The objective of this study was to evaluate the drought tolerance in maize seedling using leaf rolling. Nineteen maize resources, seven Nested Association Mapping parents lines, six Korean commercial cultivars, and six Southeast Asia commercial cultivars, were used to examine drought tolerance. The leaf rolling scores were measured on each leaf in three stress conditions with moderate drought (10%), severe drought (7%), and extreme drought (5%). Generally leaf rolling score of seedlings increased at the lower soil water potentials (5~7%). As a result, drought-tolerant cultivars showed lower leaf rolling score (below 2.5) than the drought sensitive cultivars (above 3.5). Nine varieties, NK4043, CML322, DK9955, NK4300, Ki11, DK8868, CML228, LVN99, and LVN10, have been selected for tolerance to drought stress. These results suggest that the leaf rolling score in maize seedling has been made available to indirect index for drought tolerance.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.159-159
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2017
Drought, a common environmental constraint, induces a range of physiological, biochemical and molecular changes in plants, and can cause severe reductions in crop yield. Consequently, understanding the molecular mechanisms of drought tolerance is an important step towards crop biotechnology. Here, we report that the rice (Oryza sativa) homeodomain-leucine zipper class IV transcription factor gene, ${\underline{R}ice}$${\underline{o}utermost}$${\underline{c}ell-specific}$ gene 10 (Roc10), enhances drought tolerance and grain yield by increasing lignin accumulation in ground tissues. Overexpression of Roc10 in rice significantly increased drought tolerance at the vegetative stages of growth and promoted both more effective photosynthesis and a reduction in water loss rate, compared with non-transgenic controls or RNAi transgenic plants. Importantly, Roc10 overexpressing plants had a higher drought tolerance at the reproductive stage of growth and a higher grain yield compared with the controls under field-drought conditions. Roc10 is mainly expressed in outer cell layers including the epidermis and the vasculature of the shoots, which coincides with areas of cell wall lignification. Roc10 overexpression elevated the expression levels of lignin biosynthetic genes in shoots, with a concomitant increase in the accumulation of lignin, while the overexpression and RNAi lines showed opposite patterns of lignin accumulation. We identified downstream target genes of Roc10 by performing RNA-seq and chromatin immunoprecipitation (ChIP)-seq analyses of shoot tissues. Roc10 was found to directly bind to the promoter of PEROXIDASEN/PEROXIDASE38, a key gene in lignin biosynthesis. Together, our findings suggest that Roc10 confers drought stress tolerance by promoting lignin biosynthesis in ground tissues.
Netty Ermawati;Sang Gon Kim;Joon-Yung Cha;Daeyoung Son
Journal of The Korean Society of Grassland and Forage Science
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v.43
no.1
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pp.42-49
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2023
The plant-specific NAC transcription factors control various biological processes, including plant development and stress responses. We have isolated an ANAC032 gene, one of the NAC transcription factor family, which was highly activated by multi-abiotic stresses, including high salt and drought in Arabidopsis. Here, we generated transgenic plants constitutively expressing ANAC032 and its knockout to identify the functional roles of ANAC032 in Arabidopsis under abiotic stress responses. The ANAC032-overexpressing plants showed enhanced tolerance to salinity and drought stresses. The anac032 knockout mutants were observed no significant changes under the high salt and drought conditions. We also monitored the expression of high salt and drought stress-responsive genes in the ANAC032 transgenic plants and anac032 mutant. The ANAC032 overexpression upregulated the expression of stress-responsive genes, RD29A and ERD10, under the stresses. Thus, our data identify that transcription factor ANAC032 plays as an enhancer for salinity and drought tolerance through the upregulation of stress-responsive genes and provides useful genetic traits for generating multi-abiotic stress-tolerant forage crops.
As one way to approach to cold defense mechanism in plants, we previously identified the gene for protein-tyrosine phosphatase (CaTPP1) from hot pepper (Capsicum annuum) using cDNA microarray analysis coupled with Northern blot analysis. We showed that the CaTPP1 gene was strongly induced by cold, drought, salt and ABA stresses. The CaTPP1 gene was engineered under control of CaMV 35S promoter for constitutive expression in transgenic tobacco plants by Agrobacterium-mediated transformation. The resulting CaTPP1 transgenic tobacco plants showed significantly increased cold stress resistance. It also appeared that some of the transgenic tobacco plants showed increased drought tolerance. The CaTPP1 transgenic plants showed no visible phenotypic alteration compared to wild type plants. These results showed the involvement of protein tyrosine phosphatase in tolerance of abiotic stresses including cold and drought stress.
Seong, So Yoon;Jung, Harin;Choi, Yang Do;Kim, Ju-Kon
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.115-115
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2017
Zinc finger proteins constitute a large family which has been studied to have various functions in different organisms. Tandem CCCH zinc finger proteins (TZFs), members of the zinc finger protein family, are known to participate as post-transcriptional regulators of gene expression in eukaryotes. Here, we showed that the OsZn15, a gene for tandem CCCH zinc finger protein, is induced by abiotic stress and its overexpression in transgenic rice plants (PGD1:OsZn15) gains higher drought tolerance. Gene expression analysis of promoter:GFP plants revealed that OsZn15 is specifically expressed in anther and embryo, but not in vegetative organs. In-field evaluation, grain yield was higher in the PGD1:OsZn15 than nontransgenic plants under drought conditions. Interestingly, OsZn15 is shown to not only localize at nucleus but also co-localize with both processing bodies (PB) and stress granules (SG), two messenger ribo-nucleoprotein complexes which are known to activate by forming cytoplasmic foci under stress conditions. In sum, these results suggest that OsZn15 increases drought stress tolerance of rice probably by participating in RNA turnover in PB and SG.
Within their natural habitat, crops are often subjected to drought and heat stress, which suppress crop growth and decrease crop production. Causing overaccumulation of glycinebetaine (GB) has been used to enhance the crop yield under stress. Here, we investigated the response of wheat (Triticum aestivum L.) photosynthesis to drought, heat stress and their combination with a transgenic wheat line (T6) overaccumulating GB and its wild-type (WT) Shi4185. Drought stress (DS) was imposed by controlling irrigation until the relative water content (RWC) of the flag leaves decreased to between 78 and 82%. Heat stress (HS) was applied by exposing wheat plants to $40^{\circ}C$ for 4 h. A combination of drought and heat stress was applied by subjecting the drought-stressed plants to a heat stress as above. The results indicated that all stresses decreased photosynthesis, but the combination of drought and heat stress exacerbated the negative effects on photosynthesis more than exposure to drought or heat stress alone. Drought stress decreased the transpiration rate (Tr), stomatal conductance (Gs) and intercellular $CO_2$ concentration (Ci), while heat stress increased all of these; the deprivation of water was greater under drought stress than heat stress, but heat stress decreased the antioxidant enzyme activity to a greater extent. Overaccumulated GB could alleviate the decrease of photosynthesis caused by all stresses tested. These suggest that GB induces an increase of osmotic adjustments for drought tolerance, while its improvement of the antioxidative defense system including antioxidative enzymes and antioxidants may be more important for heat tolerance.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.111-111
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2017
The development and productivity of maize (Zea mays L.) is frequently impacted by water scarcity, and consequently to increased drought tolerance in a priority target in maize breeding programs. To elucidate the molecular mechanisms of resistance to drought stress in maize, RNA-seq of the public database was used for transcriptome profiling of the seedling stage exposed to drought stress of three levels, such as moderate, severe drought stress and re-watering. In silico analysis of differentially expressed genes (DEGs), 176 up-regulated and 166 down-regulated DEGs was detected at moderated stress in tolerance type. These DEGs was increasing degradation of amino acid metabolism in biological pathways. Six modules based on a total of 4,771 DEGs responses to drought stress by the analysis of co-expression network between tolerance and susceptible type was constructed and showed to similar module types. These modules were discriminated yellow, greenyellow, turquoise, royalblue, brown4 and plum1 with 318, 2433, 375, 183, 1405 and 56 DEGs, respectively. This study was selected 30 DEGs to predicted drought stress response gene and was evaluated expression levels using drought stress treated sample and re-watering sample by quantitative Real-Time Polymerase Chain Reaction (qRT-PCR). 23 genes was shown increasing with drought stress and decreasing with re-watering. This study contribute to a better understanding of the molecular mechanisms of maize seedling stage responses to drought stress and could be useful for developing maize cultivar resistant to drought stress.
Septi Anita Sari;Muchamad Muchlas;Bok-Rye Lee;Md Al Mamun;Tae-Hwan Kim
Journal of The Korean Society of Grassland and Forage Science
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v.44
no.3
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pp.204-209
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2024
Drought is one of the environmental factors inhibiting plant productivity and growth, leading to oxidative damage. This study aims to identify the role of sodium hydrosulfide (NaHS) as a hydrogen sulfide (H2S) donor in drought stress tolerance in Brassica napus. Drought-induced stress symptoms appeared eight days after treatment, showing wilted leaves and a significant reduction of leaf water potential. Drought-induced increase of lipid peroxidation was significantly reduced by NaHS application. NaHS-treated plants mitigated stress symptoms under drought conditions by reducing hydrogen peroxide (H2O2) content, confirmed with H2O2 localization in situ. Furthermore, NaHS promotes photosynthetic activity by maintaining chlorophyll and carotenoid content, thereby supporting plant growth under drought conditions. Pyrroline-5-carboxylate and proline contents were significantly increased by drought but further enhanced by NaHS treatment, indicating the important roles of proline accumulation in drought stress tolerance. In conclusion, this study provides valuable insight into the roles of NaHS in alleviating drought stress by reducing oxidative stress and promoting proline accumulation. Therefore, NaHS may serve as an effective strategy to enhance crop production under drought-stress conditions.
Dehydrins (LEA Dll proteins) are one of the typical families of plant proteins that accumulate in response to dehydration, cold stress, abscisic acid, or during seed maturation. A 1.3-kb cDNA was cloned from a cDNA expression library of 5-day-old germinating maize scutellums under drought stress. The deduced protein sequence indicated a dehydrin gene encoding SK$_3$ LEA protein typically expressed during cold acclimation, but not by drought stress in barley and wheat. Thus, it was named maize DEHYDRIN2 (ZmDhn2). It accumulates rapidly and highly in drought-stressed scutellum and leaf tissues at any stage, but not under cold stress. ZmDhn2 gene was transformed into Arabidopsis thaliana for functional analysis under drought condition. From electrolyte leakage test, no significant difference showed between wild type and transformants under normal growth condition, but the leakage level of electrolyte in wild type plants was about 3 times as high as that in the transformed plants under drought stress. It suggests that ZmDHN2 playa role in increasing drought tolerance.
Hyun Jin Song;Seong Hyeon Yong;Hak Gon Kim;Kwan Been Park;Do Hyeon Kim;Seung A Cha;Ji Hyun Lee;Myung Suk Choi
Journal of Forest and Environmental Science
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v.39
no.4
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pp.246-253
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2023
Salix gracilistyla is widely distributed along riversides in Korea and very good for biomass production by SRC because of its excellent germination ability, but it is necessary to measure drying tolerance for cultivation. The drought tolerance of S. gracilistyla was tested using cuttings, and growth and physiological analysis were performed after irrigation was stopped. The growth inhibition of S. gracilistyla was observed from the day irrigation was stopped, and the soil moisture content decreased to less than 10% on the 25th day after irrigation was stopped. Over 50% of the seedlings turned brown 25 days after watering was stopped. The chlorophyll content of S. gracilistyla decreased dramatically after 25 days of stopping of irrigation. RWC values were unchanged until day 12 after irrigation was stopped but decreased rapidly until day 21, but there was a slightly decreasing trend after that. RWL levels increased slightly during irrigation stops. The proline content of plants subjected to drought stress was 0.91-2.63 mg/0.05 g, 2.75 times higher than that of the control treatment. The sugar content of the drought stress treatment group was 29.77 to 350.66 mg/0.05 g, which increased 12.24 times that of the control treatment. As a result of this study, S. gracilistyla was found to have a drought tolerance almost comparable to that of evergreen broad-leaved trees growing on the land. This study is expected to contribute to the resource utilization S. gracilistyla, a native willow tree of Korea, and the mass production of biomass by SRC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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