Ji Woo Choi;Jun Hyeong Kim;Jae Hyeok Lee;Dae Keun Kim
Korean Journal of Pharmacognosy
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v.54
no.2
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pp.66-71
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2023
Ethyl acetate (EA) soluble fraction of the Berberis amurensis (Berberidaceae) methanol extract showed the potent DPPH radical scavenging activity through Caenorhabditis elegans model system. The EA fraction was measured for the activity of superoxide dismutase (SOD), catalase, and oxidative stress tolerance by using C. elegans along with reactive oxygen species (ROS) level. In addition, SOD-3 expression was conducted using a transgenic strain (CF1553) to confirm that the regulation of the stress response gene is responsible for the increased stress tolerance of C. elegans treated by the EA fraction. As a result, the EA soluble fraction of B. amurensis increased SOD and catalase activity, and decreased ROS accumulation in a dose-dependent manner. Furthermore, the EA fraction-treated CF1553 worm showed higher SOD-3::GFP intensity than the control worm.
Plants have evolved to adapt to abiotic stresses, such as salt, cold, and drought stress. In this study, we conducted an in-depth analysis of drought resistance mechanisms by constructing a gene co-expression network in Chinese cabbage (Brassica rapa ssp. pekinensis L.). This drought stress co-expression network has 1,560 nodes, 4,731 edges, and 79 connected components. Based on genes that showed significant co-expression in the network, drought tolerance was associated with the induction of reactive oxygen species removal by raffinose family oligosaccharides and inositol metabolism. This network could be a useful tool for predicting the functions of genes involved in drought stress resistance in Chinese cabbage.
Tall fescue (Festuca arundinacea Schreb.) is an important cool season forage plant that is not well suited to extreme heat, salts, or heavy metals. To develop transgenic tall fescue plants with enhanced tolerance to abiotic stress, we introduced an alfalfa Hsp23 gene expression vector construct through Agrobacterium-mediated transformation. Integration and expression of the transgene were confirmed by polymerase chain reaction, northern blot, and western blot analyses. Under normal growth conditions, there was no significant difference in the growth of the transgenic plants and the non-transgenic controls. However, when exposed to various stresses such as salt or arsenic, transgenic plants showed a significantly lower accumulation of hydrogen peroxide and thiobarbituric acid reactive substances than control plants. The reduced accumulation of thiobarbituric acid reactive substances indicates that the transgenic plants possessed a more efficient reactive oxygen species-scavenging system. We speculate that the high levels of MsHsp23 proteins in the transgenic plants protect leaves from oxidative damage through chaperon and antioxidant activities. These results suggest that MsHsp23 confers abiotic stress tolerance in transgenic tall fescue and may be useful in developing stress tolerance in other crops.
Root colonization by Pseudomonas chlororaphis O6 induces systemic drought tolerance in Arabidopsis thaliana. Microarray analysis was performed using the 22,800-gene Affymetrix GeneChips to identify differentially-expressed genes from plants colonized with or without P. chlororaphis O6 under drought stressed conditions or normal growth conditions. Root colonization in plants grown under regular irrigation condition increased transcript accumulation from genes associated with defense, response to reactive oxygen species, and auxin- and jasmonic acid-responsive genes, but decreased transcription factors associated with ethylene and abscisic acid signaling. The cluster of genes involved in plant disease resistance were up-regulated, but the set of drought signaling response genes were down-regulated in the P. chlororaphis O6-colonized under drought stress plants compared to those of the drought stressed plants without bacterial treatment. Transcripts of the jasmonic acid-marker genes, VSP1 and pdf-1.2, the salicylic acid regulated gene, PR-1, and the ethylene-response gene, HEL, also were up-regulated in plants colonized by P. chlororaphis O6, but differed in their responsiveness to drought stress. These data show how gene expression in plants lacking adequate water can be remarkably influenced by microbial colonization leading to plant protection, and the activation of the plant defense signal pathway induced by root colonization of P. chlororaphis O6 might be a key element for induced systemic tolerance by microbes.
Heat stress during the ripening stage reduces the yield and quality of rice. Considering the adverse effects of global warming, it is necessary to breed heat stress tolerant rice cultivars and analyze their stress tolerance characteristics. We investigated the ripening characteristics and antioxidant enzyme activity of Ilmi under heat stress condition during the ripening stage. Ripening rate, 1000 brown grain weight, and rice quality of Ilmi were not significantly changed by heat stress during the ripening stage. Leaf chlorophyll, chlorophyll a/b ratio, and malondialdehyde (MDA) contents of Ilmi leaves were also less changed than those of Ilpum. These results strongly suggested that Ilmi has heat tolerance characteristics during the ripening stage. Analysis of antioxidant enzyme activity of Ilmi revealed that peroxidase (POX) activity was significantly higher than that of Ilpum, and showed a significant correlation with the change in chlorophyll a/b ratio and hydrogen peroxide content of flag leaves of Ilmi. These data suggest that the high POX enzyme activity of Ilmi could be considered one of its major heat tolerance characteristics.
The sudden drop of water temperature in winter is very threatening factor that affects the productivity of farmed fish and the management in aquafarm. In this study, we investigated the effect of low temperature on the survival, oxygen consumption and stress responses of parrotfish Oplegnathus fasciatus due to acute drop of water temperature. The survival rate of parrotfish Oplegnathus fasciatus was 5% at 6℃, 95% at 8℃ and 100% at 10℃ on the 4th day of exposure in each experimental temperature. Low-lethal temperature for 4days of parrotfish Oplegnathus fasciatus (4 day-LT50) was 6.99℃ (confidence limit, 6.55-7.42℃). Oxygen consumption rate was significantly decreased with decreasing water temperature. Temperature coefficient (Q10) was found to be 4.0 between 10℃ and 8℃ and 0.39 between 8℃ and 6℃. As a result of investigating the stress response according to the drop in water temperature, the concentration of SOD (Superoxide dismutase), cortisol, glucose, total Ig, AST (Aspartate) and ALT (Alanine aminotransferase) increased with decreasing of water temperature. This study would be useful for the management of temperature about cultured fish.
This study is to identify the physiological traits of submergence-tolerant varieties of rice plants (Oryza sativa L.) in Yeongnam area, southeastern part of Korea, where the reduction of rice yield due to submergence is remarkably severe. In the present study, two tolerant varieties of rice plants were selected from over 30 rice varieties grown in under a 10-day period. The tolerant varieties selected from a submerged paddy field. As a control, one intolerant variety of rice plant was chosen. Of the tolerant variety Samgangbyeo, rather than Haepyungbyeo, had a lower dissolved oxygen consumption and maintained a higher dry weight than the intolerant variety. The leaf photosynthetic rates (LPS) of the two tolerant varieties were significantly higher than that of the intolerant-variety after four days of submergence treatment. These results indicate that lower dissolved oxygen consumption in a limited pool is prevented by ethylene formation in the tolerant varieties, which may be a mechanism of submergence tolerance.
LEE Haeng-Soon;KIM Kee-Yeun;KWON Suk-Yoon;KWAK Sang-Soo
Proceedings of the Korean Society of Plant Biotechnology Conference
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2002.04a
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pp.49-58
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2002
Oxidative stress derived from reactive oxygen species (ROS) is one of the major damaging factors in plants exposed to environmental stress. In order to develop the platform technology to solve the global food and environmental problems in the 21s1 century, we focus on the understanding of the antioxidative mechanism in plant cells, the development of oxidative stress-inducible antioxidant genes, and the development of transgenic plants with enhanced tolerance to stress. In this report, we describe our recent results on industrial transgenic plants by the gene manipulation of antioxidant enzymes. Transgenic tobacco plants expressing both superoxide dismutase (SOD) and ascorbate peroxidase (APX) in chloroplasts were developed and were evaluated their protection effects against stresses, suggesting that simultaneous overexpression of both SOD and APX in chloroplasts has synergistic effects to overcome the oxidative stress under unfavorable environments. Transgenic tobacco plants expressing a human dehydroascorbate reductase gene in chloroplasts were showed the protection against the oxidative stress in plants. Transgenic cucumber plants expressing high level of SOD in fruits were successfully generated to use the functional cosmetic purpose as a plant bioreactor. In addition, we developed a strong oxidative stress-inducible peroxidase promoter, SWPA2 from sweetpotato (Ipomoea batatas). We anticipate that SWPA2 promoter will be biotechnologically useful for the development of transgenic plants with enhanced tolerance to environmental stress and particularly transgenic cell lines engineered to produce key pharmaceutical proteins.
Proceedings of the Korean Society of Life Science Conference
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2005.04a
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pp.23-36
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2005
Bax, a mammalian pro-apoptotic member of the Bcl-2 family, induces cell death when expressed In yeast. To investigate whether .Bax expression can induce cell death in plant, we produced transgenic Arabidopsis plants that contained murine Bax cDNA under control of a glucocorticoid-inducible promoter. Transgenic plants treated with dexamethasone, a strong synthetic glucocorticoid, induced Bax accumulation and cell death, suggesting that some elements of cell death mechanism by Bax may be conserved among various orgarusms. Therefore, we developed novel yeast genetic system, and cloned several Plant Bax Inhibitors (PBIs). Here, we report the function of two PBIs In detail. PBIl is ascorbate peroxidase (sAPX). Fluorescence method of dihydrorhodamine123 oxidation revealed that expression of Bax in yeast cells generated reactive oxygen species (ROS), and which was greatly reduced by co-expression with sAPX. These results suggest that sAPX inhibits the generation of ROS by Bax, which in turn suppresses Bax-induced cell death in yeast. PBI2 encodes nucleoside diphosphate kinase (NDPK). ROS stress strongly induces the expression of the NDPK2 gene in Arabidopsis thaliana (AtNDPK2). Transgenic plants overexpressing AtNDPK2 have lower lovels of ROS than wildtype plants. Mutants lacking AtNDPK2 had higher levels of ROS than wildtype. H$_{2O2}$ treatment induced the phosphorylation of two endogenous proteins whose molecular weights suggested they are AtMPK3 and AtMPK6. In the absence of H2O2 treatment, phosphorylation of these proteins was slightly elevated in plants overexpressing AtNDPK2 but markedly decreased In the AtNDPK2 deletion mutant. Yeast two-hybrid and in vitro protein pull-down assays revealed that AtNDPK2 specifically interacts with AtMPK3 and AtMPK6. Furthermore, AtNDPK2 also enhances the MBP phosphorylation activity of AtMPK3 i'n vitro. Finally, constitutive overexpression of AtNDPK2 in Arabidopsis plants conferred an enhanced tolerance to multiple environmental stresses that elicit ROS accumulation In situ. Thus, AtNDPK2 appears to play a novel regulatory role in H2O2-mediated MAPK signaling in plants.
The major objectives of this study were to evaluate trophic state of reservoirs using major water quality variables and its relations in terms of trophic guilds and tolerance guilds with dominant lentic fishes. For this study, we selected 6 artificial reservoirs such as Namyang Reservoir ($N_yR$), Youngsan Reservoir ($Y_sR$), Daechung Reservoir ($D_cR$), Chungju Reservoir ($Cj_R$), Chungpyung Reservoir ($C_pR$), and Paldang Reservoir ($P_dR$), and collected fish during 2000~2007 along with data analysis of water quality monitored by the ministry of environment, Korea. Biological oxygen demand (BOD) and chemical oxygen demand (COD), indicators of organic matter pollution, varied depending on types of the reservoirs and the spatial patterns in terms of trophic gradients were similar to patterns of nutrients, Secchi depth and chlorophyll-a. Analysis of trophic state index (TSI) showed that reservoirs of $D_cR$ and $C_jR$ were mesotrophy and other 4 reservoirs were eutrophic state. The relations of trophic relations showedthat TSI (Chl-a) had a positive linear function [TSI (CHL)=0.407 TSI (TP)+28.2, n=138, p<0.05] with TSI (TP) but had a weak relation with TSI (TN). Also, TSI (TP) were negatively correlated ($R^2=0.703$, p<0.05) with TSI (SD), whereas TSI (TN) was not significant (p>0.05) relations with TSI (SD). Tolerance guilds of lentic fishes, based on three types of the reservoirs, reflected the exactly water quality in the TN, TP, BOD, and COD, and similar trends were shown in the fish feeding/trophic guilds.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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