Mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling cascades play critical roles in various cellular events in plants, including stress responses, innate immunity, hormone signaling, and cell specificity. MAPK-mediated stress signaling is also known to negatively regulate nitrogen-fixing symbiotic interactions, but the molecular mechanism of the MAPK signaling cascades underlying the symbiotic nodule development remains largely unknown. We show that the MtMKK5-MtMPK3/6 signaling module negatively regulates the early symbiotic nodule formation, probably upstream of ERN1 (ERF Required for Nodulation 1) and NSP1 (Nod factor Signaling Pathway 1) in Medicago truncatula. The overexpression of MtMKK5 stimulated stress and defense signaling pathways but also reduced nodule formation in M. truncatula roots. Conversely, a MAPK specific inhibitor, U0126, enhanced nodule formation and the expression of an early nodulation marker gene, MtNIN. We found that MtMKK5 directly activates MtMPK3/6 by phosphorylating the TEY motif within the activation loop and that the MtMPK3/6 proteins physically interact with the early nodulation-related transcription factors ERN1 and NSP1. These data suggest that the stress signaling-mediated MtMKK5/MtMPK3/6 module suppresses symbiotic nodule development via the action of early nodulation transcription factors.
Pollen has been used for Prevention or treatment of certain diseases such as diabetes, arthritis, or cancer in traditional medicine. In addition, pollen is under investigation as a host cell for a gene expression. This study was undertaken to evaluate the immunologic safety of pollen intake. BALB/c mice were administered with 500, 50,5, or 0.5 mg/kg bw of lily pollen for five times a week for four weeks through gastric intubation. Comparing the control mice administered with distilled water, no significant changes were observed in body weight gain, weight of liver, spleen, lung, and his-topathological findings of liver and kidney of the mice groups administered with the pollen. Plasma level of IgG1, IgG2a, and IgE was not different among the groups. When splenic B lymphocytes were stimulated in vitro with lipopolysaccharides for 7 days, level of IgGl and IgGwa produced in the culture supernatants was not significantly different among the groups. Furthermore, no significant alteration was observed in IL-4 and $IFN{\gamma}$ producing ability with splenic T lymphocytes stimulated in vitro with phytohemagglutinins for 48 hours between the pollen-administered and the control mice. Overall, this study suggests that the lily pollen intake is Inducing no significant modulation of humoral and cell-mediated immunity in mice.
An entomopathogenic bacterium, Xenorhabdus ehlersii KSY, is symbiotic to a nematode, Steinernema longicaudum, and exhibits high entomopathogenic virulence against lepidopteran insects. This study showed that the bacterial pathogenicity is induced by its inhibitory activity against eicosanoid biosynthesis of target insects, resulting in immunosuppression. To be applied for insect pest control, the bacteria should be infected to insect hemocoel. To deliver X. ehlersii to inset hemocoel, Bacillus thuringiensis (Bt) was mixed with the bacteria to breakdown the physical barrier (= midgut epithelium) from midgut lumen to hemocoel. The bacterial mixture significantly enhanced insecticidal activity of Bt only against larvae of Plutella xylostella and Maruca vitrata. For formulation, X. ehlersii cells were freeze-dried and mixed with sporulated Bt cells. The formulated bacterial mixture was applied to semi-field cultivating cabbage crop infested by P. xylostella. The bacterial mixture treatment showed over 95% control efficacy, while Bt alone gave 80% control efficacy. These results suggest that X. ehlersii can be applied to develop a novel insect control agent.
Cirsium japonicum belongs to the Asteraceae or Compositae family and is a medicinal plant in Asia that has a variety of effects, including tumour inhibition, improved immunity with flavones, and antidiabetic and hepatoprotective effects. Silymarin is synthesized by 4-coumaroyl-CoA via both the flavonoid and phenylpropanoid pathways to produce the immediate precursors taxifolin and coniferyl alcohol. Then, the oxidative radicalization of taxifolin and coniferyl alcohol produces silymarin. We identified the expression of genes related to the synthesis of silymarin in C. japonicum in three different tissues, namely, flowers, leaves, and roots, through RNA sequencing. We obtained 51,133 unigenes from transcriptome sequencing by de novo assembly using Trinity v2.1.1, TransDecoder v2.0.1, and CD-HIT v4.6 software. The differentially expressed gene analysis revealed that the expression of genes related to the flavonoid pathway was higher in the flowers, whereas the phenylpropanoid pathway was more highly expressed in the roots. In this study, we established a global transcriptome dataset for C. japonicum. The data shall not only be useful to focus more deeply on the genes related to product medicinal metabolite including flavolignan but also to study the functional genomics for genetic engineering of C. japonicum.
Proceedings of the Plant Resources Society of Korea Conference
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2019.10a
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pp.107-107
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2019
Ulcerative colitis (UC) is one of inflammatory bowel disease (IBD), characterized by chronic inflammatory response and dysregulation of immune function. The severity of US has been influenced by environmental factors and food habit. The immune modulatory, anti-inflammatory and steroidal medicine have been used for the treatment of UC. However, long-term administration of those medicine is accompanied with side-effect. So, it is necessary to develop the non side-effect medicine using natural product. Prebiotics influences intestinal condition and food consumption. The heredity, immunity and environmental condition are related with occurrence of UC. In recent study, UC patients had lower level of prebiotics such as Lactobacillus and Bifidobacterium compared with healthy people. Also, previous study announced that imbalance of enteric flora aggravates the severity of UC. The effectiveness of probiotics might affect colon ability and viable bacteria also could promote the proliferation of beneficial intestinal bacteria. Prebiotics, such as herbal medicine, could lead to balance of intestinal bacteria or increase beneficial bacteria. So, proper choice of herbal medicine could control the intestinal condition. This study aimed to investigate the effect of mixture of probiotics and prebiotics (synbiotics) on dextran sulfate sodium (DSS)-induced UC in vivo. The synbiotics consist of Lactobacillus buchneri, Polymnia sonchifolia and Glycine max Merr. in this study. To evaluate the effect of synbiotics, 3% DSS was administered in BALB/c mice and synbiotics was daily administered for experimental days. The administration of synbiotics regulated colon length shortening, body weight change and disease activity index effectively. Also, extract of synbiotics upregulated survival ability of Lactobacillus buchneri in gut condition. These results suggest that mixture of probiotics and prebiotics, called as synbiotics, could influence intestinal condition also regulate the colon disease. Synbiotics might be a therapeutic agent for treatment of UC.
Riu, Myoungjoo;Kim, Man Su;Choi, Soo-Keun;Oh, Sang-Keun;Ryu, Choong-Min
Molecules and Cells
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v.45
no.7
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pp.502-511
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2022
Bacterial volatile compounds (BVCs) exert beneficial effects on plant protection both directly and indirectly. Although BVCs have been detected in vitro, their detection in situ remains challenging. The purpose of this study was to investigate the possibility of BVCs detection under in situ condition and estimate the potentials of in situ BVC to plants at below detection limit. We developed a method for detecting BVCs released by the soil bacteria Bacillus velezensis strain GB03 and Streptomyces griseus strain S4-7 in situ using solid-phase microextraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry (SPME-GC-MS). Additionally, we evaluated the BVC detection limit in the rhizosphere and induction of systemic immune response in tomato plants grown in the greenhouse. Two signature BVCs, 2-nonanone and caryolan-1-ol, of GB03 and S4-7 respectively were successfully detected using the soil-vial system. However, these BVCs could not be detected in the rhizosphere pretreated with strains GB03 and S4-7. The detection limit of 2-nonanone in the tomato rhizosphere was 1 µM. Unexpectedly, drench application of 2-nonanone at 10 nM concentration, which is below its detection limit, protected tomato seedlings against Pseudomonas syringae pv. tomato. Our finding highlights that BVCs, including 2-nonanone, released by a soil bacterium are functional even when present at a concentration below the detection limit of SPME-GC-MS.
Jung Hwan Nam;Su Young Hong;Su Jeong Kim;Hwang Bae Sohn;Yul Ho Kim;Kyung Tea Lee;Soo jin Park;Jae Kwon Lee
Proceedings of the Plant Resources Society of Korea Conference
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2020.08a
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pp.75-75
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2020
Potatoes were first introduced outside the Andes region four centuries ago, and have become an integral part of much of the world's food. Potatoes were first introduced into Europe in the 16th century and Korea in the early 19th century. Potatoes have a short growing season, high production per unit area, relatively strong environmental adaptability, and are cultivated in more than 130 countries around the world. It is the world's fourth-largest crop, following rice, wheat, bean and maize. In the nutritional aspects, potatoes contain abundant vitamins and minerals, as well as an assortment of phytochemicals such as carotenoids and natural phenols. Due to the high content of potato functional compounds, it has known that potatoes are effective in the prevention of various human diseases. In particular, the potato contains a large amount of polar compounds, including the saponin in the polar compounds, and the physiological activity of the saponins, such as immunity enhancement, antioxidant and anti-inflammatory is known. In this study, the antioxidative activity of polar compounds from five potatoes was examined by cell based anti-oxidation assay. The smallest amount of ROS(Reactive oxygen species) was generated when the compound was derived from 'Haryung' and 'hongyoung' and strong SOD(Superoxide dismutase) activity was observed in 'Sumi' and 'Jayoung'. The results of this study reveal the antioxidative effect of polar compounds extracted from various kind of potatoes, which will enable the acquisition of new bioactive candidates and the establishment of new profit generation models for farmers
In this paper, we propose an adaptive PID controller using a cell-mediated immune response to improve a PID control performance. The proposed controller is based on the specific immune response of the biological immune system that is cell-mediated immunity. The immune system of organisms in the real body regulates the antibody and the T-cells to protect an attack from the foreign materials like virus, germ cells, and other antigens. It has similar characteristics that are the adaptation and robustness to overcome disturbances and to control the plant of engineering application. We first build a model of the T-cell regulated immune response mechanism and then designed an I-PID controller focusing on the T-cell regulated immune response of the biological immune system. We apply the proposed methodology to building structures to mitigate vibrations due to strong winds for evaluation of control performances. Through computer simulations, system responses are illustrated and additionally compared to traditional control approaches.
Wu, Jiayao;Choi, Jaeyoung;Asiegbu, Fred O.;Lee, Yong-Hwan
Mycobiology
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v.48
no.5
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pp.373-382
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2020
Laccases (EC 1.10.3.2), a group of multi-copper oxidases (MCOs), play multiple biological functions and widely exist in many species. Fungal laccases have been extensively studied for their industrial applications, however, there was no database specially focused on fungal laccases. To provide a comparative genomics platform for fungal laccases, we have developed a comparative genomics platform for laccases and MCOs (http://laccase.riceblast.snu.ac. kr/). Based on protein domain profiles of characterized sequences, 3,571 laccases were predicted from 690 genomes including 253 fungi. The number of putative laccases and their properties exhibited dynamic distribution across the taxonomy. A total of 505 laccases from 68 genomes were selected and subjected to phylogenetic analysis. As a result, four clades comprised of nine subclades were phylogenetically grouped by their putative functions and analyzed at the sequence level. Our work would provide a workbench for putative laccases mainly focused on the fungal kingdom as well as a new perspective in the identification and classification of putative laccases and MCOs.
Oregonin is known as a representative active substance of plants of the Alnus species. In this study, we will show the results of establishing a method for extracting trace amounts of useful substances in plants. Additionally, a variety of physiological activity studies were conducted with extracts containing high content of useful substances. In this study, anti-oxidant, anti-inflammatory and anti-allergic activities of supercritical fluid residue 60% EtOH extracts of Alnus sibirica (ASCFR) were investigated in vitro. To explore anti-oxidant and anti-inflammatory characteristics of supercritical extract, DPPH radical scavenging, and ABTS radical scavenging activity, inhibition of nitric oxide production in LPS-stimulated RAW 264.7 cells and ${\beta}$-hexosaminidase release in IgE-stimulated RBL-2H3 cells were examined, respectively. Results showed a concentration-dependent increase in DPPH and ABTS radical scavenging activity. Cells stimulated with LPS produced more nitric oxide than normal control cells. However, cells treated with supercritical fluid residue 60% EtOH extract decreased production in a concentration-dependent manner. In anti-allergic activity studies, ASCFR showed concentration-dependentanti-allergic activity. Based on results and strong antioxidant activity, ASCFR has potential as basic research materials for development of therapeutic supplements-based medicines or functional cosmetics related to chronic inflammatory skin immunity diseases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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