White root rot disease, caused by the pathogen Rosellinia necatrix, is one of the world's most devastating plant fungal diseases and affects several commercially important species of fruit trees and crops. Recent global outbreaks of R. necatrix and advances in molecular techniques have both increased interest in this pathogen. However, the lack of information regarding the genomic structure and transcriptome of R. necatrix has been a barrier to the progress of functional genomic research and the control of this harmful pathogen. Here, we identified 10,616 novel full-length transcripts from the filamentous hyphal tissue of R. necatrix (KACC 40445 strain) using PacBio single-molecule sequencing technology. After annotation of the unigene sets, we selected 14 cell cycle-related genes, which are likely either positively or negatively involved in hyphal growth by cell cycle control. The expression of the selected genes was further compared between two strains that displayed different growth rates on nutritional media. Furthermore, we predicted pathogen-related effector genes and cell wall-degrading enzymes from the annotated gene sets. These results provide the most comprehensive transcriptomal resources for R. necatrix, and could facilitate functional genomics and further analyses of this important phytopathogen.
Background: Panax ginseng, one of the valuable perennial medicinal plants, stores numerous pharmacological substrates in its storage roots. Given its perennial growth habit, organ regeneration occurs each year, and cambium stem cell activity is necessary for secondary growth and storage root formation. Cytokinin (CK) is a phytohormone involved in the maintenance of meristematic cells for the development of storage organs; however, its physiological role in storage-root secondary growth remains unknown. Methods: Exogenous CK was repeatedly applied to P. ginseng, and morphological and histological changes were observed. RNA-seq analysis was used to elucidate the transcriptional network of CK that regulates P. ginseng growth and development. The HISTIDINE KINASE 3 (PgHK3) and RESPONSE REGULATOR 2 (PgRR2) genes were cloned in P. ginseng and functionally analyzed in Arabidopsis as a two-component system involved in CK signaling. Results: Phenotypic and histological analyses showed that CK increased cambium activity and dormant axillary bud formation in P. ginseng, thus promoting storage-root secondary growth and bud formation. The evolutionarily conserved two-component signaling pathways in P. ginseng were sufficient to restore CK signaling in the Arabidopsis ahk2/3 double mutant and rescue its growth defects. Finally, RNA-seq analysis of CK-treated P. ginseng roots revealed that plant-type cell wall biogenesis-related genes are tightly connected with mitotic cell division, cytokinesis, and auxin signaling to regulate CK-mediated P. ginseng development. Conclusion: Overall, we identified the CK signaling-related two-component systems and their physiological role in P. ginseng. This scientific information has the potential to significantly improve the field-cultivation and biotechnology-based breeding of ginseng.
The actinomycete strain PK-A41 was isolated from a soil sample from pepper fields in Ko-yang, Korea. The strain PK-A41 inhibited the mycelial growth of some plant pathogenic fungi and oomycete, Alternaria mali, Colletotrichum orbiculare, Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici, Magnaporthe grisea, Rhizoctonia solani, and Phytophthora capsici. The presence of LL-diaminopi-melic acid in the cell wall extract and the nucleotide sequence of the 16S rDNA region of the strain PK-A41 was assigned to Streptomyces scabiei. Further morpho-logical, biochemical, and pathological analyses also confirmed the strain PK-A41 to be S. scabiei, which is pathogenic to potato tubers. The maximum antibiotic production of the strain PK-A41 was achieved when grown on the glycerol peptone broth (GPB) medium for 9 days.
Plant pathogenic Pectobacterium species cause severe soft rot/blackleg diseases in many economically important crops worldwide. Pectobacterium utilizes plant cell wall degrading enzymes (PCWDEs) as the main virulence determinants for its pathogenicity. In this study, we screened a random mutant, M29 is a transposon insertion mutation in the metC gene encoding cystathionine β-lyase that catalyzes cystathionine to homocysteine at the penultimate step in methionine biosynthesis. M29 became a methionine auxotroph and resulted in growth defects in methionine-limited conditions. Impaired growth was restored with exogenous methionine or homocysteine rather than cystathionine. The mutant exhibited reduced soft rot symptoms in Chinese cabbages and potato tubers, maintaining activities of PCWDEs and swimming motility. The mutant was unable to proliferate in both Chinese cabbages and potato tubers. The reduced virulence was partially restored by a complemented strain or 100 µM of methionine, whereas it was fully restored by the extremely high concentration (1 mM). Our transcriptomic analysis showed that genes involved in methionine biosynthesis or transporter were downregulated in the mutant. Our results demonstrate that MetC is important for methionine biosynthesis and transporter and influences its virulence through Pcc21 multiplication in plant hosts.
Garbary, David J.;Lawson, Greg;Clement, Kelly;Galway, Moira E.
ALGAE
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v.24
no.4
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pp.239-248
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2009
Fluorescence and electron microscopy were used to examine epidermal shedding in the fucoid alga, Ascophyllum nodosum. Mature meristoderm cells are ca. 50-100 x 30-40 ${\mu}m$ and highly polarized, with a single nucleus and chloroplasts near the base of the cell. Nuclei in these cells undergo mitosis when they are dividing to form a new cortical cell towards the middle of the frond, or anticlinal divisions as part of frond elongation. However, cytokinesis also occurs regularly in these cells when a new periclinal wall is deposited at about 30% of the cell length from the apical end. The newly formed distal cells are anucleate and without chloroplasts. Following cytokinesis the tangential walls then break at the thinnest point. The whole process is synchronous in adjoining epidermal cells across large areas of the frond surface, and this layer dehisces from the thallus. This is the only known plant or algal system in which cytokinesis regularly occurs in the absence of mitosis. We consider this process a novel form of programmed cell death.
The purpose of this study was to analyse characteristics of explanatory writing of scientifically gifted students who participated in gifted educational programs. Considering aspect of content of their explanations about cell, many of them explained the common characteristics of animal and plant cells, but a few of them did cellular characteristics of one kind of animal and plant. Some gifted students regarded cell membrane function as that of cell wall, and had a misconception that the cell was the smallest unit to consist human body. In terms of the structure of explanation, most of them didn't know the structural characteristics of explanatory writing. Finally, more than 50% of them had written using various ways to explain cell such as classifying, comparing, contrasting and exemplifying. Especially, all biologically gifted students had creatively explained drawing a picture. It was findings that the explanatory writing could be used as the instrument to evaluate knowledges of gifted students and suggested the elements of writing to teach scientific explanatory writing.
Nectar secretion from extrafloral nectary cells of Prunus yedoensis was examined by light and electron microscopy. Nectaries were composed of two or three layers of secretory cells and one layer of subsectretory cells. Vascular bundles in the petioles were connected to those of the subsectretory cell layer. Secretory cells had a number of mitochondria with poorly developed cristae. Plastids had little thylakoids and small vesicles, about 0.2 to 0.3 mm in diameter; however, no plastids had starch grains. Calcium oxalate crystals and plasmodesmata were frequently observed in the subsectretory and secretory cells, respectively. And nectar substances were observed in phloem of petiole, subsectretory, and secretory cells of the secretory gland. These results suggested that the nectar moved by symplastic transport through the plasmodesmata. On the other hand, the nectar droplets were observed in the secretory cell walls. in the cuticular layer just beyond of the former, and on the outer surface of the cuticular layer: such observations indicated that a apoplastic movement was involved in the final step of the nectar secretion. Cellular components related to the nectar transport, such as plasma membrane, cell wall and cuticle were not destroyed but intact: it was interpreted as a eccrine secretion.retion.
Studies were made of digestion of timothy (Pheleum pretense) hay, tall fescue (Festuca elatior) hay, and rice (Oryza sativa) straw in pure cultures of rumen anaerobic fungus, Neocallimastix frontails MCH3. The fungus was inoculated on ground forages (1%, w/v) in an anaerobic medium and incubated at $39^{\circ}C$. Incubation was continued for 24, 48, 72 and 96 h. The losses of dry matter, xylose and glucose of forage during incubation were determined at the end of these incubation periods. Xylose and glucose were considered to be released from xylan and cellulose, respectively. The digested xylan to digested cellulose (X/C) ratios of the substrate were calculated. Xylanase and carboxymethyl cellulose (CMCase) of culture supernatant and residual substrate was measured at the same time. The X/C ratios in the cultures on timothy hay and rice straw were greater than 0.5 in the first 24-h incubation period. The values were smaller than 0.3 in tall fesque. The ratio of xylanase activity to that of CMCase in the first 24-h incubation period correlated well with the traits in X/C ratio. However xylanase activity was still superior to CMCase in the following incubation period (48 to 96 h), although the glucose (designated as cellulose) was more intensively digested than xylose (designated as xylan). The production of these polysaccharidases appeared to correlate with substrate cell-wall sugar composition, xylose to glucose ratios, at the beginning of fast growing period.
Fifty five species of medicinal plant materials were tested for their antifungal activity in vitro against Rhizoctonia solani AG 2-1 and Trichoderma harzianum to select plant species that can be used to improve the biocontrol efficacy of T. harzianum. Six species were effective against R. solani AG 2-1 but were also antagonistic to T. harzianum, except for Cinnamomum loureirii stem bark (CSB). CSB inhibited mycelial growth of R. solani AG 2-1 by 73.7% but showed an inhibitory effect on mycelial growth of T. harzianum by only 2.2%. Scanning electron microscophs showed that the CSB treatment resulted in deformed R. solani AG 2-1 hyphal cells, and transmission electron microscophs revealed degenerated cell structures such as degenerated cytoplasm and disentangled cell wall and the accumulation of electron-dense inclusions (asterisks) in the CSB treatment. The biocontrol efficacy of radish damping-off increased greatly following the combined treatments of T. harzianum and CSB and the combined treatment increased efficacy from 6.4-23.1% to 37.1-87.3% compared with either treatment alone. CSB did not affect T. harzianum population growth, as it was almost the same in rice-bran peat medium (culture) amended with 0.1% and 1.0% CSB powder as in non-amended medium. The formulation of T. harzianum in rice-bran peat medium amended with CSB powder reduced the severity of radish damping-off by 80.6%, suggesting that T. harzianum and CSB can be formulated as a biocontrol product for the control of R. solani AG 2-1.
Kim, Hee Sook;Kim, Ji-Youn;Lee, Song Min;Park, Hye-Jung;Lee, Sang-Hyeon;Jang, Jeong Su;Lee, Mun Hyon
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.47
no.4
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pp.603-613
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2019
This study was carried out to examine the antagonistic effect against phytopathogenic fungi of isolated strains from soil samples collected from Busan, Changwon, and Jeju Island: Botrytis cinerea, Colletotrichum acutatum, Corynespora cassiicola, Fusarium sp., Rhizoctonia solani, Phytophthora capsici, and Sclerotinia sclerotiorum. According to results of our studies, isolated strains showed an antagonistic effect against phytopathogenic fungi. Such an antagonistic effect against phytopathogenic fungi is seen due to the production of siderophores, antibiotic substances, and extracellular amylase, cellulase, protease, and xylanase enzyme activities. Extracellular enzymes produced by isolated strains were significant, given that they inhibited the growth of phytopathogenic fungi by causing bacteriolysis of the cell wall of plant pathogenic fungi. This is essential to break down the cell wall of plant pathogenic fungi and thus help plant growth by converting macromolecules, which cannot be used by the plant for growth, into small molecules. In addition, they are putative candidates as biological agents to promote plant growth and inhibit growth of phytopathogenic fungi through nitrogen fixation, indole-3-acetic acid production, siderophore production, and extracellular enzyme activity. Therefore, this study suggests the possibility of using Bacillus subtilis ANGa5, Bacillus aerius ANGa25, and Bacillus methylotrophicus ANGa27 as new biological agents, and it is considered that further studies are necessary to prove their effect as novel biological agents by standardization of formulation and optimization of selected effective microorganisms, determination of their preservation period, and crop cultivation tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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