Light is one of the most important environmental factors that influence plant growth and development. It does not function independently but exerts its role through coordinated interactions with intrinsic developmental programs, such as hormonal regulation. One typical example is hypocotyl growth in which light signals are modulated through growth hormones. However, the underlying molecular mechanisms are largely unknown. We demonstrated that brassinosteroids play an important role in the light signal transduction in etiolated hypocotyl growth. A light-responsive Ras-like G-protein, Pra2 from pea, physically and functionally interacts with a cytochrome P450 that specifically catalyzes C-2 hydroxylation in brassinosteroid biosynthesis. The cytochrome P450 expression, along with Pra2, is induced in the dark and predominantly localized in the rapidly elongating zone of etiolated pea epicotyls. Transgenic plants with a reduced level of Pra2 exhibit a dark-specific dwarfism, which is completely rescued by brassinosteroid application. On the contrary, overexpression of the cytochrome P450 results in enhanced hypocotyl growth even in the light, which phenocopies the etiolated hypocotyl growth. It is therefore envisioned that Pra2 is a molecular switch that mediates the crosstalk between light and brassinosteroids in the etiolation process.
Dhar, Souvik;Kim, Jinkwon;Yoon, Eun Kyung;Jang, Sejeong;Ko, Kangseok;Lim, Jun
Molecules and Cells
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v.45
no.4
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pp.243-256
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2022
Transcriptional regulation, a core component of gene regulatory networks, plays a key role in controlling individual organism's growth and development. To understand how plants modulate cellular processes for growth and development, the identification and characterization of gene regulatory networks are of importance. The SHORT-ROOT (SHR) transcription factor is known for its role in cell divisions in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). However, whether SHR is involved in hypocotyl cell elongation remains unknown. Here, we reveal that SHR controls hypocotyl cell elongation via the transcriptional regulation of XTH18, XTH22, and XTH24, which encode cell wall remodeling enzymes called xyloglucan endotransglucosylase/hydrolases (XTHs). Interestingly, SHR activates transcription of the XTH genes, independently of its partner SCARECROW (SCR), which is different from the known mode of action. In addition, overexpression of the XTH genes can promote cell elongation in the etiolated hypocotyl. Moreover, confinement of SHR protein in the stele still induces cell elongation, despite the aberrant organization in the hypocotyl ground tissue. Therefore, it is likely that SHR-mediated growth is uncoupled from SHR-mediated radial patterning in the etiolated hypocotyl. Our findings also suggest that intertissue communication between stele and endodermis plays a role in coordinating hypocotyl cell elongation of the Arabidopsis seedling. Taken together, our study identifies SHR as a new crucial regulator that is necessary for cell elongation in the etiolated hypocotyl.
Brassinosteroids (BRs) are a special class of plant steroid hormones that are essential for normal growth and development. Part of confusion is whether BRs are unique to plants, because they have overlapping physiological roles with other better-studied hormones and with physiological responses caused by light. In systems designed to assay for cytokinins, the effects of BRs vary. We measured hypocotyl length for testing the ability of brassinolide (BL) to rescue double mutant between det2 and the photoreceptor null mutant phytochrome B (phyB). PHYB involved in controlling hypocotyl elongation in increased concentration of BL whereas phyBdet2 double mutant just partially rescue to phyB in white and red light indicated the involvement of BRs in PHYB regulated cell elongation. BRs regulated hypocotyl growth was delayed by BAP, a cytokinin treatment but inhibitory effects of BAPs on hypocotyl growth was slightly recovered by BL. The result indicated that the mode of action of BR and cytokinin is independent or sequential in the downstream light-regulated response control on hypocotyl elongation and also light modulated the action of BR and cytokinin in some extent.
This study was conducted to find out the effects of crude extracts from welsh onion, onion, chinese chives and garlic on the seedling growth of chrysanthemum, lettuce, rice, radish, chinese cabbage, cucumber and oriental melon. The crude extracts from Allium spp. inhibited the growth of chrysanthemum and lettuceseedlings at low concentration, the effect increased as the concentration grew higher, and especially in lettuce, the radicle growth was inhibited greater than the hypocotyl growth.The root extracts from welsh onion, chinese chives, and stem-leaf extracts from welsh onion, chinese chives and garlic significantly promoted the root growth of rice seedlings at 300∼700ppm and at 500∼1,000ppm, respectively, and the leaf sheath was elongated at low concentration of all extracts. The stem-leaf extracts from garlic and onion promoted the root and hypocotyl growth of chinese cabbage up to 2,000ppm or 3,000ppm. Root extracts from all Allium spp. promoted the elongation of chinese cabbage root up to 300∼700ppm, but they didn't influence its hypocotyl elongation. At low concentration of onion, garlic and chinese chives extracts, the growth of radish seedlings was highly promoted. The promotive effect, however, declined as the concentration increased. Only, extracts of chinese chives promoted the growth of radish seedling up to 5,000ppm. The stem-leaf extracts from onion and garlic promoted hypocotyl growth in pepper, up to 5,000ppm, but had little effect on other treatments. All of the extracts markedly promoted both root(main and lateral root) and hypocotyl growth in cucumber seedlings. A higher degree of promotion was made in the cucumber lateral root by onion and garlic extracts. The seedling growth of oriental melon was slightly increased by low concentration, but high concentration inhibited the root and hypocotyl growth.
Various types of the seeding of bottle gourd widely used as a rootstock of watermelon has been required to satisfy the farmers need. The study was done to determine the effect of light quality of blue, red and far-red lights treated with light emitting diodes on growth and morphology of bottle goured seeding and chlorophyll content of its cotyledons. The lights were treated in the growth chamber for 7 days to the seeding elapsed 8 days after sowing under natural condition, and 64 hole trays with commercial bedsoil. Plant height, length and diameter of hypocotyl, leaf area of cotyledon and first true leaf, its leaf length, number of true leaves, fraction and total dry weight were measured. Red light shortened and slenderized the hypocotyl, which lengthened by far-red light and thickened by blue light. Plant height was declined in order of far-red light treatment, blue and red lights mainly due to difference of hypocotyl length, Area and length of the first true leaf became smaller and shorter under far-red light than under the other lights. However, blue light increased leaf area of cotyledons. Two cultivars cv. Yongjadaemok and cv. Kunghap had different response to the light treatments in total seedling dry weight(dw); far-red and red light treatments showed the greatest and the least dw of hypocotyl, respectively, while blue and red lights did the greatest dw of the other organs. Among the ratio of each organ dw to total dw, those of hypocotyl and true leaves were different between the light treatments; the highest ratio of hypocotyl dw to total dw was observed in far-red light treatment but the lowest was in red light treatment. Those of the true leaves were the lowest in far-red light and similar response in blue or red light treatment. Chlorophyll content of cotyledons was decreased in order of red light treatment, blue and far-red lights, meaning that short period light treatment may influence photosynthesis of seeding and afterward its growth.
Growth responses of lettuce seeds germinated in aqueous solutions of $SO_2$ were investigated for mode of action studies of this gas. The concentration and pH of $SO_2$ solution greatly affected the growth of germinating seeds. Root growth was more sensitive to $SO_2$ than hypocotyl growth. The sensitivity of total seedling growth lay between root and hypocotyl growth. Growth inhibition of germinating seeds appeared more serioius when $SO_2$ was added during the early stage of germination.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.27
no.6
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pp.1041-1046
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1998
This study was carried out to investigate the changes and composition of the non-cellulosic neutral sugars in cell wall of soybean sprouts during growth. The composition of non-cellulosic neutral sugars in cell of soybean sprouts was rhamnose, fucose, xylose, arabinose, mannose, galactose and glucose. The galactose content of cell wall was higher than other non-cellulosic neutral sugars, and was remarkably decreased during growth. The major non-cellulosic sugars of pectic substances were rhamnose, arabinose, and galactose. The arabinose content of pectic substance was increased in cotyledon and hypocotyl during growth. The contents of non-cellulosic neutral sugars were decreased in hypocotyl during growth. The galactose content of pectic substance was higher in cotyledon than those in hypocotyl, and was increased in cotyledon. The content of rhamnose was higher in ionically associated pectic substance than that in covalently bounded pectic substance. The major non-cellulosic neutral sugars of hemicellulose were glucose, rhamnose, arabinose and galactose. The galactose of hemicellulose was decreased remarkably during growth.
This study was attempted to evaluate the combining effect of HBR (homobrassinolide) with the known growth regulators such as GA (gibberellic acid), BA(6-benzyl aminopurine), IAA (indole-3-acetic acid), B-9 (N-dimethylamino succinamic acid) and CCC (2-chloroethyl-trimethylammonium chloride) on the growth of radish hypocotyl. A single application of HBR increased hypocotyl growth as its rates increased from 0.1 to 1.0 ppm, showing a maximum increase at 1.0 ppm. GA and BA had no direct effects on hyopcotyl growth, but IAA showed some effect as its concentration increased. However, the mixed application of HBR with GA, BA and IAA increased the length of radish hypocotyl as the concentration of HBR became higher. The mixture of HBR with GA and BA showed antagonistic reaction on radish hypocotyl growth, but synergistic effect was shown in the higher rate mixture of HBR with IAA in the range of HBR at 0.03 to 0.30 ppm with IAA at 3.0 to 10.0 ppm, but antagonistic or additive response at the mixture of low rates. An increased growth of hypocotyl by HBR was ified by CCC, showing the strong antagonistic reaction, but B-9 was not able to ify HBR's effect on hypocotyl growth.
To investigate the effect of the electrolyzed acidic water for soybean sprouts growth, the responses of characteristics of soybean sprouts were evaluated. Soybean sprouts grown by the electrolyzed acidic water showed shorter length in total body, root, and hypocotyl, etc. but they were evaluated to be increased in hypocotyl diameter and weight per sprout. Total length of soybean sprouts grown for 5 days by electrolyzed acidic water were much shorter than those by tap water. Soybean sprouts grown by tap water showed rapid growth in length even after 5 days but no more growth in length for those grown by electrolyzed acidic water. The growth of hypocotyl showed the same tendency as total length. No difference in root length among the soybean sprouts grown for 4 ~ 11 days by electrolyzed acidic water while those grown by tap water showed continuous rapid growth in length. The diameter of hypocotyl was thicker in those grown by electrolyzed acidic water than those grown by tap water and increased up 5 days. The weight of cotyledon grown by electrolyzed acidic water showed the proportional increase to the growing days but those grown by tap water showed no increase in hypocotyl weight up to 7 days, but a little bit increase after 11 days with the growth of new buds. The fresh weight per sprout was higher in those grown by electrolyzed acidic water until 7 days than tap water but it was the same weight in 11 days cultivation. The electrolyzed acidic water effected on shortening of hypocotyl and root length, thickening of hypocotyl diameter, and enlarging of cotyledon during soybean sprout cultivation.
The relationship between seeding depth and apical hook opening was investigated in the hypocotyl hook of soybean (Glycine max Merr., cv. Hwanggeum). Seeds were sawn in different depths (2.5, 5.0, 7.5, and 10.0 cm). The hook opening was slowly progressed with seeding depth. Hook angle opening velocity was negatively correlated with hypocotyl growth at the significant level of P<0.01. It was also clearly observed that seeding depth was positively correlated with hypocotyl growth, suggesting the induction of hypocotyl growth by deep sawing. Futhermore, the contents of fructose and glucose in hypocotyls were about higher than in cotyledons. Both sugars in hypocotyls were highest at the emergence stage. After emergence, their levels were obviously reduced. Total soluble sugar contents continuously retained in cotyledons which were grown at 2.5 and 5.0 cm seeding depths whereas the contents in cotyledons of deep sawn soybean were extremely lowered. It seemed that sugars were actively used to cell construction during the hypocotyl elongation. The results demonstrated that apical hook opening is closely related with light signal after emergence. It implied that the delay of hook opening in deep sawn seeds was resulted from hypocotyl growth in darkness. We suggest that apical hook opening is progressed in sucrose catabolism by light.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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