Song Hee, Lee;Young Taek, Oh;Do-Yeon, Lee;Eunbyeol, Cho;Byung Su, Hwang;Junhyun, Jeon
The Plant Pathology Journal
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제38권6호
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pp.685-691
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2022
Plants produce chemicals of immense diversity that provide great opportunities for development of new antifungal compounds. In search for environment-friendly alternatives to the fungicide of current use, we screened plant extracts obtained from more than eight hundred plant materials collected in Korea for their antifungal activity against the model plant pathogenic fungus, Magnaporthe oryzae. This initial screening identified antifungal activities from the eleven plant extract samples, among which nine showed reproducibility in the follow-up screening. These nine samples were able to suppress not only M. oryzae but also other fungal pathogens. Interestingly, the plant extracts obtained from Actinostemma lobatum comprised five out of eight samples, and were the most effective in their antifungal activity. We found that butanol fraction of the A. lobatum extract is the most potent. Identification and characterization of antifungal substances in the A. lobatum extracts would provide the promising lead compounds for new fungicide.
There are an increasing number of outbreaks of human pathogens related to fresh produce. Thus, the growth of human pathogens on plants should be explored. Human pathogens can survive under the harsh environments in plants, and can adhere and actively invade plants. Plant-associated microbiota or insects contribute to the survival and transmission of enteric pathogens in plants. Human enteric pathogens also trigger plant innate immunity, but some pathogens-such as Salmonella-can overcome this defense mechanism.
Plant defence responses to various biotic stresses via systemic acquired resistance (SAR) are induced by avirulent pathogens and chemical compounds, including certain plant hormones in volatile form, such as methyl salicylate and methyl jasmonate. SAR refers to the observation that, when a local part of a plant is exposed to elicitors, the entire plant exhibits a resistance response. In the natural environment, plants are continuously exposed to avirulent pathogens that induce SAR and volatile emissions affecting neighbouring plants as well as the plant itself. However, the underlying mechanism has not been intensively studied. In this study, we evaluated whether plants "memorise" the previous activation of plant immunity when exposed repeatedly to plant defensive volatiles such as methyl salicylate and methyl jasmonate. We hypothesised that stronger SAR responses would occur in plants treated with repeated applications of the volatile plant defence compound MeSA than in those exposed to a single or no treatment. Nicotiana benthamiana seedlings subjected to repeated applications of MeSA exhibited greater protection against Pseudomonas syringae pv. tabaci and Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum than the control. The increase in SAR capacity in response to repeated MeSA treatment was confirmed by analysing the defence priming of the expression of N. benthamiana Pathogenesis-Related 1a (NbPR1a) and NbPR2 by quantitative reverse-transcription PCR compared with the control. We propose the concept of plant memory of plant defence volatiles and suggest that SAR is strengthened by the repeated perception of volatile compounds in plants.
Kim, Soohong;Kim, Hyeran;Park, Keunchun;Cho, Da Jeong;Kim, Mi Kyung;Kwon, Chian;Yun, Hye Sup
Molecules and Cells
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제44권9호
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pp.670-679
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2021
Vesicle-associated membrane proteins 721 and 722 (VAMP721/722) are secretory vesicle-localized arginine-conserved soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptors (R-SNAREs) to drive exocytosis in plants. They are involved in diverse physiological processes in plants by interacting with distinct plasma membrane (PM) syntaxins. Here, we show that synaptotagmin 5 (SYT5) is involved in plant defense against Pseudomonas syringae pv tomato (Pst) DC3000 by regulating SYP132-VAMP721/722 interactions. Calcium-dependent stimulation of in vitro SYP132-VAMP722 interaction by SYT5 and reduced in vivo SYP132-VAMP721/722 interaction in syt5 plants suggest that SYT5 regulates the interaction between SYP132 and VAMP721/722. We interestingly found that disease resistance to Pst DC3000 bacterium but not to Erysiphe pisi fungus is compromised in syt5 plants. Since SYP132 plays an immune function to bacteria, elevated growth of surface-inoculated Pst DC3000 in VAMP721/722-deficient plants suggests that SYT5 contributes to plant immunity to Pst DC3000 by promoting the SYP132-VAMP721/722 immune secretory pathway.
In contrast to animals, plants do not have a circulatory system as well as mobile immune cells that allow them to protect themselves against pathogens. Instead, plants exclusively depend on the innate immune system to defend against pathogens. As typically observed in the animal innate immunity, plant immune responses are composed of pathogen detection, defense signaling which includes transcriptional reprogramming, and secretion of antimicrobial compounds. Although knowledge on recognition and subsequent signaling of pathogen-derived molecules called elicitors is now expanding, the mechanisms of how these immune molecules are excreted are yet poorly understood. Therefore, current understandings of how plants secrete defense products especially via exocytosis will be discussed in this review.
Roles of nutrients in controlling plant diseases have been documented for a long time. Among the nutrients having impact on susceptibility/resistance to crop diseases, nitrogen is one of the most important nutrients for plant growth and development. In rice plants, excess nitrogen via fertilization in agricultural systems is known to increase susceptibility to the rice blast disease. Mechanisms underlying such phenomenon, despite its implication in yield and sustainable agriculture, have not been fully elucidated yet. A few research efforts attempted to link nitrogen-induced susceptibility to concomitant changes in rice plant and rice blast fungus in response to excess nitrogen. However, recent studies focusing on phytobiome are offering new insights into effects of nitrogen on interaction between plants and pathogens. In this review, I will first briefly describe importance of nitrogen as a key nutrient for plants and what changes excess nitrogen can bring about in rice and the fungal pathogen. Next, I will highlight some of the recent phytobiome studies relevant to nitrogen utilization and immunity of plants. Finally, I propose the hypothesis that changes in phytobiome upon excessive nitrogen fertilization contribute to nitrogen-induced susceptibility, and discuss empirical evidences that are needed to support the hypothesis.
Inoculation of Chinese cabbage leaves with high titer (107 cfu/ml) of the non-adapted bacteria Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Xcv) strain Bv5-4a.1 triggered rapid leaf tissue collapses and hypersensitive cell death (HCD) at 24 h. Electrolyte leakage and lipid peroxidation markedly increased in the Xcv-inoculated leaves. Defence-related gene expressions (BrPR1, BrPR4, BrChi1, BrGST1 and BrAPX1) were preferentially activated in the Xcv-inoculated leaves. The Xcv-triggered HCD was attenuated by continuous light but accelerated by a dark environment, and the prolonged high relative humidity also alleviated the HCD. Constant dark and increased relative humidity provided favorable conditions for the Xcv bacterial growth in the leaves. Pretreated fluridone (biosynthetic inhibitor of endogenous abscisic acid [ABA]) increased the HCD in the Xcv-inoculated leaves, but exogenous ABA attenuated the HCD. The pretreated ABA also reduced the Xcv bacterial growth in the leaves. These results highlight that the onset of HCD in Chinese cabbage leaves initiated by non-adapted pathogen Xcv Bv5-4a.1 and in planta bacterial growth was differently modulated by internal and external conditional changes.
Ralstonia solanacearum (Rso) is a causal agent of bacterial wilt in Solanaceae crops worldwide including Republic of Korea. Rso virulence predominantly relies on type III secreted effectors (T3Es). However, only a handful of Rso T3Es have been characterized. In this study, we investigated subcellular localization of and manipulation of plant immunity by 8 Rso T3Es predicted to harbor a nuclear localization signal (NLS). While 2 of these T3Es elicited cell death in both Nicotiana benthamiana and N. tabacum, only one was dependent on suppressor of G2 allele of skp1 (SGT1), a molecular chaperone of nucleotide-binding and leucine-rich repeat immune receptors. We also identified T3Es that differentially regulate flg22-induced reactive oxygen species production and gene expression. Interestingly, several of the NLS-containing T3Es translationally fused with yellow fluorescent protein accumulated in subcellular compartments other than the cell nucleus. Our findings bring new clues to decipher Rso T3E function in planta.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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