 0.1mM) also induced the expression of swpa2 gene. Interestingly, salicylic acid (SA, 0.1 mM) did not induce the expression of swpa2 gene, indicating that anionic swpa2 POD is differently involved in SA and MeJA signaling pathways. In addition, swpa2 gene was strongly induced in sweetpoato leaf tissues infected with Pectobacterium chrysanthemi, indicating that swpa2 is involved in defense related to the pathogenesis of P. chrysanthemi in sweetpotato plants. These results strongly suggest that swpa2 gene is involved in overcoming oxidative stresses caused by both abiotic and biotic stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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