Background: Pathogenesis-related 10 (PR-10) proteins are small, cytosolic proteins with a similar three-dimensional structure. Crystal structures for several PR-10 homologs have similar overall folding patterns, with an unusually large internal cavity that is a binding site for biologically important molecules. Although structural information on PR-10 proteins is substantial, understanding of their biological function remains limited. Here, we showed that one of the PgPR-10 homologs, PgPR-10.3, shares binding properties with flavonoids, kinetin, emodin, deoxycholic acid, and ginsenoside Re (1 of the steroid glycosides). Methods: Gene expression patterns of PgPR-10.3 were analyzed by quantitative real-time PCR. The three-dimensional structure of PgPR-10 proteins was visualized by homology modeling, and docking to retrieve biologically active molecules was performed using AutoDock4 program. Results: Transcript levels of PgPR-10.3 expressed in leaves, stems, and roots of 3-wk-old ginseng plantlets were on average 86-fold lower than those of PgPR-10.2. In mature 2-yr-old ginseng plants, the mRNA of PgPR-10.3 is restricted to leaves. Ginsenoside Re production is especially prominent in leaves of Panax ginseng Meyer, and the binding property of PgPR-10.3 with ginsenoside Re suggests that this protein has an important role in the control of secondary metabolism. Conclusion: Although ginseng PR-10.3 gene is expressed in all organs of 3-wk-old plantlets, its expression is restricted to leaves in mature 2-yr-old ginseng plants. The putative binding property of PgPR-10.3 with Re is intriguing. Further verification of binding affinity with other biologically important molecules in the large hydrophobic cavity of PgPR-10.3 may provide an insight into the biological features of PR-10 proteins.
Background: Glycosylation of natural compounds increases the diversity of secondary metabolites. Glycosylation steps are implicated not only in plant growth and development, but also in plant defense responses. Although the activities of uridine-dependent glycosyltransferases (UGTs) have long been recognized, and genes encoding them in several higher plants have been identified, the specific functions of UGTs in planta remain largely unknown. Methods: Spatial and temporal patterns of gene expression were analyzed by quantitative reverse transcription (qRT)-polymerase chain reaction (PCR) and GUS histochemical assay. In planta transformation in heterologous Arabidopsis was generated by floral dipping using Agrobacterium tumefaciens (C58C1). Protein localization was analyzed by confocal microscopy via fluorescent protein tagging. Results: PgUGT72AL1 was highly expressed in the rhizome, upper root, and youngest leaf compared with the other organs. GUS staining of the promoter: GUS fusion revealed high expression in different organs, including axillary leaf branch. Overexpression of PgUGT72AL1 resulted in a fused organ in the axillary leaf branch. Conclusion: PgUGT72AL1, which is phylogenetically close to PgUGT71A27, is involved in the production of ginsenoside compound K. Considering that compound K is not reported in raw ginseng material, further characterization of this gene may shed light on the biological function of ginsenosides in ginseng plant growth and development. The organ fusion phenotype could be caused by the defective growth of cells in the boundary region, commonly regulated by phytohormones such as auxins or brassinosteroids, and requires further analysis.
The Hessian fly, Mayetiola destructor (Say), is known to be one of the major insect herbivores of wheat worldwide. In order to provide molecular events on interactions of the NIL with H21 and larvae of Hessian fly biotype L, the TaCR1 gene, Triticum aestivum cytokinin repressed 1, was isolated through the suppression subtractive hybridization, which was constructed using stems of the NIL with H21 at 6 days after infestation as tester and stems of the recurrent parent Coker797 without H21 at 6 days after infestation as driver. Transcript levels of TaCR1 mRNA in the NIL with H21 were highest at 6 days after infestation but in the Coker797 without H21 until 8 days were similar with those of non-infested plants. Expression of the TaCR1 gene was decreased at early time and then recovered after wounding or $H_2O$$_2$ treatment as well as 6-BAP treatment. Transcripts levels of the TaCR1 gene was changed after MeJA, SA, ethephone, or ABA treatment. In drought treatment, the TaCRl gene were increased at early stage of stress and then decreased at late stage. Expression of the TaCRl gene was continued to decrease through 24 h in the cold treatment. Although the TaCRl gene is increased through infestation in NIL with H21, further study was required to elucidate a role on resistance against larvae of Hessian fly. However, the TaCR1 gene could be used as marker gene on response of plants against abiotic stresses as well as application of plants with several hormones.
Yoo, Sung Young;Park, So Hyun;Lee, Min Ju;Park, Jong Yong;Kang, Hong Gyu;Kang, Sung Ku;Kim, Tae Wan
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.34
no.3
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pp.210-216
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2015
BACKGROUND: In korea, sweet persimmon(Diospyros kaki) cultivation is front to abiotic stresses such as frost damage at fruit maturing stage. The cold and rapid freezing stresses are most damaging to fruit production which is most actively progressed in late fall. This study was performed to evaluate the validity of chlorophyll fluorescence imaging(CFI) technology to determine the degree of frost damage in sweet persimmon fruits. METHODS AND RESULTS: The sweet persimmon fruits were measured separately for each treatment(15, 30, 60 minutes) at 24 hours after treatment(HAT) rapid freezing. A CFI FluorCam (FC 1000-H, PSI, Czech Republic) was used to measure the fluorescence images of the fruits. In rapid freezing for 15 minutes, photochemical parameters were not changed. However, in rapid freezing for 30 and 60 minutes, photochemical parameters were lowered. Especially, $F_m$, $F_v$, $F_v/F_m$ and ${\Phi}PSII$ values were declined under rapid freezing. CONCLUSION: In our study, it was clearly indicated that the rapid freezing could be a stress in sweet persimmon fruits. The CFI analysis and its related parameters are applicable as a rapid assessing technique for the determination of frost damage.
A cyclophilin 1 cDNA clone(GenBank accession no.CF924191) was isolated from the taproot of C. lanceolata and designed as C1CyP1. Determination of the nucleotide sequence of C1CyPl identified an open reading frame of 525bp, which shared high homologies with cyclophilins that were previously reported in other organisms. The C1CyP1 amino acid sequence possesses 7 amino acid residue stretch(KSGKPLH) that is characteristic of plant cytosolic dehydrins. Currently available amino acid residues of plant cyclophilins were compared to examine their phylogenetic relationship to C1CyP1. In the phylogenetic analysis, based on the aligned sequences, C1CyP1 showed high homology with arabidopsis ROC2 and rice CyP1. The transcript that corresponded to C1CyP1 was abundant in callus, but only basal level of transcript was detected in stem, leaf and root. For the study in the defense mechanism against various stresses, we report expression patterns of this gene by quantative RT-PCR.
Lee, HanGyeol;Park, Jae-Hyeok;Yoon, A Mi;Kim, Young-Cheon;Park, Chul Soo;Yang, Ji Yeong;Woo, So-Yeun;Seo, Woo Duck;Lee, Jeong Hwan
Journal of Plant Biotechnology
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v.48
no.1
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pp.12-17
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2021
Saponarin found in young barley sprouts has a variety of beneficial biological and pharmacological properties, including antioxidant, hypoglycemic, antimicrobial, and hepatoprotective activities. Our previous work demonstrated that saponarin content was correlated with the expression levels of three biosynthetic pathway genes [chalcone synthase (HvCHS1), chalcone isomerase (HvCHI), and UDP-Glc:isovitexin 7-O-glucosyltransferase (HvOGT1)] in young barley seedlings under various abiotic stress conditions. In this study, we investigated the saponarin content and expression levels of three saponarin biosynthetic pathway genes in hulled and hulless domestic barley cultivars. In the early developmental stages, some hulled barley cultivars (Kunalbori1 and Heukdahyang) had much higher saponarin contents than did the hulless barley cultivars. An RNA expression analysis showed that in most barley cultivars, decreased saponarin content correlated with reduced expression of HvCHS1 and HvCHI, but not HvOGT1. Heat map analysis revealed both specific increases in HvCHS1 expression in certain hulled and hulless barley cultivars, as well as general changes that occurred during the different developmental stages of each barley cultivar. In summary, our results provide a molecular genetic basis for the metabolic engineering of barley plants to enhance their saponarin content.
Jae-Hyuk Han;Na-Hyun Shin;Ian Paul Navea;Jin-Woo Lee;IL-Ryong Choi;Joong Hyoun Chin
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2022.10a
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pp.206-206
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2022
Sustainable agriculture is a potential strategy to enable agricultural cultivation systems to feed the growing population under climate change. Sustainable agriculture consists of environment-friendly farming methods that allow the production of crops with minimal harm to the ecosystem. Early establishment in rice might be helpful to adopt sustainable agriculture with less inputs, such as water and phosphorus fertilizer. Two QTLs conferring tolerance to abiotic stress and low nutrition condition, DTY4.1 and Pup1, respectively, are effective for good establishment in the early growth stage under low water and phosphorus fertilizer application. We developed 'Sechanmi' and 'MSI 1-DTY' harboring Pup1 and DTY4.1 into MS11, a japonica rice variety adaptable to tropical regions, using Marker-Assisted Backcrossing (MABC). MS 11-PD lines were developed to meet the demand for less water and P fertilizer application throughout the growth stage of rice. In the F5 generation, water-saving or rainfed cultivation was performed in different P (phosphorus) content. Irrigation was applied only when severe drought was observed one month after transplanting. There was no significant difference observed between the parents and MS11-PD lines in low P conditions. However, MS11-PD lines had more tillers in P-supplied conditions compared to that of the parents 40 and 50 days after transplanting. Under the same amount of P, MS11-PD lines might have higher phosphorus uptake capacity than the parents, increasing the number of tillers and showing better early establishment. The better vegetative growth stage is one of the factors that can potentially increase production by way of higher number of panicles. Through this breeding strategy, it is possible to attain sustainable agriculture by applying less P and water to address the need of a growing population.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2022.10a
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pp.289-289
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2022
Waterlogging tolerance of corn is one of the important factor for cultivate in paddy soil condition to increase cultivation area and self-sufficiency of corn in Korea. In order to develop elite waterlogging tolerance corn, the new corn lines bred by crossing wild corn, Teosinte, and cultivated corn inbred lines. Five accessions among the 2 species, Zea mays sub spp. mexicana and Zea mays spp. parviglumis, of 81 Teosinte were selected through the waterlogging treatment. The waterlogging treatments were implemented for 7 days at the seedling(V3) stage. The inbred lines were developed by crossing 5 teosinte accessions and cultivated corn lines and they were estimated waterlogging tolerance. It was screened and analyzed the metabolites extracted from roots of 19KT-32(KS141 × teosinte) that was treated waterlogging. We selected 8 of 180 metabolites like as γ-aminobutyric acid(GABA), putrescine, citrulline, Gly, and Ala that expression was remarkably changed over 2.5-times, 7 metabolites increased and 1 metabolite decreased in waterlogging, respectively. Glutamate decarboxylase(GAD) catalyzing GABA accumulation gene have 10 haplotypes, and exon1 was highly conserved, but identified to 135 SNPs after the first intron. Among the 135 SNPs, the number of transversion mutations (52) surpassed the number of transition mutations (38). Most of metabolites were related to abiotic stress in plant that it regulated to pH, osmotic pressure K+/Ca++ and ATPase activity. We are analyzing the association using these results for increase breeding efficiency.
Nam, Kyong-Hee;Park, Jung-Ho;Pack, In-Soon;Kim, Ho Bang;Kim, Chang-Gi
Journal of Life Science
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v.28
no.7
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pp.835-840
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2018
Quantitative determination of the protein expression levels is one of the most important parts in assessment of the safety of foods derived from genetically modified (GM) crops. Overexpression of AtCYP78A7, a gene encoding cytochrome P450 protein, has been reported to improve tolerance to abiotic stress, such as drought and salt stress, in transgenic rice (Oryza sativa L.). In the present study, an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) kit for diagnosing AtCYP78A7 protein including AtCYP78A7-specific monoclonal antibody was developed. GST-AtCYP78A7 recombinant protein was induced and purified by affinity column. Four monoclonal antibodies (mAb 6A7, mAb 4C2, mAb 11H6, and mAb 7E8) against recombinant protein were also produced and biotinylated with avidin-HRP. After pairing test using GST-AtCYP78A7 protein and lysate of rice samples, mAb 4C2 and mAb 7E8 were selected as a capture antibody and a detecting antibody, respectively, for ELISA kit. Product test using rice samples indicated that percentages of detected protein in total protein were greater than 0.1% in AtCYP78A7-overexpressing transgenic rice (Line 10B-5 and 18A-4), whereas those in negative control non-transgenic rice (Ilpum and Hwayoung) were less than 0.1%. The ELISA kit developed in this study can be useful for the rapid detection and safety assessment of transgenic rice overexpressing AtCYP78A7.
Endophytic fungi are present in host plants and contribute to resistance to biotic and abiotic stress. Aquatic plants are living in aquatic environment such as saltwater or freshwater and exposed more water stress than other land plants. In this study, we investigated 4 wetlands in Jeju and collected 11 aquatic plants. Exogenous microbes were removed by preprocessing of plants and endophytic fungal strains were isolated from the plants. We isolated 126 fungal strains from Namsaengi-pond, 22 fungal strains from Sujangdong-marsh, 44 fungal strains from Yongsu-reservoir and 32 fungal strains from Gangjeongcheon. The fungal strains were identified using internal transcribed spacer (ITS) region and analyzed the phylogeny and diversity. Endophytic fungi isolated from plants of Namsaengi-pond were classified to 30 genera, 19 families, 12 orders, 7 classes and 4 phyla. Endophytic fungi of Sujangdong-marsh were classified to 11 genera, 11 families, 6 orders, 5 classes and 4 phyla. Endophytic fungi of Yongsu-reservoir were classified to 13 genera, 12 families, 7 orders, 5 classes and 4 phyla. Endophytic fungi isolated from Gangjeongcheon were classified to 9 genera, 7 families, 5 orders, 2 classes and 1 phyla. Overall, they were divided 40 genera and Alternaria, Colletotrichum and Fusarium were isolated from 4 sites in common. By investigating the endophytic fungi in aquatic plants, it is for baseline data that determination of diversity and the ecological distribution of endophytic fungi.
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