Background: The cycle of seasonal dormancy of perennating buds is an essential adaptation of perennial plants to unfavorable winter conditions. Plant hormones are key regulators of this critical biological process, which is intricately connected with diverse internal and external factors. Recently, global warming has increased the frequency of aberrant temperature events that negatively affect the dormancy cycle of perennials. Although many studies have been conducted on the perennating organs of Panax ginseng, the molecular aspects of bud dormancy in this species remain largely unknown. Methods: In this study, the molecular physiological responses of three P. ginseng cultivars with different dormancy break phenotypes in the spring were dissected using comparative genome-wide RNA-seq and network analyses. These analyses identified a key role for abscisic acid (ABA) activity in the regulation of bud dormancy. Gene set enrichment analysis revealed that a transcriptional network comprising stress-related hormone responses made a major contribution to the maintenance of dormancy. Results: Increased expression levels of cold response and photosynthesis-related genes were associated with the transition from dormancy to active growth in perennating buds. Finally, the expression patterns of genes encoding ABA transporters, receptors (PYRs/PYLs), PROTEIN PHOSPHATASE 2Cs (PP2Cs), and DELLAs were highly correlated with different dormancy states in three P. ginseng cultivars. Conclusion: This study provides evidence that ABA and stress signaling outputs are intricately connected with a key signaling network to regulate bud dormancy under seasonal conditions in the perennial plant P. ginseng.
Objective: Standard cancer therapy prolongs survival, but can be detrimental to the quality of life, compromise the immune system, and leave residual disease that can cause recurrence years or decades in the future. Tumor dormancy therapy is a novel therapeutic approach that may improve these shortcomings, promote quality of life, and prolong survival. The aim of this study was to analyze studies on dormancy therapy, especially studies using traditional Oriental herbal medicine, so as to evaluate the efficacy of dormancy therapy with traditional oriental herbal medicine. Methods: We conducted a systematic literature review using Scientific and Technical Information Integration Services (NDSL), PubMed, and RISS. We searched for clinical reports, papers, and books related to tumor metastasis, recurrence, immunotherapy, tumor dormancy, and traditional oriental herbal medicine with anticancer effects. Seventy-nine (79) experimental and clinical articles in both Korean and English were reviewed. This study was conducted from March 1, 2012 to May 31, 2012. Results: This approach, Tumor dormancy therapy, rather than seeking to remove the tumor, includes combination of low-dose chemotherapy, immunotherapy, immunosurveillance, and other methods to stabilize tumor growth and to enhance the host is immunity against disseminated tumor cells and thus to manage cancer as a chronic disease while maintaining quality of life. In particular, integrative use of Oriental herbal medicine has been shown to induce or maintain tumor dormancy, increase the effectiveness of conventional chemotherapy, improve quality of life, and prolong survival. Conclusion: Tumor dormancy therapy is a promising novel therapeutic approach that may be especially effective with Oriental herbal medicine. Further research is needed to determine its potential mechanisms and therapeutic applications.
Pre-harvest sprouting (PHS) in rice (Oryza sativa L.) is one of the main problems associated with seed dormancy. PHS causes yield loss and reduction of grain quality under unpredictable humid conditions at the ripening stage, thus affecting the economic value of the rice crop. To resolve this issue, it is important to understand the molecular mechanism underlying seed dormancy in rice. Recent studies have shown that seed dormancy is affected by a large number of genes associated with plant hormones. However, the effect of heat stress on seed dormancy and plant hormones is not well understood. In this study, we compared the PHS rate as well as the transcriptome and small RNAome of the seed embryo and endosperm of two different accessions of rice, PHS-susceptible rice (low dormancy) and PHS-resistant rice (high dormancy) under three different maturation stages. We identified and verified the candidate genes associated with seed dormancy and heat stress-related responses in rice using quantitative real-time PCR. We newly discovered hormone-related genes, heat shock protein-related genes, and miRNAs potentially involved in PHS. These findings provide a foundation for understanding the dynamics of transcriptome and small RNAome of hormone- and heat stress-related genes, which affect PHS during seed maturation.
Park, HyungBin;Ko, ChungHo;Lee, SeungYoun;Kim, SangYong;Yang, JongCheol;Lee, KiCheol
Journal of Ecology and Environment
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제43권2호
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pp.254-262
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2019
Background: To exploit the ornamental and medicinal purposes of Lonicera harae Makino, L. subsessilis Rehder, L. praeflorens Batalin, and L. insularis Nakai, native to Korea, it is necessary to understand their seed ecology for propagation. In this study, we investigated the seed dormancy type and germination characteristics of seeds of the four Korean native Lonicera species. Results: The seeds of the four Lonicera species imbibed water readily, suggesting that the species do not have physical dormancy. Furthermore, the seeds exhibited underdeveloped embryos with only about 15-25% of the length of the seeds at dispersal. The embryos grew to the critical length with approximately 50-80% of the length of the seeds' development before radicle protrusion. Further, 94.4% and 61.1% of freshly matured seeds of L. insularis and L. harae germinated within 4 weeks after sowing at 15 ℃ and 20 ℃, respectively. Contrarily, L. praeflorens and L. subsessilis seeds did not germinate within 4 weeks under all temperature treatments. At 15 ℃, L. praeflorens seeds started to germinate from 5 weeks and the final germination rate was 51.1% at 13 weeks. At 15 ℃, L. subsessilis seeds started to germinate from 5 weeks after sowing and the final germination rate was 85.6% at 17 weeks after sowing. Embryo growth and germination of L. praeflorens and L. subsessilis occurred at a relatively high temperature (≥ 15 ℃). Conclusions: Overall, L. insularis seeds have only morphological dormancy. The seeds of L. harae have approximately 60% and 40% of morphological dormancy and morphophysiological dormancy, respectively. Contrarily, L. praeflorens and L. subsessilis exhibited non-deep simple-type morphophysiological dormancy that requires relatively high temperature (≥ 15 ℃) for embryo growth and dormancy breaking. The optimum temperature for the germination of seeds of L. insularis, L. harae, L. praeflorens, and L. subsessilis was 15 ℃, 20 ℃, 15 ℃, and 20 ℃, respectively. There was interspecific variation in seed dormancy and germination patterns in the four Lonicera species. The difference in these characteristics within the four Lonicera species could be useful for understanding the seed ecophysiological mechanisms of Lonicera species.
Heloniopsis koreana and Heloniopsis tubiflora (Melanthiaceae) are endemic herbaceous species of the Korean Peninsula. The Melanthiaceae family has been described as having seeds with small, underdeveloped embryos at the time of dispersal, and morphological (MD) or morphophysiological dormancy (MPD). However, there are few reports on embryo growth, morphology, and seed germination in Heloniopsis species. The aims of this study were to investigate embryo growth and seed dormancy, and to determine the type of dormancy exhibited by these species. The effects of incubation temperatures, light conditions, and gibberellic acid ($GA_3$) on dormancy break and seed germination were tested. Freshly matured seeds of the two species had small embryos that occupied about 9-11% of the length of the endosperm, and which increased by more than 300% in length before radicle emergence, indicating that the embryos are underdeveloped at the time of dispersal. Embryos in the seeds grew under warm temperature regimes (between $25/15^{\circ}C$ and $30/20^{\circ}C$). $GA_3$ application (tested only in the light) overcame seed dormancy and promoted germination. Approximately 30% of the seeds of H. koreana and approximately 40% of the seeds of H. tubiflora germinated in suitable environmental conditions (light and temperature) within 4 weeks. Therefore, 30-40% of the seeds of the two species exhibited MD, and the rest of the seeds had non-deep simple MPD. Light was found to be one of the critical factors for germination because no seed of either of the two Heloniopsis species germinated under constant dark conditions, and thus, these species have the potential to form a persistent soil seed bank. Understanding these germination requirements will help in development of effective strategies to increase the establishment of seedlings in their native habitat.
This study was carried out to develop an effective seed propagation method for Thalictrum rochebrunianum var. grandisepalum (H. Lev.) Nakai by analyzing seed dormancy types and germination characteristics. Seeds were collected between September to October at Gangwon province, and well-selected seeds were used while being dry-stored at 4±1℃. The seed size ranged 4.52 × 1.58 ㎜ and the weight of thousand seeds were 1,603.5 ± 0.02 ㎎. The moisture content was 7.2%. Seeds were achene type, and morphology characters showed an elliptical shape and rough texture, and light brown in color. Moist-chilling treatment was conducted for dormancy breaking because the seeds had an undeveloped embryo of liner type. The embryo had developed during a moist-chilling period, constantly, and fully developed in 10 weeks. Consequently, it seemed to be non-deep complex or intermediate complex type of morphophysiological dormancy, and embryo dormancy was broken by wet-chilling for 10 weeks. After 10 weeks of wet-chilling treatment, seed germination began. Germination percentage was higher in dark condition raher than light condition and recorded the maximum at 25℃ in the dark (16.3%). A pre-soaking treatment with a combined plant growth hormones promoted germination and shortened T50. Specifically, seed germination of 84.5% was achieved by pre-soaking of seeds with a combined solution of 500 ㎎/L GA3 and 10 ㎎/L kinetin for 24 h after a wet-chilling treatment for 10 weeks. Thus the effect of plant growth hormones coupled with chilling temperature on seed breaking dormancy provide asubsequent growth of seedlings for successful plantation.
The demand for Chelidonium majus L. subsp. asiaticum H. Hara is expected to increase due to its pharmacological properties such as antibacterial, antioxidant, and anti-inflammatory effects. However, an effective propagation system for this species has not yet been established. This study was conducted to analyze the seed dormancy and germination characteristics of C. majus L. subsp. asiaticum H. Hara native to Korea and establish a mass propagation system. The dormancy type was primarily classified by analyzing the general information of the collected seeds. The seed dormancy breaking was investigated by comparing the effects of cold stratification (0, 2, 4, 8, 10, or 12 weeks) with warm stratification (S, summer temperature, 25/15℃) and intermediate temperature stratification (A, autumn temperature, 15/10℃) of alternating temperature stratification (S12-A4 or S12-A8 weeks). After dormancy break, 500 mg/L GA3 and GA4+7 treatment replaced cold stratification and improved seed germination. The results of this study are expected to provide basic data for future seed propagation and mass propagation by analyzing the dormancy and germination characteristics of C. majus L. subsp. asiaticum H. Hara seeds.
Chon, Young Shin;Jeong, Kyeong Jin;Lee, Sang Woo;Yun, Jae Gill
원예과학기술지
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제33권3호
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pp.331-339
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2015
This research was performed to determine the temperature requirements for embryo growth and radicle emergence of Hepatica asiatica Nakai, a perennial herb native to Korea. Seed viability, embryo growth, and radicle emergence were monitored in seeds exposed to various temperatures (10, 15, $20^{\circ}C$ and $30{\rightarrow}15^{\circ}C$). Laboratory experiments at various temperatures revealed that (1) embryo elongation occurred effectively between 10 and $15^{\circ}C$; (2) radicle emergence occurred only at $15^{\circ}C$; (3) a warm stratification (2-8 weeks at $30^{\circ}C$) was not required for embryo elongation and radicle emergence, and led to inhibition of radicle emergence; (4) application of gibberellic acid ($GA_3$) promoted embryo growth, but not radicle emergence. These results suggested that H. asiatica seeds have two separate mechanisms to overcome dormancy, either by $GA_3$ (morphological dormancy) or temperature (physiological dormancy), and warm stratification is not involved in breaking radicle dormancy. These findings indicate that H. asiatica seeds have morphophysiological dormancy.
본 시험은 품종별 휴면 개시점 탐색, 자발휴면 타파시기 및 발아에 필요한 저온($7.2^{\circ}C$ 이하, $0.0-7.2^{\circ}C$) 누적시간을 구명하여 국내 주요 사과품종('후지', '쓰가루')들과 국내에서 육성한 품종('홍로', '선홍', '홍금', '홍안', '홍소', '감홍', '섬머드림')들의 자발휴면 타파에 필요한 저온요구도를 파악하고자 군위지역에서 4년(2009-2012년) 동안 조사하였다. 또한, 이들 자료를 이용하여 군위에서의 자발휴면 타파시기와 현재보다 기온이 $4.0^{\circ}C$ 상승되었을 때의 자발휴면 타파시기를 추정하였다. 휴면 개시점은 정단신초를 절단전정을 하였을 때 액아가 발아하지 않는 시기로 정하였다. 자발휴면 타파여부는 생장상에서 과대지의 정아가 15일 이내로 발아되었는가에 따라 결정하였다. 과대지는 매년 12월 초에 품종별로 약 100개씩 채취하여 $5.0^{\circ}C$에 두고 1주일 간격으로 출고하여 생장상에 10개씩 배치하였다. 품종들의 저온요구도는 휴면 개시점부터 과대지들이 15일 내로 발아될 때까지의 노지 및 생장상에서 $7.2^{\circ}C$ 이하 및 $0.0-7.2^{\circ}C$에서의 누적시간으로 표현하였다. 결과를 살펴보면, 조사품종의 휴면개시점은 9월 말로 추정되었다. 조사품종의 자발휴면 타파시기는 1월 말부터 2월 초 사이로 추정되었다. 각 품종별 자발휴면 타파에 필요한 $7.2^{\circ}C$ 이하의 누적시간은 1,600-2,000시간, $0.0-7.2^{\circ}C$ 누적시간은 1,300-1,800시간이었다. 품종별 저온요구도 비교에 있어서는 개화가 빠른 품종의 저온요구도가 개화가 느린 품종보다 적은 경향이 있었다. 이상의 결과를 토대로 하여, 군위지역의 기온이 지금보다 $4.0^{\circ}C$ 정도 상승된다고 가정하면, 자발휴면 타파시기는 2-4주 정도 지연될 것으로 예측되었다.
Kim, Suyeon;Huh, Sun Mi;Han, Hay Ju;Cho, Mi Hyun;Lee, Gang Sub;Kim, Beom Gi;Kwon, Taek Yun;Yoon, In Sun
한국작물학회:학술대회논문집
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한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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pp.90-90
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2017
Regulation of seed dormancy is important in many grains to prevent pre-harvest sprouting. To identify and understand the gene related to seed dormancy regulation, we have screened for viviparous phenotypes of rice mutant lines generated by insertion of Ds transposon in a Korean Japonica cultivar (Dongjin) background. One of the mutants, which represented viviparous phenotype, was selected for further seed dormancy regulation studies and designated dor1. The dor1 mutant has single Ds insertion in the second exon of OsDor1 gene encoding glycine-rich protein. The seeds of dor1 mutant showed a higher germination potential and reduced abscisic acid (ABA) sensitivity compared to wild type Dongjin. Over-expression of Dor1 complements the viviparous phenotype of dor1 mutant, indicating that Dor1 function in seed dormancy regulation. Subcellular localization assay of Dor1-GFP fusion protein revealed that the OsDor1 protein mainly localized to membrane and the localization of OsDOR1 was influenced by presence of a giberelin (GA) receptor OsGID1. Further bimolecular fluorescence complementation (BiFC) analysis indicated that OsDOR1 interact with OsGID1. The combined results suggested that OsDOR1 regulates seed dormancy by interacting with OsGID1 in GA response. Additionally, expression of OsDOR1 partially complemented the cold sensitivity of Escherichia coli BX04 mutant lacking four cold shock proteins, indicating that OsDOR1 possessed RNA chaperone activity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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