Light signals constitute major factors in regulating gene expression and morphogenesis in plants and fungi. Phytochrome A and B were well characterized red and far-red light receptors in plants. Red light signals increased the phosphorylation of 18 kDa protein, which was identified to be nucleoside diphosphate (NDP) kinase. The NDP kinase catalyzed autophosphorylation and had a protein kinase activity similar to MAP (mitogen activated protein) kinase. As candidates for blue light photoreceptors, cDNAs for CRY1 and CRY2 were isolated. The N-teminal regions of these proteins showed a high hornology to DNA photolyase. The 120 kDa protein first detected in Pisurn sativurn, which showed blue light induced phosphorylation was also detected in Arabidopsis thaliana. The 120 kDa protein was encoded by the nphl gene, which regulated positive phototropism of the plant. In Neurospora crassa, blue light irradiation of the membrane fraction prepared from roycelia stimulated the phosphorylation of the 15 kDa protein, which was also identifmd to be an NDP kinase. Recent progress in understanding early events in light signal transduction mainly in Pisum sativum Alaska, Arabidopsis thaliana and Neurospora crassa was summarized.
Seeds of burcucumber were treated with accelerated aging, cold-stratification, and light quality illuminated during desiccation to enhance their germination and seedling emergence. The germination was increased by aging and cold-stratification although the latter treatment showed greater effectiveness than the former one. In the combined treatment of aging 6 days at $45^{\circ}C$ and cold-stratification, the germination was promoted under longer period of cold-stratification to reach nearly 100% in 3 week cold-stratification on the ninth day from sowing. In the sequentially combined treatment of aging, cold-stratification, and light quality during 24 hour desiccation at $35^{\circ}C$, no-stratified seeds showed the highest rate in red light treatment but the lowest in far-red light. This implies that the phytochrome action run during the desiccation of imbibed seeds. The red light exposure during drying for the cold-stratified seeds after aging accelerated the germination even more than the dark treatment and germinated 100% on the next day of sowing. It is concluded that the sequential treatment of aging, cold-stratification, and red light illumination during desiccation can highly promote percentage and speed of burcucumber seed germination.
Kim, Tae-Lim;Cho, Man-Ho;Sangsawang, Kanidta;Bhoo, Seong Hee
Molecules and Cells
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v.39
no.6
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pp.460-467
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2016
Bacteriophytochromes are phytochrome-like light-sensing photoreceptors that use biliverdin as a chromophore. To study the biochemical properties of the Deinococcus radiodurans bacteriophytochrome (DrBphP) protein, two anti-DrBphP mouse monoclonal antibodies (2B8 and 3H7) were generated. Their specific epitopes were identified in our previous report. We present here fine epitope mapping of these two antibodies by using truncation and substitution of original epitope sequences in order to identify minimized epitope peptides. The previously reported original epitope sequences for 2B8 and 3H7 were truncated from both sides. Our analysis showed that the minimal peptide sequence lengths for 2B8 and 3H7 antibodies were nine amino acids (RDPLPFFPP) and six amino acids (PGEIEE), respectively. We further characterized these peptides in order to investigate their reactivity after single deletion and single substitution of the original peptides. We found that single-substituted 2B8 epitope (RDPLPAFPP) and dual-substituted 3H7 epitope (PGEIAD) showed significantly increased reactivity. These two antibodies with high reactivity for the short modified peptide sequences are valueble for developing new peptide tags for protein research.
Cyanobacteriochromes (CBCRs) are phytochrome-related photoreceptor proteins in cyanobacteria and cover a wide spectral range from ultraviolet to far-red. A single GAF domain that they contain can bind bilin(s) autocatalytically via heterologous recombination and then fluoresce, with potential applications as biomarkers and biosensors. Here, we report that a novel red/green CBCR GAF domain, SPI1085g2 from Spirulina subsalsa, covalently binds both phycocyanobilin (PCB) and phycoerythrobilin (PEB). The PCB-binding GAF domain exhibited canonical red/green photoconversion with weak fluorescence emission. However, the PEB-binding GAF domain, SPI1085g2-PEB, exhibited an intense orange fluorescence (λabs.max = 520 nm, λfluor.max = 555 nm), with a fluorescence quantum yield close to 1.0. The fluorescence of SPI1085g2-PEB was selectively and instantaneously quenched by copper ions in a concentration-dependent manner and exhibited reversibility upon treatment with the metal chelator EDTA. This study identified a novel PEB-binding cyanobacteriochrome-based fluorescent protein with the highest quantum yield reported to date and suggests its potential as a biosensor for the rapid detection of copper ions.
This study was conducted to correlate changes in plant growth and flowering behavior with inhibition of gibberellin synthesis following application of GA biosynthesis inhibitor. Two sorghum genotypes, wild-type and phyB-1(phytochrome B mutant) which grow fast and flowers early relative to the wild-type, were used. Both growth and floral initiation of these two genotypes were greatly affected by ancymidol concentration increased. However, these growth inhibition and delayed flowering are almost completely overcome by simultaneous applications of 31.6ppm $GA_3$. The ability of $GA_3$ to reverse the effect of the inhibition on both growth and floral initiation in sorghum suggests a role for native GAs in sorghum flowering. This result was contrast to the fact that in some long day plants GA biosynthesis inhibitors will inhibit shoot elongation but not floral initiation. In sorghum, inhibition of vegetative growth by GA biosynthesis inhibitor is accompanied by a delay in flowering. Ten ppm of ancymidol treatments drastically reduced all early-13-hydroxylation pathway GAs($GA_{12}$, $GA_{53}$, $GA_{19}$, $GA_{20}$, $GA_3$, and $GA_8$) levels.
Han, Bong-Deok;Lee, Sang-Lyul;Park, Moon-Hwan;Chae, Quae
BMB Reports
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v.28
no.6
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pp.499-503
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1995
In our previous studies (Chae et al., 1990; Chae et a1., 1993), we found that a phytochrome signal was clearly connected with the change in cytosolic free $Ca^{2+}$ concentration ($[Ca^{2+}]_i$) in oat cells. It was determined that the $[Ca^{2+}]_i$ change occured both by mobilization out of the intracellular $Ca^{2+}$ store and by influx from the medium. The specific aim of this work is to elucidate the processes connecting $Ca^{2+}$ mobilization and influx. The cells treated with thapsigargin (increasing $[Ca^{2+}]_i$ by inhibition of the $Ca^{2+}$-ATPase in the calcium pool) in the presence of external $Ca^{2+}$ showed the same increasing pattern (sustained increasing shape) of $[Ca^{2+}]_i$ as that measured in animal cells. Red light irradiation after thapsigargin treatment did not increase $[Ca^{2+}]_i$ These results suggest that thapsigargin also acts specifically in the processes of mobilization and influx of $Ca^{2+}$ in oat cells. When the cells were treated with TEA ($K^+$ channel blocker), changes in $[Ca^{2+}]_i$ were drastically reduced in comparison with that measured in the absence of TEA. The results suggest that the change in $[Ca^{2+}]_i$ due to red light irradiation is somehow related with $K^+$ channel opening to change membrane potential. The membrane potential change due to $K^+$ influx might be the critical factor in opening a voltage-dependent calcium channel for $Ca^{2+}$ influx.
The possibility of circadian production of plant hormone gibberellin (GA0 was examined in phytochrome B mutant (plyB-1) and wild-type sorghum. GA$_{12}$, GA$_{20}$ and GA$_{1}$ levels were found to cycle circadianly in both phyB-1 and wild-type. The periods (33 h) of GA$_{20}$ and GA$_{1}$ cycling in constant light were longer than normal photoperiods in both genotypes and typical average free running periods in plants of 22 to 28 h. The biological clock was thus shown to function properly in phyB-1. However, circadian regulation of GAs productions were not clear as compared to circadian ethylene regulation reported by Lee (1996). Although, in sorghum, EOD FR treatment hasten floral inititation, the differences in GA concentrations between treatments and untreated control were generally less dramatic than expected. Thus, it can be concluded that FR does not act primarily by changing absolute levels of GAs but rather by increasing flowering responsiveness to GAs.
The objective of this study was to map gene/QTL for photoblastism in a weedy rice (photoblastic rice: PBR) using DNA markers. Light-induced effect on germination of seeds was compared among three accessions (Oryza sativa L.), PBR, Milyang 23 and Ilpum. Results showed that PBR seeds started to show photoblastism during seed development, different from Ilpum and Milyang 23. Frequency distribution of germination in the F4 lines from crosses between Ilpum and PBR and, Milyang 23 and PBR revealed bimodal distributions suggesting that photoblastism was controlled by a few genes. Bulked segregant analysis using $F_4$ populations derived from the above two crosses was conducted to identify gene/QTL for photoblastism. Two QTL were identified on chromosomes 1 and 12 explaining 11.2 and 12.8% of the phenotypic variance, respectively. Two QTL were further mapped between two SSR markers, RM8260 and RM246 on chromosome 1, and between RM270 and 1103 on chromosome 12. It is noteworthy that two QTL for photoblastism were colocalized with the QTL for seed dormancy reported in the previous QTL studies. The clustering of two genes for photoblastism and dormancy possibly indicates that these regions constitute rice phytochrome gene clusters related to germination. Because PBR has a low degree of dormancy, a pleiotropic effect of a single gene controlling dormancy and photoblastism can be ruled out. The linked markers will provide the foundation for positional cloning of the gene.
Presowing seed treatments used to enhance the rates of germination and afterward seedling emergence have not occasionally shown the same rate in indoor and field. The treatments considering germination mechanism and factors affecting germination must be totally included in indoor experiments so that the results drawn can be reproduced in the field. Seed germination is controlled by Phytochrome-mediated action changed with composition rates of red and far-red lights. Sunlight can penetrate soil into $6{\sim}9\;mm$ depth, which in turn means that seeds having $2{\sim}3\;mm$ in their width may receive the light if soil was covered 3 times over them. The penetrating light, moreover, turns to more far-red light than red light reverse to the sunlight. For germination tests after the artificial presowing seed treatments, therefore, seeds of smaller than 2 mm (< 2 mm), $2{\sim}3\;mm$, and larger than 3 mm (> 3 mm) must be done with incandescent lamp (IL) having more far-red light, with IL or in darkness, and in darkness, respectively. The 96 papers published in 13 Korean scientific journals up to the end of 2003 were analysed on the basis of the above explanation. 91 species were used 147 times as experimental materials; 101 times for < 2 mm seeds, 24 times for $2{\sim}3\;mm$ seeds and 22 times for > 3 mm seeds. If they were analysed as the light sources used for germination tests, correct applications reached more and less than 60% in both $2{\sim}3\;mm$ and > 3 mm seeds but 23% in < 2 mm seeds, conclusionally meaning that when the experimental results in the scientific papers were applied into farming practices, care was taken of their application because most of medicinal plant seeds were very small.
BACKGROUND: The incandescent bulb and compact fluorescent lamp are widely using as a light sources for daylength extension of chrysanthemum. But, these light sources consume a lot of electricity and have short longevity. A light-emitting diode (LED) is a semi conductor light source. LEDs have many advantages over incandescent light sources including lower energy consumption, longer lifetime. In this study, we investigated the intensity of red light to control flowering of chrysanthemum (Dendranthema grandiflorum cv. "Shinma") by using LEDs. METHODS AND RESULTS: The red (660 nm) and far-red (730 nm) light were irradiated subsequently to investigate photo-reversible flowering responses of chrysanthemum. The flowering of chrysanthemum was inhibited by night interruption with red light but subsequently irradiated far-red light induced the flowering of chrysanthemum. This photoreversibility, reversion of the inductive effect of a brief red light pulse by a subsequent far-red light pulse, is a property of photo responses regulated by the plant photoreceptor phytochrome B. Four different intensity of red light of 0.7, 1.4, 2.1, and $2.8{\mu}mol/m^2/s$ (PAR) were irradiated at growth room in order to determine the threshold for floral inhibition of chrysanthemum. Over $1.4{\mu}mol/m^2/s$ of the red lights irradiated chrysanthemums were not flowered. The plant length, fresh weight, number of leaves, and leaf area of chrysanthemum irradiated with red light were increased by 17%, 36%, 11%, and 48%, respectively, compared to those of compact fluorescent lamp. CONCLUSION(S): The red light and subsequential far-red light showed that the photoreversibility on flowering of chrysanthemum. The red light ($1.4{\mu}mol/m^2/s$ of red LEDs) and white light (50 Lux of compact fluorescent lamp) have the same effect on inhibition of flowering in chrysanthemum. Additionally, the red light increased the plant height and dry weight of chrysanthemum.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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