This experiment was carried out to investigate the effects of heavy metals (cadmium, chromium, copper and lead) on the seed germination of Arabidopsis thaliana, and examinated the removal effects of biostone and green tea on the heavy metal toxicity. Cadmium and chromium among the four heavy metals had no effect on the seed germination even in the concentration fifty times higher than in the official standard concentration of pollutant exhaust notified by the Ministry of Environment. However, seeds were not germinated in the concentration of copper ten times higher and in the concentration of lead fifty times higher than the official standard concentration. When seeds were sown in the solutions of lead (15, 20, 25 and 30 mg/L) and copper(15 and 20 mg/L), the seed germination rates were 0% and less than 10%, respectively. However, when biostone(3 g/30 $m\ell$) was added, the seed germination rate was 100% in all the concentrations. The germination rate was 100% in distilled water and copper solution (5 mg/L). However, green tea (0.2 g/30 $m\ell$) was added, the seed germination rate was 0% in both. The results show that cadmiun and chromium had no effect on the seed germination, but lead and copper decreased the rate of seed germination of Arabidopsis thaliana, Biostone removed heavy metal toxicity, but green tea did not removed heavy metal toxicity during germination.
This experiment was carried out to investigate the effects of heavy metals (copper, cadmium, lead and chrome) on the growth of plant and seed germination of Arabidopsis thaliana treated with various concentrations of heavy metals. Cadmium and chrome among the 4 heavy metals had no effect on the growth of stem even in the concentration fifty times higher than the official standard concentration of pollutant exhaust notified by the Ministry of Environment. The official standard concentration of cadmium, however, stimulated the growth of stem in general, increasing leaf size and surface area, although it had no effect on the length of stem. But the growth of stem was decreased about 18% in the official standard concentration of pollutant exhaust of lead and copper. There was no growth of root in the concentration of lead and copper ten times higher than the official standard concentration. Cadmium and chrome had no effect on the seed germination, but lead and copper decreased the rate of seed germination. Seeds were not germinated in the concentration of copper ten times higher than the official standard concentration and in the concentration of lead fifty times higher than the official standard concentration. From this research three peculiar results were obtained. Chrome in the soil did not have much effect on the plant growth and seed germination of Arabidopsis thaliana. Cadmium stimulated the stem growth in an optimum concentration. But lead and copper reduced the plant growth and seed germination even in a small concentration, especially copper had the worse effect.
The experiment was carried out to investigate the effects of sulfuric acid and nitric acid among the main components of simulated acid rain (SAR) on the growth of vegetative organs and seed germination of Arabidopsis thaliana. The Arabidopsis treated with SAR supplemented with sulfuric and nitric acids, respectively, showed 28% and 30% decrease of shoot and root growth compared to the control plants, and also many necrotic spots on leaf surfaces after SAR treatment were observed. The shoot and root length for plants grown with nitric acid rain was 14% and 17% lower, respectively, compared to the control, whereas those grown with sulfuric acid rain was 24% and 25% lower than control plants. When Arabidopsis seeds were sown in distilled water, germination rate was 100% after 7 days. However, 80% in SAR medium supplemented with sulfuric and nitric acids, 88% in sulfuric acid rain medium and 93% in nitric acid rain medium. The germination abilities of seeds harvested from SAR supplemented with sulfuric and nitric acids, sulfuric acid rain, and nitric acid rain were 73%, 73% and 94%, respectively. Consequently, sulfuric acids showed more inhibitory effects than nitric acids on the growth of vegetative organs as well as germination rates in Arabidopsis.
Lee, Samantha;Hung, Richard;Yin, Guohua;Klich, Maren A.;Grimm, Casey;Bennett, Joan W.
Mycobiology
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제44권3호
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pp.162-170
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2016
In this paper, we demonstrate the ability of Arabidopsis thaliana to detect different mixtures of volatile organic compounds (VOCs) emitted by the common indoor fungus, Aspergillus versicolor, and demonstrate the potential usage of the plant as a bioindicator to monitor fungal VOCs in indoor air. We evaluated the volatile production of Aspergillus versicolor strains SRRC 108 (NRRL 3449) and SRRC 2559 (ATCC 32662) grown on nutrient rich fungal medium, and grown under conditions to mimic the substrate encountered in the built environment where fungi would typically grow indoors (moist wallboard and ceiling tiles). Using headspace solid phase microextraction/gas chromatography-mass spectrometry, we analyzed VOC profiles of the two strains. The most abundant compound produced by both strains on all three media was 1-octen-3-ol. Strain SRRC 2559 made several terpenes not detected from strain SRRC 108. Using a split-plate bioassay, we grew Arabidopsis thaliana in a shared atmosphere with VOCs from the two strains of Aspergillus versicolor grown on yeast extract sucrose medium. The VOCs emitted by SRRC 2559 had an adverse impact on seed germination and plant growth. Chemical standards of individual VOCs from the Aspergillus versicolor mixture (2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, 1-octen-3-ol, limonene, and ${\beta}-farnesene$), and ${\beta}-caryophyllene$ were tested one by one in seed germination and vegetative plant growth assays. The most inhibitory compound to both seed germination and plant growth was 1-octen-3-ol. Our data suggest that Arabidopsis is a useful model for monitoring indoor air quality as it is sensitive to naturally emitted fungal volatile mixtures as well as to chemical standards of individual compounds, and it exhibits relatively quick concentration- and duration-dependent responses.
Phytocystatins (PhyCYSs) are plant-specific proteinaceous inhibitors that are implicated in protein turnover and stress responses. Here, we characterized a PhyCYS from Arabidopsis thaliana, which was designated AtCYS5. RT-qPCR analysis showed that the expression of AtCYS5 in germinating seeds was induced by heat stress (HS) and exogenous abscisic acid (ABA) treatment. Analysis of the expression of the ${\beta}-glucuronidase$ reporter gene under the control of the AtCYS5 promoter showed that AtCYS5 expression during seed germination was induced by HS and ABA. Constitutive overexpression of AtCYS5 driven by the cauliflower mosaic virus 35S promoter led to enhanced HS tolerance in transgenic Arabidopsis, which was characterized by higher fresh weight and root length compared to wild-type (WT) and knockout (cys5) plants grown under HS conditions. The HS tolerance of AtCYS5-overexpressing transgenic plants was associated with increased insensitivity to exogenous ABA during both seed germination and post-germination compared to WT and cys5. Although no HS elements were identified in the 5'-flanking region of AtCYS5, canonical ABA-responsive elements (ABREs) were detected. AtCYS5 was upregulated in ABAtreated protoplasts transiently co-expressing this gene and genes encoding bZIP ABRE-binding factors (ABFs and AREB3). In the absence of ABA, ABF1 and ABF3 directly bound to the ABREs in the AtCYS5 promoter, which activated the transcription of this gene in the presence of ABA. These results suggest that an ABA-dependent pathway plays a positive role in the HS-responsive expression of AtCYS5 during seed germination and post-germination growth.
Al-Quraan, Nisreen A.;Locy, Robert D.;Singh, Narendra K.
Plant Biotechnology Reports
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제5권3호
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pp.225-234
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2011
Arabidopsis mutants with T-DNA insertion in seven calmodulin genes (CAM) were used to determine the specific role of CAM in the tolerance of plants to oxidative stress induced by paraquat and hydrogen peroxide ($H_2O_2$) treatments. Arabidopsis calmodulin mutants (cam) were screened for seedling growth, seed germination, induced oxidative damage, and levels of ${\gamma}$-aminobutyric acid (GABA) shunt metabolites. Only the cam5-4 and cam6-1 mutants exhibited an increased sensitivity to paraquat and $H_2O_2$ during seed germination and seedling growth. In response to treatments with $3{\mu}M$ paraquat and 1 mM $H_2O_2$, only the cam5-4, cam6-1 mutants showed significant changes in malonaldehyde (MDA) levels in root and shoot tissues, with highly increased levels of MDA. In terms of the GABA shunt metabolites, GABA was significantly elevated in root and shoot tissues in response to the paraquat treatments in comparison to alanine and glutamate, while the levels of all shunt metabolites increased in root tissue but not in the shoot tissue following the $H_2O_2$ treatments. GABA, alanine and glutamate levels were significantly increased in root and shoot of the cam1, cam4, cam5-4, and cam6-1 mutants in response to paraquat (0.5, 1 and $3{\mu}M$), while they were increased only in the root tissue of the cam1, cam4, cam5-4, and cam6-1 mutants in response to $H_2O_2$ (200 and $500{\mu}M$, 1 mM). These data show that the cam5-4 and cam6-1 mutants were sensitive to the induced oxidative stress treatments in terms of seed germination, seedling growth, and oxidative damage. The accumulation of GABA shunt metabolites as a consequence of the induced oxidative stress treatments (paraquat and $H_2O_2$ treatments) suggests that the GABA shunt pathway and the accumulation of GABA metabolites may contribute in antioxidant machinery associated with reactive oxygen species and in the acquisition of tolerance in response to induced oxidative stress in Arabidopsis seedlings.
식물호르몬인 abscisic acid (ABA)는 식물의 비생물학적 스트레스의 적응과정에서 중요한 역할을 수행하고 있다. 또한 ABA는 종자휴면, 발아, 세포분열의 저해, 기공개폐와 같은 중요한 과정에 관여하고 있다. OsABF2(Oryza sativa ABRE Binding Factor2)는 벼에서 비생물학적 스트레스와 ABA 신호전달 과정에 양성적으로 관여하는 bZIP 형태의 전사인자이다. OsABF2 유전자의 발현은 ABA와 다양한 스트레스 처리에 의해 유도된다. 본 논문에서는 OsABF2 유전자를 과발현한 애기장대가 가뭄, 고염, 고온 상태에서의 생존율이 야생형보다 증가하는 것을 확인하였다. 또한 ABA가 존재하는 상황에서 OsABF2 유전자를 과발현한 애기장대의 발아율이 감소하는 것을 확인하였다. 이러한 결과로 미루어 OsABF2 유전자를 과발현한 애기장대는 비생물학적 스트레스에 대한 내성이 증가하고 ABA 감수성은 증가하는 것으로 확인되었다.
식물생명공학 연구에 있어서 모델 식물인 Arabidopsis thaliana (애기장대)와 아주 유사한 염생 식물인 salt cress (Thellungiella halophila 또는 Thellungiella parvula)는 고염 스트레스에 대하여 강한 내성을 가지고 있다. 본 연구에서는 고염에 저항성을 가지는 유용유전자를 선별하기 위하여, 200 mM NaCl을 처리한 T. halophila 또는 T. parvula 식물로부터 mRNA를 분리하여 cDNA library를 작성하였다. Full length cDNA library를 Agrobacteria-methods 형질전환 방법에 필요한 binary vector pool을 작성하고 Arabidopsis에 형질전환 시켰다. 형질전환되어진 Arabidopsis를 항생제 Basta 선별을 통하여 형질전환체 pool을 구축하였다(305,400 종자). 이와 같은 방법을 통해 구축 되어진 pool중에서 168,500 종자를 이용하여 고염 스트레스 조건하에서 종자 발아율과 뿌리 생장 촉진되는 현상이 나타나는 내염성 형질전환체를 1차 선별하였다(7,157 개체; 4.24%). 1차 선별된 형질전환체 중에서 1,551개체를 이용하여 2차 선별을 수행하여 내염성 형질전환체 165 개체를 확보하였다(10.6%). 선별된 형질전환체 중 대부분 개체는 고염 스트레스에 대응하여 종자 발아 및 뿌리 생장 모두 야생형보다 촉진된 표현형을 보였다. 그 중 몇 몇의 형질전환체는 야생형에 비하여 특이적인 기관 발달 현상이 나타났다. 예를 들면, 꽃과 줄기의 발달이 야생형과는 다른 표현형을 보이는 형질전환체가 선별되었다. 이렇게 스트레스에 내성을 가지는 형질전환체로부터 유전자 분리 방법을 통하여 해당 유용유전자를 확보할 수가 있다. 본 연구에서는 향후 halopyte 식물체를 이용하여 고염 뿐만 아니라 다양한 환경스트레스(건조, 냉해, 고열, 호르몬 등) 신호전달에 관여하는 유용유전자를 보다 쉽게 확보하는 방법을 제시함으로서, 환경재해극복에 관여하는 신호전달 기작을 보다 쉽게 이해할 수 있을 것으로 사료된다.
Choi, Seo-wha;Lee, Seul-bee;Na, Yeon-ju;Jeung, Sun-geum;Kim, Soo Young
Molecules and Cells
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제40권3호
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pp.230-242
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2017
In the Arabidopsis genome, approximately 80 MAP3Ks (mitogen-activated protein kinase kinase kinases) have been identified. However, only a few of them have been characterized, and the functions of most MAP3Ks are largely unknown. In this paper, we report the function of MAP3K16 and several other MAP3Ks, MAP3K14/15/17/18, whose expression is salt-inducible. We prepared MAP3K16 overexpression (OX) lines and analyzed their phenotypes. The result showed that the transgenic plants were ABA-insensitive during seed germination and cotyledon greening stage but their root growth was ABA-hypersensitive. The OX lines were more susceptible to water-deficit condition at later growth stage in soil. A MAP3K16 knockout (KO) line, on the other hand, exhibited opposite phenotypes. In similar transgenic analyses, we found that MAP3K14/15/17/18 OX and KO lines displayed similar phenotypes to those of MA3K16, suggesting the functional redundancy among them. MAP3K16 possesses in vitro kinase activity, and we carried out two-hybrid analyses to identify MAP3K16 substrates. Our results indicate that MAP3K16 interacts with MKK3 and the negative regulator of ABA response, ABR1, in yeast. Furthermore, MAP3K16 recombinant protein could phosphorylate MKK3 and ABR1, suggesting that they might be MAP3K16 substrates. Collectively, our results demonstrate that MAP3K16 and MAP3K14/15/17/18 are involved in ABA response, playing negative or positive roles depending on developmental stage and that MAP3K16 may function via MKK3 and ABR1.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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