Abscisic acid (ABA) is an important phytohormone involved in abiotic stress tolerance in plants. The group A bZIP transcription factors play important roles in the ABA signaling pathway in Arabidopsis but little is known about their functions in rice. In our current study, we have isolated and characterized a group A bZIP transcription factor in rice, OsABF3 (Oryza sativa ABA responsive element binding factor 3). We examined the expression patterns of OsABF3 in various tissues and time course analysis after abiotic stress treatments such as drought, salinity, cold, oxidative stress, and ABA in rice. Subcellular localization analysis in maize protoplasts using a GFP fusion vector further indicated that OsABF3 is a nuclear protein. Moreover, in a yeast one-hybrid experiment, OsABF3 was shown to bind to ABA responsive elements (ABREs) and its N-terminal region found to be necessary to transactivate a downstream reporter. A homozygous T-DNA insertional mutant of OsABF3 is more sensitive to salinity, drought, and oxidative stress compared with wild type plants & OsABF3OX plants. In addition, this Osabf3 mutant showed a significantly decreased sensitivity to high levels of ABA at germination and post-germination. Collectively, our present results indicate that OsABF3 functions as a transcriptional regulator that modulates the expression of abiotic stress-responsive genes through an ABA-dependent pathway.
Jang, Hyun A;Lim, Ka Min;Kim, Hyun A;Park, Yeon-Il;Kwon, Suk Yoon;Choi, Pil Son
Journal of Plant Biotechnology
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v.40
no.4
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pp.198-202
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2013
To produce transgenic cucumber expressing Nit gene coffering abiotic resistance, the cotyledonary-node explants of cucumber (cv. Eunsung) were inoculated with A. tumefaciens transformed with pPZP211 or pCAMBIA2300 carrying Nit gene, that has cis-acting element involved in resistance to various abiotic environmental stresses. After co-cultivation, the procedures of selection, shoot initiation, shoot elongation, and plant regeneration were followed by cotyledonary-node transformation method (CTM, Jang et al. 2011). The putative transgenic plants were selected when shoots were grown to a length greater than 3 cm from the cotyledonary-node explants on selection medium supplemented with 100 mg/L paromomycin as a selectable agent. The confirmation of transgenic cucumber was based on the genomic PCR, Southern blot analysis, RT-PCR, and Northern blot analysis. A 105 shoots (4.12%) selected from the selection mediums were obtained from 2,547 explants inoculated. Of them, putative transgenic plants were only confirmed with 45 plants (1.77%) by genomic PCR analysis. Transgenic plants showed that the Nit genes integrated into each genome of 39 plants (1.53%) by Southern blot analysis, and the expression of gene integrated into cucumber genome was only confirmed at 6 plants (0.24%) by RT-PCR and Northern blot analysis. These results lead us to speculate that the genes were successfully integrated and expressed in each genome of transgenic cucumber.
Whole genome transcriptomes from Miscanthus species were sequenced and analyzed, which provided 50 different types of transcription factor (TF) involving various developmental processes or environmental stresses. Among the explored TF, WRKY gene family was the major type and one of the WRKY genes, MSIR7180_WRKY4, induced under low temperature environment was selected to investigate how the Miscanthus-originated MSIR7180_WRKY4 TF responds when exposed to low temperature in four warm-season turfgrasses (Z. matrella 'Semil', bermudagrass, St. Augustinegrass, and seashore paspalum). The MSIR7180_WRKY4 was expressed higher during low temperature period in Bermudagrass, but the expression was enhanced in St. Augustinegrass. In contrast, the gene in 'Semil' cultivar was barely expressed and relatively less expressed, but repressed gradually in seashore paspalum, which seems to allow two turfgrasses stay-green longer in the fall season. The results indicate that bermudagrass and St. Augustinegrass adapt to low temperature quickly, but relative tolerance to low or cold temperature at the molecular level needs to be further investigated at different physiological stages and the corresponding genes systematically.
In an attempt to evaluate the current research status of genetically modified (GM) plants, the scientific research publications in Korea as well as in international SCI journals were screened. About 190 research articles related to the development of GM plants were searched from 10 different domestic journals in the last 12 years (Jan. 1990 to Sept. 2002), The researches in 65 articles were carried out with tobacco plant, 20 with rice, 19 with potatoes, and less then 9 articles from each other plant species, respectively, In total, 38 different plant species were being subjected for the development of GM plants. In particular, there was only one article for each major staple grains such as wheat, barley, soybean, and maize. In more than 47% of total published articles, scientists mainly focused on the basic research such as developing transformation system (46 articles), gene expression study in transgenic plants (34), and vector constructions (10). In addition, 28 articles which main authors are Korean scientists were searched from 11 different international SCI journals. Again, major plants for GM research were tobacco (10) and rice (7). More than 50% of published articles were focused on the basic research, gene expression study with transgenic plants (16). The publications on the research of disease-resistant plants were 7 articles, 3 for the development of stress-resistant and 2 for the herbicide-resistant plants, respectively. It is believed that the last 10 year's investment through government organizations has just strengthen the capacity for the next big stride on agricultural biotechnology in Korea.
The purpose of functional genome research is to identify biological function of useful gene and to give an agricultural value in plant biotechnology. Brassica rapa is an economic crop which recorded 1,000 billion won of domestic market and 100 million dollar of exports and it produces 2.5 million ton in 50,000 ha as a major ingredient of representative Korean food, Kimchi. Furthermore, it is very important crop economically and commercially because Korea is major seed exporter. The fact that Multinational Brassica Genome Project (MBGP) was launched and Arabidopsis thaliana, affiliated to same genus with B. rapa, has been fully sequenced activated functional genome research of B. rapa. Besides new technologies related to gene function analysis keep developing, many results are reporting every year by international research including Korea. This review paper introduces development of Chinese cabbage mutants which is a first step in functional genome research, variant phenotypes of mutants, flanking DNA analysis in B. rapa genome, gene identification, gene analysis using microarray, and representative researches.
The potential of juglone a plant naphthoquinone as a natural herbicide on new target, 7-keto-8-amino pelargonic acid synthetase (KAPAS) in the early step of biotin biosynthesis pathway, was performed in vitro and in vivo. Juglone effectively inhibited KAPAS activities in vitro and the $IC_{50}$ was $9.5{\mu}M$. Foliar application of juglone showed very good herbicidal activity to the eight-tested weed species. Among them, Solanum nigrum was completely controlled at a concentration of $250{\mu}g\;mL^{-1}$ with main symptoms of desiccation or burndown. Digitaria sanguinalis and Aeschynomene indica were also sensitive to juglone treatment. All eight weed species were controlled by 90~100% at a concentration of $500{\mu}g\;mL^{-1}$. However, soil application of juglone to Digitaria sanguinalis did not show any herbicidal symptoms. Cellular leakage from cucumber leaf squares treated with juglone increased depending on the concentrations increased from 6.25 to $100{\mu}M$ after 24 hours incubation with or without light. However, chlorophyll loss in cucumber leaf squares was negligible. Biotin supplements significantly rescued the inhibition of germination rate of Arabidopsis thaliana seeds previously inhibited by the juglone. Our results suggest that the juglone is a possible environmental friendly herbicide candidate with a new target KAPAS inhibiting activity.
Soil salinity is one of the most serious abiotic stresses limiting the productivity of agricultural crops. To cope with salt stress, plants respond with physiological, developmental and biochemical changes, including the synthesis of a number of proteins and the induction of gene expression. Salicornia herbacea is a halophytic plant that grows in salt marshes and on muddy seashores. In order to understand the biochemical and molecular mechanisms of salt tolerance in S. herbacea, we isolated several genes that involved in the salt tolerance by mRNA differential display. Here we report the cloning of a cDNA encoding fructose-1, 6-bisphosphate aldolase, named ShADL, which is 1293 bp long and contains an open reading frame consisted of 359 amino acids with calculated molecular mass of 39 kDa. ShADL protein showed 86% identity with Arabidopsis and 78% with aldolase of common ice plant. Northern blot analysis revealed that the transcript of ShADL gene was increased dramatically depending on the NaCl concentrations.
Kim, Suk-Weon;Kwon, Yong-Kook;Kim, Jong-Hyun;Liu, Jang-R.
Journal of Plant Biotechnology
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v.37
no.1
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pp.12-24
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2010
Plant metabolomics is a research field for identifying all of the metabolites found in a certain plant cell, tissue, organ, or whole plant in a given time and conditions and for studying changes in metabolic profiling as time goes or conditions change. Metabolomics is one of the most recently developed omics for holistic approach to biology and is a kind of systems biology. Metabolomics or metabolite fingerprinting techniques usually involves collecting spectra of crude solvent extracts without purification and separation of pure compounds or not in standardized conditions. Therefore, that requires a high degree of reproducibility, which can be achieved by using a standardized method for sample preparation and data acquisition and analysis. In plant biology, metabolomics is applied for various research fields including rapid discrimination between plant species, cultivar and GM plants, metabolic evaluation of commercial food stocks and medicinal herbs, understanding various physiological, stress responses, and determination of gene functions. Recently, plant metabolomics is applied for characterization of gene function often in combination with transcriptomics by analyzing tagged mutants of the model plants of Arabidopsis and rice. The use of plant metabolomics combined by transcriptomics in functional genomics will be the challenge for the coming year. This review paper attempted to introduce current status and prospects of plant metabolomics research.
Rapeseed (Brassica napus L.) is an oil crop classified as Brassicaceae, and it is widely grown worldwide. To develop a drought-resistant rapeseed, the ${\beta}$-glucosidase 1 (AtBG1) gene was introduced into rapeseed because drought- and salt-resistance phenotypes were observed when the AtBG1 gene was overexpressed in arabidopsis. Newly developed genetically modified crop must be proved to be safe. Safety assessments are based on the historical usage and scientific reports of a crop. In this study, we examined the potential acute oral toxicity of AtBG1 protein expressed in genetically modified (GM) rapeseed and calculated the minimum lethal dose at 6 weeks in both male and female ICR mice. AtBG1 protein was fed at a dose of 2,000 mg/kg body weight in five male and five female mice according to the marginal capacity concentration of OECD, 2,000 mg/15 ml/kg. Mortalities, clinical findings, and body weight changes were monitored for 14 days after dosing, and postmortem necropsy was performed on day 14. This study showed that no deaths occurred in the test group, and AtBG1 protein did not result in variations in common symptoms, body weight, and postmortem findings between the two groups. This showed that the minimum lethal dose of AtBG1 protein expressed in transgenic rapeseed exceed 2,000 mg/kg body weight in both sexes.
Hexaploid wheat (common wheat/bread wheat) is one of the most important cereal crops in the world and a model for research of an allopolyploid plant with a large, highly repetitive genome. In the heritability of agronomic traits, variation in gene presence/absence plays an important role. However, there have been relatively few studies on the variation in gene presence/absence in crop species, including common wheat. Recently, a reference genome sequence of common wheat has been fully annotated and published. In addition, advanced next-generation sequencing (NGS) technology provides high quality genome sequences with continually decreasing NGS prices, thereby dawning full-scale wheat functional genomic studies in other crops as well as common wheat, in spite of their large and complex genomes. In this review, we provide information about the available tools and methodologies for wheat functional genomics research supported by NGS technology. The use of the NGS and functional genomics technology is expected to be a powerful strategy to select elite lines for a number of germplasms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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