Strawberry, an important fruit crop, is susceptible to a large number of pathogens that reduce fruit quality and productivity. In this study, the effect of a biostimulant prepared from Ascophyllum nodosum extract (ANE) (0.1%, 0.2%, and 0.3%) was evaluated on powdery mildew progression under greenhouse and field conditions. In the greenhouse, application of 0.2% ANE showed maximum reduction in powdery mildew progression as compared to the control. Forty-eight hour post-inoculation, foliar spray of 0.2% ANE reduced spore germination by 75%. Strawberry leaves sprayed with ANE showed higher total phenolic and flavonoid content in response to powdery mildew infection. Furthermore, application of ANE elicited defense response in strawberry plants by induction of defense-related enzymes, such as phenylalanine ammonia lyase, polyphenol oxidase, and peroxidase activity. In field conditions, foliar spray of 0.2% ANE showed a reduction of 37.2% of natural incidence of powdery mildew infection as compared to the control. ANE sprayed plant also reduces the severity of powdery mildew infection under natural conditions. These results indicate that application of ANE induces the strawberry plant's active defense against powdery mildew infection by induction of secondary metabolism and regulating the activities of defense-related enzymes.
It is well known that NtMEK2, a tobacco MAPK kinase, is the upstream kinase of both salicylic acid-induced protein kinase and wound-induced protein kinase. In addition, expression of $NtMEK2^{DD}$, a constitutively active mutant of NtMEK2, is known to induce multiple defense responses in tobacco. In this study, transgenic rice plants that contained an active or inactive mutant of NtMEK2 under the control of a steroid inducible promoter were generated and used to determine if a similar MAPK cascade is involved in disease resistance in rice. The expression of $NtMEK2^{DD}$ in transgenic rice plants resulted in HR-like cell death. The observed cell death was preceded by the activation of endogenous rice 48-kDa MBP kinase, which is also activated by Xanthomonas oryzae pv. oryzae, the bacterial blight pathogen of rice. In addition, prolonged activation of the MAPK induced the generation of hydrogen peroxide and up-regulated the expression of defense-related genes including the pathogenesis-related genes, peroxidases and glutathione S-transferases. These results demonstrate that NtMEK2 is functionally replaceable with rice MAPK kinase in inducing the activation of the downstream MAPK, which in turn induces multiple defense responses in rice.
An important recent advance in the field of plant-microbe interactions has been the cloning of genes that confer resistance to specific viruses, bacteria, fungi or insects. Disease resistance (R) genes encode proteins with predicted structural motifs consistent with them having roles in signal recognition and transduction. Plant disease resistance is the result of an innate host defense mechanism, which relies on the ability of plant to recognize pathogen invasion and efficiently mount defense responses. In tomato, resistance to the pathogen Pseudomonas syringae pv. tomato is mediated by the specific recognition between the tomato serine/threonine kinase Pto and bacterial protein AvrPto or AvrPtoB. This recognition event initiates signaling events that lead to defense responses including an oxidative burst, the hypersensitive response (HR), and expression of pathogenesis- related genes.
Many important horticultural and field crops are susceptible to virus infections or may possess a degree of resistance to some viruses, but become infected by others. Plant viruses enter cells through the presence of wounds, and replicate intracellularly small genomes that encode genes required for replication, cell-to-cell movement and encapsidation. There are numerous evidences from specific virus-host interactions to require the involvement of host factors and steps during viral replication cycle. However, viruses should deal with host defense responses either by general or specific mechanisms, targeting viral components or genome itself. On the other hand, the host plants have also adapted to defend themselves against viral attack by operating different lines of resistance responses. The defense-related interactions provide new insights into the complex molecular strategies for hosts for defense and counter-defense employed by viruses.
Proceedings of the Korean Society of Plant Pathology Conference
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2003.10a
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pp.64.1-64
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2003
Inoculation of primary pepper leaves with an avirulent strain of Xanthomonas campestris pv. vesicatoria induced systemic acquired resistance (SAR) in secondary leaves. This SAR response was accompanied by the systemic expression of defense-related genes, a systemic microoxidative burst generating H2O2, and the systemic induction of ion-leakage and callose deposition in the non-inoculated, secondary leaves. Some defense-related genes encoding PR-1, chitinase, peroxidase, PR10, thionin, defensin and zinc-finger protein were distiilctly induced in the systemic leaves. The systemically striking accumulation of H$_2$O$_2$and strong increase in peroxidase activity in pepper was suggested to contribute to the triggering of cell death In the systemic micro-HRs, leading to the induction of SAR. Treatment of non-inoculated, secondary leaves with diphenylene iodinium (DPI), an inhibitor of the oxidative burst, substantially reduced the induction of some defense-related genes and subsequently SAR.
Shuhan Zhang;Junyou Han;Ning Liu;Jingyuan Sun;Huchen Chen;Jinglin Xia;Huiyan Ju;Shouan Liu
Journal of Ginseng Research
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v.47
no.6
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pp.773-783
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2023
Background: Gray mold, caused by Botrytis cinerea, is one of the major fungal diseases in agriculture. Biological methods are preferred over chemical fungicides to control gray mold since they are less toxic to the environment and could induce the resistance to pathogens in plants. In this work, we try to understand if ginseng defense to B. cinerea could be induced by fungal hypovirulent strain △BcSpd1. BcSpd1 encodes Zn(II)2Cys6 transcription factor which regulates fungal pathogenicity and we recently reported △BcSpd1 mutants reduced fungal virulence. Methods: We performed transcriptomic analysis of the host to investigate the induced defense response of ginseng treated by B. cinerea △BcSpd1. The metabolites in ginseng flavonoids pathway were determined by UPLC-ESI-MS/MS and the antifungal activates were then performed. Results: We found that △BcSpd1 enhanced the ginseng defense response when applied to healthy ginseng leaves and further changed the metabolism of flavonoids. Compared with untreated plants, the application of △BcSpd1 on ginseng leaves significantly increased the accumulation of p-coumaric acid and myricetin, which could inhibit the fungal growth. Conclusion: B. cinerea △BcSpd1 could effectively induce the medicinal plant defense and is referred to as the biological control agent in ginseng disease management.
Proceedings of the Korean Society of Plant Pathology Conference
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2003.10a
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pp.13-13
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2003
When plants are infected by plant pathogens, rapid cell responses are initiated for further inhibition from fast invasion of pathogens. Hypersensitive response (HR) of plant is well known defense response stopping pathogenesis process through rapid cell death. However, informations on the signaling pathway from reception of pathogen by host plants to appropriate resistant responses are very limited to date. Efficient perception of infection by pathogens and well-programmed signalling mechanism for appropriate responses are important for survival of plants. Plant have developed a sophisticated network(s) of defense/stress responses, among which one of the earliest signalling pathways after perception (of stimuli) is the evolutionary conserved Rop GTPase and mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascade.(중략)
Plant matrix metalloproteases (MMPs) are a family of apoplastic metalloproteases closely related to human matrilysins. Up-regulation of Nicotiana benthamiana matrix metalloprotease 1 (NMMP1) expression by treatment with pathogens, ethephon and aging indicates that the gene is related to plant defense and the aging process through ethylene signaling. NMMP1 expression was higher than in normal growth leaves following infection with an incompatible pathogen Pseudomonas syringae pv. tomato T1 or a compatible pathogen P. syringae pv. tabaci and in aged leaves. Transient overexpression of NMMP1 in N. benthamiana leaves lowered the growth of P. syringae pv. tabaci. However, NMMP1-silenced leaves showed increased growth of P. syringae pv. tabaci. These data strongly suggest that NMMP1 in N. benthamiana is a defense related gene, which is positively regulated by ethylene.
Identification of host genes involved in disease progresses and/or defense responses is one of the most critical steps leading to the elucidation of disease resistance mechanisms in plants. Soybean mosaic virus (SMV) is one of the most prevalent pathogen of soybean (Glycine max). Although the soybeans are placed one of many important crops, relatively little is known about defense mechanism. In order to obtain host genes involved in SMV disease progress and host defense especially for virus resistance, two different cloning strategies (DD RT-PCR and Subtractive hybridization) were employed to identify pathogenesis- and defenserelated genes (PRs and DRs) from susceptible (Geumjeong 1) and resistant (Geumjeong 2) cultivars against SMV strain G7H. Using these approaches, we obtained 570 genes that expressed differentially during SMV infection processes. Based upon sequence analyses, differentially expressed host genes were classified into five groups, i.e. metabolism, genetic information processing, environmental information processing, cellular processes and unclassified group. A total of 11 differentially expressed genes including protein kinase, transcription factor, other potential signaling components and resistant-like gene involved in host defense response were selected to further characterize and determine expression profiles of each selected gene. Functional characterization of these genes will likely facilitate the elucidation of defense signal transduction and biological function in SMV-infected soybean plants.
Effects of chitosan on growth of tomato plant, and suppression of Fusaruim wilt caused by Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici and late blight casued by Phytophthora infestans, were examined. Both late blight and fusarium wilt were suppressed by spray and irrigation of chitosan, respectively. Inhibition of mycelial growth was not greatly affected by molecular size of chitosan but, concentration dependent effects was observed. Ninty percent of P. infestans and 80% of F. oxysporum f. sp. lycopersici of mycelial growth was inhibited by 1,000 ppm of chitosan (MW 30,000~50,000) when amended in plate media. Induction of defense-related gene expression in plant by chitosan treatments were observed when chitosan treated tobacco and tomato RNA samples were hybridized with several defense-related genes as probes. The results revealed that $\beta$-1,3-glucanase and chitinase genes were strongly induced, while pathogenesis-related protein-1, 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase, anionic peroxidase, phenylalanine ammonia lyase genes were weakly induced by chitosan treatment. These results suggest that chitosan have dual effects on these host-pathogen interactions. Possible roles of chitosan in suppression of tomato diseases by inhibition of mycelial growth and activation of plant defense responses are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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