Kang, Ji Eun;Jeon, Byeong Jun;Park, Min Young;Kim, Beom Seok
The Plant Pathology Journal
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v.36
no.6
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pp.608-617
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2020
The type III secretion system (T3SS) is a key virulence determinant in the infection process of Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pst DC3000). Pathogen constructs a type III apparatus to translocate effector proteins into host cells, which have various roles in pathogenesis. 4-Hydroxybenozic acid and vanillic acid were identified from root extract of Sedum middendorffianum to have inhibitory effect on promoter activity of hrpA gene encoding the structural protein of the T3SS apparatus. The phenolic acids at 2.5 mM significantly suppressed the expression of hopP1, hrpA, and hrpL in the hrp/hrc gene cluster without growth retardation of Pst DC3000. Auto-agglutination of Pst DC3000 cells, which is induced by T3SS, was impaired by the treatment of 4-hydroxybenzoic acid and vanillic acid. Additionally, 2.5 mM of each two phenolic acids attenuated disease symptoms including chlorosis surrounding bacterial specks on tomato leaves. Our results suggest that 4-hydroxybenzoic acid and vanillic acid are potential anti-virulence agents suppressing T3SS of Pst DC3000 for the control of bacterial diseases.
Antimicrobial peptides (AMPs) are small but effective cationic peptides with variable length. In previous study, four hexapeptides were identified that showed antimicrobial activities against various phytopathogenic bacteria. KCM21, the most effective antimicrobial peptide, was selected for further analysis to understand its modes of action by monitoring inhibitory effects of various cations, time-dependent antimicrobial kinetics, and observing cell disruption by electron microscopy. The effects of KCM21 on Gram-negative strain, Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 and Gram-positive strain, Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis were compared. Treatment with divalent cations such as $Ca^{2+}$ and $Mg^{2+}$ inhibited the bactericidal activities of KCM21 significantly against P. syringae pv. tomato DC3000. The bactericidal kinetic study showed that KCM21 killed both bacteria rapidly and the process was faster against C. michiganensis subsp. michiganensis. The electron microscopic analysis revealed that KCM21 induced the formation of micelles and blebs on the surface of P. syringae pv. tomato DC3000 cells, while it caused cell rupture against C. michiganensis subsp. michiganensis cells. The outer membrane alteration and higher sensitivity to $Ca^{2+}$ suggest that KCM21 interact with the outer membrane of P. syringae pv. tomato DC3000 cells during the process of killing, but not with C. michiganensis subsp. michiganensis cells that lack outer membrane. Considering that both strains had similar sensitivity to KCM21 in LB medium, outer membrane could not be the main target of KCM21, instead common compartments such as cytoplasmic membrane or internal macromolecules might be a possible target(s) of KCM21.
Namgung, Min;Lim, Yeon-Jeong;Kang, Min Kyu;Oh, Chang-Sik;Park, Duck Hwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.29
no.12
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pp.1975-1981
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2019
Recently, outbreaks of food-borne diseases linked to fresh produce have been an emerging public health concern worldwide. Previous research has shown that when human pathogens co-exist with plant pathogens, they have improved growth and survival rates. In this study, we have assessed whether Escherichia coli O157:H7 benefits from the existence of a phytopathogenic bacterium and the underlying mechanisms were further investigated. When Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pst DC3000) and E. coli O157:H7 were co-inoculated by either dipping or infiltration methods, the populations of E. coli O157:H7 increased; however, no effect was observed when type three secretion system (T3SS) mutants were used instead, suggesting that E. coli O157:H7 benefits from the presence of Pst DC3000. In addition, this study confirmed that the E. coli O157:H7 populations increased when they occupied the tomato leaf intercellular space; this colonization of the interior of the leaves was possible due to the suppression of the PAMP-triggered immunity (PTI) by Pst DC3000, in particular with the AvrPto effector. In conclusion, our data support a plausible model that E. coli O157:H7 benefits from the presence of Pst DC3000 via AvrPto suppression of the PTI resistance.
Kim, Soohong;Kim, Hyeran;Park, Keunchun;Cho, Da Jeong;Kim, Mi Kyung;Kwon, Chian;Yun, Hye Sup
Molecules and Cells
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v.44
no.9
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pp.670-679
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2021
Vesicle-associated membrane proteins 721 and 722 (VAMP721/722) are secretory vesicle-localized arginine-conserved soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptors (R-SNAREs) to drive exocytosis in plants. They are involved in diverse physiological processes in plants by interacting with distinct plasma membrane (PM) syntaxins. Here, we show that synaptotagmin 5 (SYT5) is involved in plant defense against Pseudomonas syringae pv tomato (Pst) DC3000 by regulating SYP132-VAMP721/722 interactions. Calcium-dependent stimulation of in vitro SYP132-VAMP722 interaction by SYT5 and reduced in vivo SYP132-VAMP721/722 interaction in syt5 plants suggest that SYT5 regulates the interaction between SYP132 and VAMP721/722. We interestingly found that disease resistance to Pst DC3000 bacterium but not to Erysiphe pisi fungus is compromised in syt5 plants. Since SYP132 plays an immune function to bacteria, elevated growth of surface-inoculated Pst DC3000 in VAMP721/722-deficient plants suggests that SYT5 contributes to plant immunity to Pst DC3000 by promoting the SYP132-VAMP721/722 immune secretory pathway.
Disinfecting water containing pathogenic microbes is crucial to the food safety of fresh green agricultural products. The UV-activated peracetic acid (UV/PAA) treatment process is an efficient advanced oxidation process (AOP) and a versatile approach to disinfecting waterborne pathogens. However, its effects on plant growth remain largely unknown. This study found that low-dose UV/PAA treatment induced moderate oxidative stress but enhanced the innate immunity of Arabidopsis against Pseudomonas syringae pv. (Pst) DC3000. When applied as water sources, 5- and 10-ppm UV/PAA treatments slightly reduced biomass and root elongation in Arabidopsis seedlings grown under hydroponic conditions. Meanwhile, treatments of the same doses enhanced defense against Pst DC3000 infection in leaves. Accumulation of hydrogen peroxide and callose increased in UV/PAA-treated Arabidopsis samples, and during the post-infection period, UV/PAA-treated seedlings maintained vegetative growth, whereas untreated seedlings showed severe growth retardation. Regarding molecular aspects, priming-related defense marker genes were rapidly and markedly upregulated in UV/PAA-treated Arabidopsis samples. Conclusively, UV/PAA treatment is an efficient AOP for disinfecting water and protecting plants against secondary pathogenic attacks.
Park, Hyo-Jun;Kwon, Chang-Seob;Woo, Joo-Yong;Lee, Gil-Je;Kim, Young-Jin;Paek, Kyung-Hee
The Plant Pathology Journal
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v.27
no.2
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pp.170-182
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2011
Plants possess multiple resistance mechanisms that protect themselves against pathogen attack. To identify unknown components of the defense machinery in Arabidopsis, gene-expression changes were monitored in Arabidopsis thaliana under 18 different biotic or abiotic conditions using a DNA microarray representing approximately 25% of all Arabidopsis thaliana genes (www.genevestigator.com). Seventeen genes which are early responsive to salicylic acid (SA) treatment as well as pathogen infection were selected and their T-DNA insertion mutants were obtained from SALK institute. To elucidate the role of each gene in defense response, bacterial pathogen Pseudomonas syringae pv. tomato (Pst) DC3000 was inoculated onto individual T-DNA insertion mutants. Four mutants exhibited decreased resistance and five mutants displayed significantly enhanced resistance against Pst DC3000-infection as measured by change in symptom development as compared to wild-type plants. Among them, member of uridin diphosphate (UDP)-glycosyltransferase (UGT) was of particular interest, since a UGT mutant (At1g05680) showed enhanced resistance to Pst-infection in Arabidopsis. In systemic acquired resistance (SAR) assay, this mutant showed enhanced activation of SAR. Also, the enhanced SAR correlated with increased expression of defense-related gene, AtPR1. These results emphasize that the glycosylation of UGT74E2 is a part of the SA-mediated disease-resistance mechanism.
Yoo, Sung-Je;Shin, Da Jeong;Won, Hang Yeon;Song, Jaekyeong;Sang, Mee Kyung
Mycobiology
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v.46
no.2
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pp.147-153
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2018
Certain beneficial microorganisms isolated from rhizosphere soil promote plant growth and induce resistance to a wide variety of plant pathogens. We obtained 49 fungal isolates from the rhizosphere soil of paprika plants, and selected 18 of these isolates that did not inhibit tomato seed germination for further investigation. Based on a seed germination assay, we selected four isolates for further plant tests. Treatment of seeds with isolate JF27 promoted plant growth in pot tests, and suppressed bacterial speck disease caused by Pseudomonas syringae pathovar (pv.) tomato DC3000. Furthermore, expression of the pathogenesis-related 1 (PR1) gene was higher in the leaves of tomato plants grown from seeds treated with JF27; expression remained at a consistently higher level than in the control plants for 12 h after pathogen infection. The phylogenetic analysis of a partial internal transcribed spacer sequence and the b-tubulin gene identified isolate JF27 as Aspergillus terreus. Taken together, these results suggest that A. terreus JF27 has potential as a growth promoter and could be used to control bacterial speck disease by inducing resistance in tomato plants.
Huong, Duyen Do Tran;Rajalingam, Nagendran;Lee, Yong Hoon
The Plant Pathology Journal
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v.37
no.5
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pp.494-501
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2021
Pseudomonas cichorii secretes effectors that suppress defense mechanisms in host plants. However, the function of these effectors, including avirulence protein E1 (AvrE1), in the pathogenicity of P. cichorii, remains unexplored. In this study, to investigate the function of avrE1 in P. cichorii JBC1 (PcJBC1), we created an avrE1-deficient mutant (JBC1ΔavrE1) using CRISPR/Cas9. The disease severity caused by JBC1ΔavrE1 in tomato plants significantly decreased by reducing water soaking during early infection stage, as evidenced by the electrolyte leakage in infected leaves. The disease symptoms caused by JBC1ΔavrE1 in the cabbage midrib were light-brown spots compared to the dark-colored ones caused by PcJBC1, which indicates the role of AvrE1 in cell lysis. The avrE1-deficient mutant failed to elicit cell death in non-host tobacco plants. Disease severity and cell death caused by JBC1ΔavrE1 in host and non-host plants were restored through heterologous complementation with avrE1 from Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (PstDC3000). Overall, our results indicate that avrE1 contributes to cell death during early infection, which consequently increases disease development in host plants. The roles of PcJBC1 AvrE1 in host cells remain to be elucidated.
AvrRpt2 protein triggers hypersensitive response (HR) and strong disease resistance when it is translocated from a bacterial pathogen Pseudomonas sp. to host plant cells containing a cognate RPS2 resistance protein through Type III Secretion System (TTSS). However, AvrRpt2 protein can function as the effector that suppresses a basal defense and enhances the disease symptom when functional RPS2 resistance protein is absent in the infected plant cells. Using Affymetrix Arabidopsis DNA chip, we found that many genes were specifically regulated by AvrRpt2 protein in the rps2 Arabidopsis mutant. Here, we showed that expression of AtERF11 that is known as a member of B1a subcluster of AP2/ERF transcription factor family was down regulated specifically by AvrRpt2. To determine its function in plant resistance, we also generated the Arabidopsis thaliana transgenic plants constitutively overexpressing AtERF11 under CaMV 355 promoter, which conferred an enhanced resistance against a bacterial pathogen, Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000. Thus, these results collectively suggest that AtERF11 plays a role as a positive regulator for disease resistance against biotrophic bacterial pathogen in plant.
Ryu Choong-Min;Murphy John F.;Reddy M.S.;Kloepper Joseph W.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.17
no.2
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pp.280-286
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2007
We evaluated a commercial biopreparation of plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) strains Bacillus subtilis GB03 and B. amyloliquefaciens IN937a formulated with the carrier chitosan (Bio Yield) for its capacity to elicit growth promotion and induced systemic resistance against infection by Cucumber Mosaic Virus (CMV) and Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 in Arabidopsis thaliana. The biopreparation promoted plant growth of Arabidopsis hormonal mutants, which included auxin, gibberellic acid, ethylene, jasmonate, salicylic acid, and brassinosteroid insensitive lines as well as each wild-type. The biopreparation protected plants against CMV based on disease severity in wild-type plants. However, virus titre was not lower in control plants and those treated with biopreparation, suggesting that the biopreparation induced tolerance rather than resistance against CMV. Interestingly, the biopreparation induced resistance against CMV in NahG plants, as evidenced by both reduced disease severity and virus titer. The biopreparation also elicited induced resistance against P. syringae pv. tomato in the wild-type but not in NahG transgenic plants, which degrade endogenous salicylic acid, indicating the involvement of salicylic acid signaling. Our results indicate that some PGPR strains can elicit plant growth promotion by mechanisms that are different from known hormonal signaling pathways. In addition, the mechanism for elicitation of induced resistance by PGPR may be pathogen-dependent. Collectively, the two-Bacilli strain mixture can be utilized as a biological inoculant for both protection of plant against bacterial and viral pathogens and enhancement of plant growth.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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