Plants have the ability to acquire an enhanced level of resistance to pathogen attack after being exposed to specific biotic stimuli. To obtain plant growth-promoting rhizobacteria inducing resistance against cucumber anthracnose by Colletotrichum orbiculare, more than 800 strains of rhizobacteria were screened in the greenhouse. Among these strains, Bacillus amyloliquefaciens solate EXTN-1 showed significant disease control efficacy on the plants. Induction of pathogenesis-related(PR-la) gene expression by EXTN-1 was assessed using tobacco plants transformed with PR-1a::$\beta$-glucuronidase(GUS) construct. GUS activities of tobacco treated with EXTN-1 and salicylic acid-treated transgenic tobacco were significantly higher than those of tobacco plants with other treatments. Gene expression analyses indicated that EXTN-1 induces the accumulation of defense-related genes of tobacco. The results showed that some defense genes are expressed by the treatment with EXTN-1 suggesting the similar resistance mechanism by salicylic acid.
Bacterial leaf blight (BLB) caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) is one of the most serious threats to rice production. In this study, screening of rice for resistance to BLB was carried out at two different times and locations; that is, in a greenhouse during winter and in an open field during summer. The pathogenicity of Xoo race K1 was tested on 32 Korean rice cultivars. Inoculation was conducted at the maximum tillering stage, and the lesion length was measured after 14 days of inoculation. Five cultivars, Hanareum, Namcheon, Samgdeok, Samgang, and Yangjo, were found to be resistant in both the greenhouse and open-field screenings. Expression of the plant defense-related genes JAmyb, OsNPR1, OsPR1a, OsWRKY45, and OsPR10b was observed in resistant and susceptible cultivars by qRT-PCR. Among the five genes tested, only OsPR10b showed coherent expression with the phenotypes. Screening of resistance to Xoo in rice was more accurate when conducted in open fields in the summer cultivation period than in greenhouses in winter. The expression of plant defense-related genes after bacterial inoculation could give another perspective in elucidating defense mechanisms by using both resistant and susceptible individuals.
Antisense construct of cDNA for senescencerelated ACC oxidase (CAO) cDNA isolated from carnation flowers were introduced into tobacco by Agrobacteriummediated transformation. The decreasing expression of NtACO and the reduction of ethylene production were observed in these transgenic lines. In contrast, the SAMDC transcripts and spermidine content were increased. The findings that higher content of spermidine in the ethylene suppressed transgenic plants compared with wild-type should be directly resulted in the enhancement of SAMDC activity followed by the increased accumulation of SAMDC transcript. To investigate the pathogenic response in these transgenic plants, wild-type and transgenic plants were inoculated with Phytophthora parasitica pv. nicotianae. Transgenic plants suppressing ethylene production showed the increased resistance against fungal pathogen, comparing with wild-type plant. PR-protein genes expression in CAO-AS-2 and CAOAS-4 were also higher at the normal growth condition and pathogenic response than in wild-type plants. The results of higher spermidine content and SAMDC activity in transgenic plants, CAO-AS-2 and CAO-AS-4, support the possibility that an increase in spermidine content might induce the higher transcripts of PR-protein genes. This results agreed with the phenomena that spermidine promoted the expression of PR1a and a SAMDC inhibitor, MGBG, decreased the expression of PR1a in leaf discs. These results suggest that the resistance against fungal pathogen in transgenic tobacco impaired in ethylene production might be caused by increasing in polyamine, especially spermidine, biosynthesis.
Park, Hae-Jin;Lee, Jung-Hoon;Yoon, Yong-Hwi;Kim, Hak-Yoon;Shin, Dong-Hyun;Lee, In-Jung;Kim, Dal-Ung;Kim, Kil-Ung
Journal of Life Science
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v.12
no.3
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pp.264-273
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2002
We have isolated and artificially expressed three cDNA clones of Capsicum annuum PR5 genes for elucidating the antifungal activity against Phytophthora capsici which contracted a hot pepper root rot in field condition. Three divergent PR5 proteins from hot pepper were designated as CAPR5-1 and CAPR5-2 from susceptible cultivar (Subicho) as well as CAPR5-3 from resistant cultivar (CM331) in response to P. capsici. The cDNA similarity was found over 80% of identity among the three CAPR5s, and deduced amino acid sequence was characterized that all of CAPR5s contained 16 cysteine residues which possibly had a significant role in the structural formation. The result of genomic DNA blot showed that CAPR5-1 and CAPR5-2 existed as single copy in the Subicho genome. Three recombinant CPARs in E. coli were identified by SDS-PACE, and each expressed protein was treated on the PDA medium which contained cultured pathogens. Although three CAPR5 proteins did not affected the hyphal growth of Glomerella glycines and Colletotrichum fagenarium, CAPR5-1, CAPR5-2, and CAPR5-3 showed a specific antifungal activities against P. capsici.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2022.10a
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pp.287-287
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2022
In this study, we analyze RNA-seq data from OxF3Hand WT at several points (Oh, 3 h, 12 h, and 24 h) after WBPH infection. A number of the genes were further validated by RT-qPCR. Results revealed that highest number of DEGs (4,735) between the two genotypes detected after 24 h of infection. Interestingly, many of the DEGs between the WT and OsF3H under control conditions were also found to be differentially expressed in OsF3H in response to WBPH infestation. These results indicate that significant differences in gene expression between the "OxF3H" and "WT" exist as the infection time increases. Many of these DEGs were related to oxidoreductase activity, response to stress, salicylic acid biosynthesis, metabolic process, defense response to pathogen, cellular response to toxic substance, and regulation of hormones level. Moreover, genes involved in salicylic acid (SA) and Ethylene (Et) biosynthesis were upregulated in OxF3H plants while jasmonic acid (JA), Brassinosteroid (Br), and abscisic acid (ABA) signaling pathways were found downregulated in OxF3H plant during WBPH infestation. Interestingly, many DEGs related to pathogenesis such as OsPR1, OsPR1b, NPR1, OsNPR3 and OsNPR5 were found significantly upregulated in OxF3H plants. Additionally, genes related to MAPKs pathway, and about 30 WRKY genes involved in different pathways were found upregulated in OxF3H plants after WBPH infestation. This suggests that overexpression of the OxF3H gene leads to multiple transcriptomic changes and impact plant hormones, pathogenic related and secondary metabolites related genes and enhancing the plant resistance to WBPH infestation.
Balaraju, Kotnala;Kim, Chang-Jin;Park, Dong-Jin;Nam, Ki-Woong;Zhang, Kecheng;Sang, Mee Kyung;Park, Kyungseok
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.9
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pp.1542-1550
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2016
This is the first report that paromomycin, an antibiotic derived from Streptomyces sp. AG-P 1441 (AG-P 1441), controlled Phytophthora blight and soft rot diseases caused by Phytophthora capsici and Pectobacterium carotovorum, respectively, in chili pepper (Capsicum annum L.). Chili pepper plants treated with paromomycin by foliar spray or soil drenching 7 days prior to inoculation with P. capsici zoospores showed significant (p < 0.05) reduction in disease severity (%) when compared with untreated control plants. The disease severity of Phytophthora blight was recorded as 8% and 50% for foliar spray and soil drench, respectively, at 1.0 ppm of paromomycin, compared with untreated control, where disease severity was 83% and 100% by foliar spray and soil drench, respectively. A greater reduction of soft rot lesion areas per leaf disk was observed in treated plants using paromomycin (1.0 μg/ml) by infiltration or soil drench in comparison with untreated control plants. Paromomycin treatment did not negatively affect the growth of chili pepper. Furthermore, the treatment slightly promoted growth; this growth was supported by increased chlorophyll content in paromomycin-treated chili pepper plants. Additionally, paromomycin likely induced resistance as confirmed by the expression of pathogenesis-related (PR) genes: PR-1, β-1,3-glucanase, chitinase, PR-4, peroxidase, and PR-10, which enhanced plant defense against P. capsici in chili pepper. This finding indicates that AG-P 1441 plays a role in pathogen resistance upon the activation of defense genes, by secretion of the plant resistance elicitor, paromomycin.
Background: The mixed-cultivation of different Panax ginseng cultivars can cause adverse effects on stability of yield and quality. K-1 is a superior cultivar with good root shape and stronger disease resistance. DNA markers mined from functional genes are clearly desirable for K-1, as they may associate with major traits and can be used for marker-assisted selection to maintain the high quality of Korean ginseng. Methods: Five genes encoding pathogenesis-related (PR) proteins of P. ginseng were amplified and compared for polymorphism mining. Primary, secondary, and tertiary structures of PR5 protein were analyzed by ExPASy-ProtParam, PSSpred, and I-TASSER methods, respectively. A coding single nucleotide polymorphism (SNP)-based specific primer was designed for K-1 by introducing a destabilizing mismatch within the 3' end. Allele-specific polymerase chain reaction (PCR) and real-time allele-specific PCR assays were conducted for molecular discrimination of K-1 from other cultivars and landraces. Results: A coding SNP leading to the modification of amino acid residue from aspartic acid to asparagine was exploited in PR5 gene of K-1 cultivar. Bioinformatics analysis showed that the modification of amino acid residue changed the secondary and tertiary structures of the PR5 protein. Primer KSR was designed for specific discrimination of K-1 from other ginseng cultivars and landraces. The developed real-time allele-specific PCR assay enabled easier automation and accurate genotyping of K-1 from a large number of ginseng samples. Conclusion: The SNP marker and the developed real-time allele-specific PCR assay will be useful not only for marker-assisted selection of K-1 cultivar but also for quality control in breeding and seed programs of P. ginseng.
Hypersensitive cell death of plants during incompatible plant-pathogen interactions is one of the efficient defense mechanisms of plants against pathogen infections. For better understanding of the molecular mechanisms involved in the plant hypersensitive response (HR), TMV-induced biotic plant cell death and CuSO4-induced abiotic plant cell death were compared in terms of expression patterns of ten different defense-related genes as molecular markers. The genes include five pathogenesis-related protein genes, two plant secondary metabolite-associated genes, two oxidative stress-related genes and one wound-inducible gene isolated from tobacco. Northern blot analyses revealed that a same set of defense-related genes was induced during both biotic and abiotic cell death but with different time and magnitude. The expression of defense-related genes in tobacco plants was temporarily coincided with the time of cell death. However, when suspension cell cultures was used to monitor the expression of defense-related genes, different patterns of the gene expression were detected. This result implies that three are common and, in addition, also different branches of signaling pathways leading to the induced expression of defense-related genes in tobacco during the pathogen- and heavy metal-induced cell death.
The purple $(pr^+)$ gene of Drosophila and its associated enzyme, sepiapterin synthase, were employed in a study of the relationship between ontogenic expression and the location of the gene in the genome, Enzyme assays performed at different developmental stages indicate the $T(Y:2)pr^c5, cn/pr^c4 cn$ flies (files in which $pr^+$ has been translocated and which exhibit variegation) have a reduced amount of enzyme activity as compared with both wild-type and $pr^1$ flies. This reduction in activity was not found in larval stages, which suggests that the inactivation process probably occurs in late larval or early pupal stages. Tryptophan pyrrolase, the enzyme system associated with vermilion $(v^+)$, was also examined for activity in different developmental stages of the fly. Genotype carrying a translocated $v^+$ shows a peak of tryptophan pyrrolase activity in late larval stages, whereas, Oregon-R exhibits the lowest activity at this period.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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