Kim, Il Ryong;Yoon, A-Mi;Lim, Hye Song;Lee, Sunghyeon;Lee, Jung Ro;Choi, Wonkyun
Proceedings of the National Institute of Ecology of the Republic of Korea
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v.3
no.4
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pp.212-220
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2022
DNA markers have been studied and used intensively to identify plant species based on molecular approaches. The genus Medicago belongs to the family Fabaceae and contains 87 species distributed from the Mediterranean to central Asia. Five species of Medicago are known to be distributed in South Korea; however, their morphological characteristics alone cannot distinguish the species. In this study, we analyzed the phylogenetic relationships using collected five species of Medicago from South Korea and 44 taxa nucleotide information from NCBI. The constructed phylogenetic tree using gibberellin 3-oxidase 1 and tRNALys (UUU) to maturase K gene sequences showed the monophyly of the genus Medicago, with five species each forming a single clade. These results suggest that there are five species of Medicago distributed in South Korea. In addition, we designed polymerase chain reaction primers for species-specific detection of Medicago by comparing the plastid sequences. The accuracy of the designed primer pairs was confirmed for each Medicago species. The findings of this study provide efficient and novel species identification methods for Medicago, which will assist in the identification of wild plants for the management of alien species and living modified organisms.
The relationship of nine Medicago species belonging to four subgenera were analyzed by using SDS-PAGE and restriction fragment length polymorphism (RELP) methodologies. Sixty-eight bands of alcohol and salt soluble proteins and 85-133 RFLP markers were used to estimate the genetic distance among the species. These species were clustered together at around 0.1 to 0.4 level of distance for both kind of markers, indicating that Medicago species have a large genetic similarity. A combined cluster diagram, at a dissimilarity level of 0.3, differentiated nine species in four groups: group 1, M. littoralis , M. truncatulam, M.scutellata and M. rigidula; group 2, M. sativa ; group 3, M. lupulina ; group 4, M. orbicularis, M. radiata and M. minima. All of them, but except for M. minima. corrensponded to the existing four subgenera of the genus Medicago classified by Lesins and Lesins(1979).The most similar species were M. littoralis and M. trucatula and the most dissimilar one was M. lupulina. In separate cluster diagrams based on RFLP and protein markers, some differences were observed. In the case of RFLP or DNA markers, M. sativa (alfalfa) was distantly clustered with other Medicago species. But in the case of protein markers, M. sativa was closely clustered with M. scutellata, M. littorulis and M. truncatula.
Spring black stem and leaf spot, caused by Phoma medicaginis, is an issue in annual Medicago species. Therefore, in this study, we analyzed the response to P. medicaginis infection in a collection of 46 lines of three annual Medicago species (M. truncatula, M. ciliaris, and M. polymorpha) showing different geographic distribution in Tunisia. The reaction in the host to the disease is explained by the effects based on plant species, lines nested within species, treatment, the interaction of species × treatment, and the interaction of lines nested within species × treatment. Medicago ciliaris was the least affected for aerial growth under infection. Furthermore, the largest variation within species was found for M. truncatula under both conditions. Principal component analysis and hierarchical classification showed that M. ciliaris lines formed a separate group under control treatment and P. medicaginis infection and they are the most vigorous in growth. These results indicate that M. ciliaris is the least susceptible in response to P. medicaginis infection among the three Medicago species investigated here, which can be used as a good candidate in crop rotation to reduce disease pressure in the field and as a source of P. medicaginis resistance for the improvement of forage legumes.
The investigation was made on the relationship among vegetation, net productivity, regrowth and soils of Moonheri-Wasoori, Soodowon-Sungilkyo and Mt. Kumhak grasslands in Chulwon area. The following conclusions have been made as the results of this study. The vascular flora of the grassland in Moonheri-Wasoori was composed of 102 species, the most of which were Medicago denticulata, Miscanthus sinensis, Arundinella hirta, Festuca ovina and Cassia nomame. The flora of Soodowon-Sungilkyn grassland was composed of 74 species, the most of which were Arundinella hirta, Miscanthus sinensis, Carex nanella, Festuca ovina and Cassia nomame. It of Mt. Kumfiak grassland was composed of 78 species, the most of which were Arundinella hirta, Carex nanella, Festuca ovina, Miscanthus sinensis and Aster scaber. These five species contributed greatly to the standing crop of live material which was in excess of 60% of it. The peak standing crop of each 413.7, 307.6 and $348.7g /m^2$ in Moonheri-Wasoori, Soo- dowon-Sungilkyn and Mt. Kuruhak grasslands wars reached in August under flooded conditions as a result of the growth of dominant species, Medicago denticulata and Arundinella hirta. The net prodution of organic matter was slight in some intervals but occurred throughout the growing season After cutting of grasses, the regrowth of new leaves mainly depended on growing stage and edaphic factors. Characteristics of the natural grassland soils, especially, concerning water, total nitrogen, avail-able phosphorus and exchangeable calcium were clarified and might be depend upon the quantity of plant production. Nitrogen, phosphorus and calcium concentration of leaves of Medicago denticulata, Arundinella hirta and Miscanthus sinensis were higher than of stems. Even if diem we diffurmem in the a-mb of nutrients among Medicago denticulata hirta and Miacanthus sinensis for single species and stands. they were covered by variations within species in the present survey. Key words: Competition, Production, Productivity, Regrowth, Soil Properties, Vascular Flora.
Medicago truncatula is a diploid legume plant related to the forage crop alfalfa. Recently, it has been chosen as a model species for genomic studies due to its small genome, self-fertility, short generation time, and high transformation efficiency. M. truncatula engages in symbiosis with nitrogen-fixing soil bacterium Rhizobium meliloti. M. truncatula mutants that are defective in nodulation and developmental processes have been generated. Some of these mutants exhibited altered phenotypes in symbiotic responses such as root hair deformation, expression of nodulin genes, and calcium spiking. Thus, the genes controlling these traits are likely to encode functions that are required for Nod-factor signal transduction pathways. To facilitate genome analysis and map-based cloning of symbiotic genes, a bacterial artificial chromosome library was constructed. An efficient polymerase chain reaction-based screening of the library was devised to fasten physical mapping of specific genomic regions. As a genomics approach, comparative mapping revealed high levels of macro- and microsynteny between M. truncatula and other legume genomes. Expressed sequence tags and microarray profiles reflecting the genetic and biochemical events associated with the development and environmental interactions of M. truncatula are assembled in the databases. Together, these genomics programs will help enrich our understanding of the legume biology.
Boga, M.;Yurtseven, S.;Kilic, U.;Aydemir, S.;Polat, T.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.27
no.6
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pp.825-831
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2014
The aim of this study was to determine the nutritive value of some legume species in salt-affected soils of South-East Anatolian region using chemical composition and in vitro gas production kinetics. In this study, Lotus corniculatus, Trifolium alexandrinum, Medicago sativa were sown and tested in four different locations. A 3 by 4 factorial design with 3 legume species and 4 salt levels (non salty electrical conductivity (EC)<4 dS/m; low salt: 4 dS/m>EC<8 dS/m, medium saline: 8 dS/m>EC<16 dS/m and high salt: 16 dS/m>EC) was used in the study. Results indicated that salinity and plants had no significant effect on ash and ether extract. Dry matter (DM), acid detergent fiber, digestible dry matter, dry matter intake (DMI) were affected by plant, salinity and plant${\times}$salinity interaction. On the other hand neutral detergent fiber, relative feed value (RFV), and DMI were affected by salinity and plant${\times}$salinity interaction. Mineral contents were affected by plant species, salinity and salinity${\times}$plants interactions. In vitro gas production, their kinetics and estimated parameters such as were not affected by salinity whereas the gas production up to 48 h, organic matter digestibility, metabolizable energy (ME), and net energy lactation ($NE_L$) were affected by plant and plant${\times}$salt interaction. Generally RFVs of all species ranged from 120 to 210 and were quite satisfactory in salty conditions. Current results show that the feed value of Medicago sativa is higher compared to Lotus corniculatus and Trifolium alexandrinum.
Recently, as consumers' interest and importance in health care have significantly increased, they prefer natural and organic foods that do not use chemical pesticides. Since sprout vegetables effectively promote health and prevent diseases such as cancer and cardiovascular disease, the consumption of sprout vegetables, a highly functional and safe food, has been increased significantly. This study aimed to investigate the effect of light on the growth and bioactive compounds of seven different sprout vegetables. After sowing the seeds of various sprout vegetables (kale, Chinese kale, broccoli, red cabbage, alfalfa, red radish, and radish), the sprouts were cultivated under light conditions (20℃, RGB 6:1:3, 130 μmol·m-2·s-1, 12 hours photoperiod) and dark condition for 7 days. Sprouts samples were taken at 1-day intervals from 4 to 7 days after treatment. The fresh weight, dry weight, plant height, total phenol content, and antioxidant capacity were measured. Brassica species (kale, Chinese kale, broccoli, red cabbage) and Medicago species (alfalfa) had significantly higher fresh weight values under dark conditions, while the content of bioactive compounds was increased considerably under light conditions. In contrast, the fresh weight of Raphanus genus (red radish, radish) significantly increased under the light condition, but the antioxidant phenolic compounds were significantly higher under the dark state. A negative correlation was observed between the growth and secondary metabolites in various sprout vegetables. This study confirmed the effect of light and dark conditions on different sprout vegetables' growth and nutritional value and emphasizes the importance of harvest time in producing high-quality sprout vegetables.
Some Compositae plants are known to contain biologically active substances that are allelopathic to weeds species as well as antioxidant to foods. Aqueous extracts from leaves of 3 plant species, Cirsium japonica, Kalimeris yomena, and Lactuca saliva, were bioassayed against alfalfa (Medicago saliva) to determine their allelopathic effects. The extracts applied on filter paper in bioassay significantly inhibited root growth of alfalfa. Extracts of 20 g dry tissue $\textrm{L}^{-1}$ from Lactuca sativa showed the most inhibitory effect on alfalfa seedling growth and followed by Cirsium japonica and Kalimeris yomena. Oxidative stability by Rancimat method and antioxidant activity by TBA method for the ground samples were the greatest in Lactuca sativa although were less than that of a commonly used antioxidant, 1% ascorbic acid. Antioxidant activity of methanol extracts on storing meat was stably kept for 28days and was excellent compared to control. These results suggest that three Compositae plants have potent allelopathic and antioxidant effects, and that their activities differ, depending on plant species.
Song, Ki-Hoon;Song, Dae-Hae;Lee, Jeong-Ran;Kim, Goon-Bo;Choi, Hong-Kyu;Penmetsa, R. Varma;Nam, Young-Woo
KOREAN JOURNAL OF CROP SCIENCE
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v.52
no.4
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pp.458-468
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2007
To tolerate environmentally adverse conditions such as cold, drought, and salinity, plants often synthesize and accumulate proline in cells as compatible osmolytes. ${\Delta}^1$-Pyrroline-5-carboxylate synthetase(P5CS) catalyzes the rate-limiting step of proline biosynthesis from glutamate. Two complete genes, MtP5CS1 and MtP5CS2, were isolated from the model legume Medicago truncatula by cDNA cloning and bacterial artificial chromosome library screening. Nucleotide sequence analysis showed that both genes consisted of 20 exons and 19 introns. Alignment of the predicted amino acid sequences revealed high similarities with P5CS proteins from other plant species. The two MtP5CS genes were expressed in response to high salt and low temperature treatments. Semi-quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction showed that MtP5CS1 was expressed earlier than MtP5CS2, indicating differential regulation of the two genes. To evaluate the reverse genetic effects of nucleotide changes on MtP5CS function, a Targeting Induced Local Lesions in Genomes approach was taken. Three mutants each were isolated for MtP5CS1 and MtP5CS2, of which a P5CS2 nonsense mutant carrying a codon change from arginine to stop was expected to bring translation to premature termination. These provide a valuable genetic resource with which to determine the function of the P5CS genes in environmental stress responses of legume crops.
Fusarium and Rhizoctonia genera are important pathogens of many field crops worldwide. They are constantly evolving and expanding their host range. Selecting resistant cultivars is an effective strategy to break their infection cycles. To this end, we screened a collection of Medicago truncatula accessions against Fusarium oxysporum, Fusarium solani, and Rhizoctonia solani strains isolated from different plant species. Despite the small collection, a biodiversity in the disease response of M. truncatula accessions ranging from resistant phenotypes to highly susceptible ones was observed. A17 showed relative resistance to all fungal strains with the lowest disease incidence and ratings while TN1.11 was among the susceptible accessions. As an initiation of the characterization of resistance mechanisms, the antioxidant enzymes' activities, at the early stages of infections, were compared between these contrasting accessions. Our results showed an increment of the antioxidant activities within A17 plants in leaves and roots. We also analyzed the responses of a population of recombinant inbred lines derived from the crossing of A17 and TN1.11 to the infection with the same fungal strains. The broad-sense heritability of measured traits ranged from 0.87 to 0.95, from 0.72 to 0.96, and from 0.14 to 0.85 under control, F. oxysporum, and R. solani conditions, respectively. This high estimated heritability underlines the importance of further molecular analysis of the observed resistance to identify selection markers that could be incorporated into a breeding program and thus improving soil-borne pathogens resistance in crops.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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