In order to exploit Methylobacterium oryzae CBMB20 as of plant growth promoting agent, different inoculation methods have been evaluated. The present study aimed to evaluate soil, foliar, and soil+foliar inoculations of M. oryzae CBMB20 to improve the growth, fruit yield, and nutrient uptake of red pepper (Capsicum annuum L.) under greenhouse conditions. The population range of green fluorescent protein (gfp)-tagged M. oryzae CBMB20 using the three inoculation methods was 2.5-2.9 ${\log}_{10}$ cfu/g in the rhizosphere and 4.5-6.0 ${\log}_{10}$ cfu/g in the phyllosphere of red pepper plants. Confocal laser scanning microscopy results confirmed the colonization of M. oryzae CBMB20 endophytically on leaf surface. Plant height, fruit dry weight, and total biomass were significantly higher ($p{\leq}0.05$) in all M. oryzae CBMB20 inoculation methods as compared to non-inoculated control. Furthermore, uptake of mineral nutrients such as N, P, K, Ca, and Mg in red pepper plants in all M. oryzae CBMB20 inoculation methods was higher than in non-inoculated control. Comparative results of inoculation methods clearly demonstrated that soil+foliar inoculation of M. oryzae CBMB20 lead to the highest biomass accumulation and nutrient uptake which may be due to its efficient colonization in the red pepper rhizosphere and phyllosphere.
Aphids are a large group of hemipteran pests that affect the physiology, growth, and development of plants by using piercing mouthparts to consume fluids from the host. Based an recent data, aphids modulate the microbiomes of plants and thereby affect the overall outcome of the biological interaction. However, in a few reports, aboveground aphids manipulate the metabolism of the host and facilitate infestations by rhizosphere bacteria (rhizobacteria). In this study, we evaluated whether aphids alter the plant resistance that is mediated by the bacterial community of the root system. The rhizobacteria were affected by aphid infestation of pepper, and a large population of gram-positive bacteria was detected. Notably, Paenibacillus spp. were the unique gram-positive bacteria to respond to changes induced by the aphids. Paenibacillus polymyxa E681 was used as a rhizobacterium model to assess the recruitment of bacteria to the rhizosphere by the phloem-sucking of aphids and to test the effect of P. polymyxa on the susceptibility of plants to aphids. The root exudates secreted from peppers infested with aphids increased the growth rate of P. polymyxa E681. The application of P. polymyxa E681 to pepper roots promoted the colonization of aphids within 2 days of inoculation. Collectively, our results suggest that aphid infestation modulated the root exudation, which led to the recruitment of rhizobacteria that manipulated the resistance of peppers to aphids. In this study, new information is provided on how the infestation of insects is facilitated through insect-derived modulation of plant resistance with the attraction of gram-positive rhizobacteria.
Kim, Won-Il;Cho, Won-Kyong;Kim, Su-Nam;Chu, Hyo-Sub;Ryu, Kyoung-Yul;Yun, Jong-Chul;Park, Chang-Seuk
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.21
no.8
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pp.777-790
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2011
To elucidate the biodiversity of plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) in Korea, 7,638 bacteria isolated from the rhizosphere of plant species growing in many different regions were screened. A large number of PGPR were identified by testing the ability of each isolate to promote the growth of cucumber seedlings. After redundant rhizobacteria were removed via amplified rDNA restriction analysis, 90 strains were finally selected as PGPR. On the basis of 16S ribosomal RNA sequences, 68 Gram-positive (76%) and 22 Gram-negative (24%) isolates were assigned to 21 genera and 47 species. Of these genera, Bacillus (32 species) made up the largest complement, followed by Paenibacillus (19) and Pseudomonas (11). Phylogenetic analysis showed that most of the Grampositive PGPR fell into two categories: low- and high- G+C (Actinobacteria) strains. The Gram-negative PGPR were distributed in three categories: ${\alpha}$-proteobacteria, ${\beta}$- proteobacteria, and ${\gamma}$-proteobacteria. To our knowledge, this is the largest screening study designed to isolate diverse PGPR. The enlarged understanding of PGPR genetic diversity provided herein will expand the knowledge base regarding beneficial plant-microbe interactions. The outcome of this research may have a practical effect on crop production methodologies.
Heat shock protein 90 (Hsp90) is treated as a molecular therapeutic target for the prevention and treatment of cancer. Geldanamycin (GA) was the first identified natural Hsp90 inhibitor, but hepatotoxicity has limited its clinical application. Nevertheless, a new GA analog (WK-88-1) with the non-benzoquinone skeleton, obtained from genetically engineered Streptomyces hygroscopicus, was found to have anticancer activity against two human breast cancer cell lines. WK-88-1 produced concentration-dependent inhibition of cell proliferation, cell cycle arrest, and apoptosis in estrogen receptor (ER)-positive MCF-7 and ER-negative MDA-MB-231 cell lines. Detailed analysis showed that WK-88-1 downregulated some key cell cycle molecules (CDK1 and cyclin B1) and lead to $G_2/M$ cell cycle arrest. Further studies also showed that WK-88-1 could induce human breast cancer cell apoptosis by downregulating Hsp90 client proteins (Akt, p-Akt, IKK, c-Raf, and Bcl-2), decreasing the ATP level, increasing reactive oxygen species production, and lowering the mitochondrial membrane potential. Meanwhile, we discovered that WK-88-1 significantly decreased the levels of Her-2 and $ER-{\alpha}$ in MCF-7 cells but not in MDA-MB-231 cells. In addition, WK-88-1 significantly increased caspase-3, -8, and -9 activities and the cleavage of PARP in a concentration-dependent manner (with the exception of caspase-3 and PARP in MCF-7 cells). Taken together, our preliminary results suggest that WK-88-1 has the potential to play a role in breast cancer therapy.
The continuous increase in the production of metals and their subsequent release into the environment has lead to increased concentration of these elements in agricultural soils. Because microbes are involved in almost every chemical transformations taking place in the soil, considerable attention has been given to assessing their responses to metal contaminants. Short-term and long-term exposures to toxic metals have been shown to reduce microbial diversity, biomass and activities in the soil. Several studies show that microbial parameters like basal respiration, metabolic quotient, and enzymatic activities, including those of oxidoreductases and those involved in the cycle of C, N, P and other elements, exhibit sensitivity to soil metal concentrations. These have been therefore, regarded as good indices for assessing the impact of metal contaminants to the soil. Metal contamination has also been extensively shown to decrease species diversity and cause shifts in microbial community structure. Biochemical and molecular techniques that are currently being employed to detect these changes are continuously challenged by several limiting factors, although showing some degree of sensitivity and efficiency. Variations and inconsistencies in the responses of bioindicators to metal stress in the soil can also be explained by differences in bioavailability of the metal to the microorganisms. This, in turn, is influenced by soil characteristics such as CEC, pH, soil particles and other factors. Therefore, aside from selecting the appropriate techniques to better understand microbial responses to metals, it is also important to understand the prevalent environmental conditions that interplay to bring about observed changes in any given soil parameter.
Resveratrol, which is both a phytoalexin with antifungal activity and a phytochemical associated with reduced cancer risk and reduced cardiovascular disease, is synthesized in a limited number of plant species including peanut. Resveratrol synthesis is catalyzed by the enzyme stilbene synthase including resveratrol synthase (RS). Resveratrol synthase gene (RS3) obtained from peanut, Arachis hypogaea, Fabaceae has been transferred into chinese foxglove, Rehmannia glutinosa by using Agrobacterium mediated transformation. RS t-DNA introduced to chinese foxglove (R. glutinosa L) by transformation and its reaction product, $resveratrol-3-O-{\beta}-D-glucoside$ was isolated and characterized using HPLC. Also its biological effects was tested in inhibition of the lipid peroxidation of mouse LDL by glycosylated stilbenes derivatives obtained from transgenic plants. $Resveratrol-3-O-{\beta}-D-glucoside$ isolated from transgenic R. glutinosa L. showed antimicrobial activity of the growth inhibition zone against Escherichia coli and Salmonella typhimurium. Therefore, this compound can be contributed to be useful as a phytoalexin for plant health as well as a phytochemical for human health.
Park, Jong-Gil;Jeong, Se-Jin;Yu, Jinha;Kim, Gyudong;Jeong, Lak Shin;Oh, Goo Taeg
BMB Reports
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v.51
no.10
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pp.520-525
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2018
Cardiovascular diseases arising from atherosclerosis are the leading causes of mortality and morbidity worldwide. Lipid-lowering agents have been developed in order to treat hypercholesterolemia, a major risk factor for atherosclerosis. However, the prevalence of cardiovascular diseases is increasing, indicating a need to identify novel therapeutic targets and develop new treatment agents. Adenosine receptors (ARs) are emerging as therapeutic targets in asthma, rheumatoid arthritis, cancer, ischemia, and inflammatory diseases. This study assessed whether LJ-1888, a selective antagonist for $A_3$ AR, can inhibit the development of atherosclerosis in apolipoprotein E knock-out ($ApoE^{-/-}$) mice who are fed a western diet. Plaque formation was significantly lower in $ApoE^{-/-}$ mice administered LJ-1888 than in mice not administered LJ-1888, without any associated liver damage. LJ-1888 treatment of $ApoE^{-/-}$ mice prevented western diet-induced hypercholesterolemia by markedly reducing low-density lipoprotein cholesterol levels and significantly increasing high-density lipoprotein cholesterol concentrations. Reduced hypercholesterolemia in $ApoE^{-/-}$ mice administered LJ-1888 was associated with the enhanced expression of genes involved in bile acid biosynthesis. These findings indicate that LJ-1888, a selective antagonist for $A_3$ AR, may be a novel candidate for the treatment of atherosclerosis and hypercholesterolemia.
Oh, Myung-Jin;Park, Jong-Mi;Ko, Suk-Min;Liu, Jang R.;Kim, Suk-Weon
Journal of Plant Biotechnology
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v.36
no.2
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pp.157-162
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2009
High frequency plant proliferation system via direct frond regeneration of endemic duckweed plants Lemna paucicostata and Spirodela polyrhiza was established. Fronds of L. paucicostata and S. polyrhiza were able to multiply half-strength MS basal medium without plant growth regulators. However, addition of BA at a range of 1 to 3 mg/L was more effective than high concentration of BA treatments for fronds proliferation. Also half-strength MS salts was suitable for the fronds proliferation. Increase of salts concentration had inhibitory effect on fronds proliferation. Also the frequency of callus formation from fronds of L. paucicostata was 3.3%, when they cultured onto 1/2 MS medium supplemented with 1 mg/L of BA. Similarly the frequency of callus formation from S. polyrhiza was very low. After subculture of white globular structures derived from fronds of L. paucicostata, numerous globular somatic embryos and calluses were developed onto the surface of fronds. However these somatic embryos did not fully develop into normal plants when transferred to 1/2 MS basal medium. Therefore direct frond regeneration system was more efficient for mass proliferation of L. paucicostata and S. polyrhiza. The plant regeneration system of L. paucicostata and S. polyrhiza established in this study, might be applied to mass proliferation and genetic transformation for molecular breeding.
We synthesized a novel cationic dendrimer consisting of a poly(amidoamine) dendrimer (PAMAM, generation 4) backbone with both L-arginine (Arg) at the termini and 6-aminohexanoic acid (Ahx) between the original core polymer and the peripheral Arg units. The sequential chemical modification of PAMAM G4 with Ahx and Arg resulted in higher transfection efficiency with much less cytotoxicity. PAMAM G4-Ahx-Arg formed stable polyplexes at weight ratios of 8:1 or higher (polymer: plasmid DNA), and the mean polyplex diameter was $180{\pm}20nm$. PAMAM G4-Ahx-Arg showed much higher transfection ability than PAMAM G4 or PAMAM G4-Ahx. Furthermore, PAMAM G4-Ahx-Arg was much less cytotoxic than PEI25KD and PAMAM G4-Arg. In addition to Arg grafting of the PAMAM dendrimer, which endows a higher transfection capability, the addition of Ahx spacer increased dendrimer hydrophobicity, introduced flexibility into the conjugated amino acids, and reduced cytotoxicity. Overall, it appears that the concomitant modification of PAMAM with Ahx and Arg could lead to new PAMAM conjugates with better performances.
Choi, Ki-Young;Park, Duck Hwan;Seong, Eun-Soo;Lee, Sang Woo;Hang, Jin;Yi, Li Wan;Kim, Jong-Hwa;Na, Jong-Kuk
Journal of Plant Biotechnology
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v.46
no.4
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pp.274-281
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2019
Pistacia chinensis Bunge has not only been used as a medicinal plant to treat various illnesses but its young shoots and leaves have also been used as vegetables. In addition, P. chinensis is used as a rootstock for Pistacia vera (pistachio). Here, the transcriptome of P. chinensis was sequenced to enrich genetic resources and identify secondary metabolite biosynthetic pathways using Illumina RNA-seq methods. De novo assembly resulted in 18,524 unigenes with an average length of 873 bp from 19 million RNA-seq reads. A Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) annotation tool assigned KO (KEGG orthology) numbers to 6,553 (36.2%) unigenes, among which 4,061 unigenes were mapped into 391 different metabolic pathways. For terpenoid backbone and carotenoid biosynthesis pathways, 44 and 22 unigenes encode enzymes corresponding to 30 and 16 entries, respectively. Twenty-two unigenes encode proteins for 16 entries of the carotenoid biosynthesis pathway. As for the phenylpropanoid and flavonoid biosynthesis pathways, 63 and 24 unigenes were homologous to 17 and 14 entry proteins, respectively. Mining of simple sequence repeat identified 2,599 simple sequence repeats from P. chinensis unigenes. The results of the present study provide a valuable resource for in-depth studies on comparative and functional genomics to unravel the underlying mechanisms of the medicinal properties of Pistacia L.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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