Edible canna is a productive starch source in some tropical and semitropical regions. In these regions, water deficit stress is one of factors that limit the crop yield. In the present study, we investigated seven physiological indexes and photosynthetic responses of three edible canna (Canna edulis Ker.) cultivars ('PLRF', 'Xingyu-1', and 'Xingyu-2') under 35 days drought stress. Our results indicated that drought treatment caused visible wilting symptoms in all cultivars, especially in 'Xingyu-1'. Coupled with the increase of wilting symptoms, relative water content (RWC) and chlorophyll content decreased progressively, malondialdehyde (MDA) content gradually increased, and key antioxidant enzymes such as superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), catalase (CAT) activities increased first and then decreased in all three cultivars. The effect of water stress was more pronounced in 'Xingyu-1' than in 'PLRF' and 'Xingyu-2', and in lower leaves than in upper leaves. In addition, 35 days drought stress also significantly reduced the photosynthetic capacity. Consistent with antioxidant parameters, photosynthetic changes of 'Xingyu-2' were less than those of the other cultivars under water deficit stress. Drought stress caused a significant increase of water use efficiency (WUE) in 'Xingyu-2', but little in 'PLRF', and obvious decrease in 'Xingyu-1'. These results indicated that 'Xingyu-2' was more tolerant to drought stress than 'PLRF' and 'Xingyu-1' by maintaining lower lipid peroxidation and higher antioxidant enzyme activities.
Among a variety of environmental stresses heat, cold, chilling, high salt, drought, and so on exposed to plants, drought stress has been reported as a crucial factor to adversely affect the growth and productivity of plants. Therefore, to understand the mechanism for the drought stress signal transduction pathway in plants is more helpful to develop useful crops that display the enhanced tolerance against drought stress, and to expand crop growing areas. The signal transduction pathway for the drought stress in plants is largely categorized into two types; ABA-dependent pathway and ABA-independent pathway. It has been reported that two transcription factors, AREB/ABF and DREB2, play predominant roles in ABA-dependent and ABA-independent pathways, respectively. In addition to transcriptional regulation mediated by AREB/ABF and DREB2 transcription factors, post-translational modification (such as phosphorylation and ubiquitination) and epigenetic control are importantly involved in the signal transduction for drought stress. In this paper, we review current understanding of signal transduction pathway on drought stress in plants, especially focusing on the biological roles of a variety of signaling components related to drought stress response. Further understanding the mechanism of drought resistance in plants through this review will be useful to establish theoretical basis for developing drought tolerant crops in the future.
Soybean transgenic plants with ectopically expressed AtABF3 were produced by Agrobacterium-mediated transformation and investigated the effects of AtABF3 expression on drought and salt tolerance. Stable Agrobacterium-mediated soybean transformation was carried based on the half-seed method (Paz et al. 2006). The integration of the transgene was confirmed from the genomic DNA of transformed soybean plants using PCR and the copy number of transgene was determined by Southern blotting using leaf samples from $T_2$ seedlings. In addition to genomic integration, the expression of the transgenes was analyzed by RT-PCR and most of the transgenic lines expressed the transgenes introduced. The chosen two transgenic lines (line #2 and #9) for further experiment showed the substantial drought stress tolerance by surviving even at the end of the 20-day of drought treatment. And the positive relationship between the levels of AtABF3 gene expression and drought-tolerance was confirmed by qRT-PCR and drought tolerance test. The stronger drought tolerance of transgenic lines seemed to be resulted from physiological changes. Transgenic lines #2 and #9 showed ion leakage at a significantly lower level (P < 0.01) than ${\underline{n}}on-{\underline{t}}ransgenic$ (NT) control. In addition, the chlorophyll contents of the leaves of transgenic lines were significantly higher (P < 0.01). The results indicated that their enhanced drought tolerance was due to the prevention of cell membrane damage and maintenance of chlorophyll content. Water loss by transpiration also slowly proceeded in transgenic plants. In microscopic observation, higher stomata closure was confirmed in transgenic lines. Especially, line #9 had 56% of completely closed stomata whereas only 16% were completely open. In subsequent salt tolerance test, the apparently enhanced salt tolerance of transgenic lines was measured in ion leakage rate and chlorophyll contents. Finally, the agronomic characteristics of ectopically expressed AtABF3 transgenic plants ($T_2$) compared to NT plants under regular watering (every 4 days) or low rate of watering condition (every 10 days) was investigated. When watered regularly, the plant height of drought-tolerant line (#9) was shorter than NT plants. However, under the drought condition, total seed weight of line #9 was significantly higher than in NT plants (P < 0.01). Moreover, the pods of NT plants showed severe withering, and most of the pods failed to set normal seeds. All the evidences in the study clearly suggested that overexpression of the AtABF3 gene conferred drought and salt tolerance in major crop soybean, especially under the growth condition of low watering.
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.
Kim, Sang Tae;Yoo, Sung-Je;Song, Jaekyeong;Weon, Hang-Yeon;Sang, Mee Kyung
Research in Plant Disease
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v.25
no.3
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pp.136-142
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2019
Drought stress is considered as one of major abiotic stresses; it leads to reduce plant growth and crop productivity. In this study, we selected bacterial strains for alleviating drought stress in chili pepper plants. As drought-tolerant bacteria, 28 among 447 strains were pre-selected by in vitro assays including growth in drought condition with polyethylene glycol and plant growth-promoting traits including production of 1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase, indole-3-acetic acid and exopolysaccharide. Sequentially, 7 among pre-selected 28 strains were screened based on relative water content (RWC); GLC02 and KJ40, among seven strains were finally selected by RWC and malondialdehyde (MDA) in planta trials under an artificial drought condition by polyethylene glycol solution. Two strains GLC02 and KJ40 reduced drought stress in a natural drought condition as well as an artificial condition. Strains GLC02 or KJ40 increased shoot fresh weight, chlorophyll and stomatal conductance while they decreased MDA in chili pepper plants under a natural drought condition. However, two strains did not show biocontrol activity against diseases caused by Phytophthora capsici and Xanthomonas campestris pv. vesicatoria in chili pepper plants. Taken together, strains GLC02 or KJ40 can be used as bio-fertilizer for alleviation of drought stress in chili pepper plants.
We used cDNA microarrays to monitor the transcriptome of ozone stress-regulated genes (ORGs) in two pepper cultivars [Capsicum annuum cv. Dabotop (ozone-sensitive) and Capsicum annuum cv. Buchon (ozone-tolerant)]. Ozone stress up- or down-regulated 180 genes more than three-fold. Transcripts of 84 of these ORGs increased, transcripts of 88 others diminished, and those of eight either accumulated or diminished at different time points in the two cultivars or changed in only one of the cultivars. 67% (120) of the ORGs were regulated differently in ozone-sensitive and ozone-tolerant peppers, most being specifically up-regulated in the ozone-sensitive cultivar. Many were also represented in the plant defense transcriptome against non-host pathogen infection, and some in the transcriptomes for cold, drought, and salinity stresses.
Deep rooting, which enables plants to extract water from greater soil depths, is a critical strategy for improving plant survival under water-deficient conditions. However, as it is difficult to observe intact root systems belowground, several techniques have been developed to screen deep- and shallow-rooting phenotypes in rice. Here, we introduce a simple and convenient method for deep- and shallow-rooting phenotyping using a unique combination of sand, soil, and plastic mesh netting. Vandana, a drought-tolerant rice variety, and Dongjin, a Korean japonica rice variety, were used to analyze root phenotypes. No significant differences in root length were observed in rice grown under irrigated conditions regardless of net position, whereas roots were significantly longer, and ratio of deep root (RDR) values were significantly higher in Vandana rice grown under semi-drought conditions. In summary, this simple and useful method represents a low-cost means of phenotyping the roots of rice and other crops grown in various-sized pots and at multiple plant growth stages.
Proceedings of the Korean Society of Plant Biotechnology Conference
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2002.04a
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pp.41-47
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2002
Adverse environmental conditions such as drought, high salt and cold/freezing are major factors that reduces crop productivity worldwide. According to a survey, $50-80\%$ of the maximum potential yield is lost by these 'environmental or abiotic stresses', which is approximately ten times higher than the loss by biotic stresses. Thus, Improving stress-tolerance of crop plants is an important way to improve agricultural productivity. In order to develop such stress-tolerant crop plants, we set out to identify key stress signaling components that can be used to develop commercially viable crop varieties with enhanced stress tolerance. Our primary focus so far has been on the identification of transcription factors that regulate stress responsive gene expression, especially those involved in ABA-mediated stress response. Be sessile, plants have the unique capability to adapt themselves to the abiotic stresses. This adaptive capability is largely dependent on the plant hormone abscisic acid (ABA), whose level increases under various stress conditions, triggering adaptive response. Central to the response is ABA-regulated gene expression, which ultimately leads to physiological changes at the whole plant level. Thus, once identified, it would be possible to enhance stress tolerance of crop plants by manipulating the expression of the factors that mediate ABA-dependent stress response. Here, we present our work on the isolation and functional characterization of the transcription factors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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