Rice blast fungus, Magnaporthe oryzae, is the most destructive pathogen of rice in the world. This fungus has a biotrophic phase early in infection and switches to a necrotrophic lifestyle after host cell death. During the biotrophic phase, the fungus competes with host for nutrients and oxygen. Continuous uptake of oxygen is essential for successful establishment of blast disease of this pathogen. Here, we report transcriptional responses of the fungus to oxygen limitation. Transcriptome analysis using RNA-Seq identified 1,047 up-regulated genes in response to hypoxia. Those genes were involved in mycelial development, sterol biosynthesis, and metal ion transport based on hierarchical GO terms and well-conserved among three different fungal species. In addition, null mutants of three hypoxia-responsive genes were generated and tested for their roles on fungal development and pathogenicity. The mutants for a sterol regulatory element-binding protein gene, MoSRE1, and C4 methyl sterol oxidase gene, ERG25, exhibited increased sensitivity to hypoxia-mimetic agent, increased conidiation, and delayed invasive growth within host cells, suggesting important roles in fungal development. However, such defects did not cause any significant decrease in disease severity. The other null mutant for alcohol dehydrogenase gene, MoADH1, showed no defect in the hypoxia-mimic condition and fungal development. Taken together, this comprehensive transcriptional profiling in response to a hypoxia condition with experimental validations would provide new insights on fungal development and pathogenicity in plant pathogenic fungi.
Cho, Young-Il;Jiang, Wenzhu;Chin, Joong-Hyoun;Piao, Zhongze;Cho, Yong-Gu;McCouch, Susan R.;Koh, Hee-Jong
Molecules and Cells
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v.23
no.1
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pp.72-79
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2007
Demand for low-input sustainable crop cultivation is increasing to meet the need for environment-friendly agriculture. Consequently, developing genotypes with high nutrient use efficiency is one of the major objectives of crop breeding programs. This study was conducted to identify QTLs for traits associated with physiological nitrogen use efficiency (PNUE). A recombinant inbred population (DT-RILs) between Dasanbyeo (a tongil type rice, derived from an indica ${\times}$ japonica cross and similar to indica in its genetic make-up) and TR22183 (a Chinese japonica variety) consisting of 166 $F_8$ lines was developed and used for mapping. A frame map of 1,409 cM containing 113 SSR and 103 STS markers with an average interval of 6.5 cM between adjacent marker loci was constructed using the DT-RILs. The RILs were cultivated in ordinary-N ($N-P_2O_5-K_2O=100-80-80kg/ha$) and low-N ($N-P_2O_5-K_2O=50-80-80kg/ha$) (100 kg/ha) conditions. PNUE was positively correlated with the harvest index and grain yield in both conditions. Twenty single QTLs (S-QTLs) and 58 pairs of epistatic loci (E-QTLs) were identified for the nitrogen concentration of grain, nitrogen concentration of straw, nitrogen content of shoot, harvest index, grain yield, straw yield and PNUE in both conditions. The phenotypic variance explained by these S-QTLs and E-QTLs ranged from 11.1 to 44.3% and from 16.0% to 63.6%, respectively. The total phenotypic variance explained by all the QTLs for each trait ranged from 35.8% to 71.3%, showing that the expression of PNUE and related characters depends signify- cantly upon genetic factors. Both S-QTLs and E-QTLs may be useful for marker-assisted selection (MAS) to develop higher PNUE genotypes.
This work aimed to study whether rice bran extract fermented with Lactobacillus plantarum (LW) promotes functional recovery and reduces cognitive impairment after ischemic brain injury. Ischemic brain injury was induced by middle cerebral artery occlusion (MCAO) in rats. Four groups were studied, namely the (1) sham, (2) vehicle, (3) donepezil, and (4) LW groups. Animals were injected with LW once a day for 7 days after middle cerebral artery occlusion. LW group showed significantly improved neurological function as compared to the vehicle group, as well as enhanced learning and memory in the Morris water maze. The LW group showed the greatest functional recovery. Moreover, the LW group showed an enhanced more survival cells anti-apoptotic effect in the cortex and neural cell densities in the hippocampal DG and CA1. In addition, this group showed enhanced expression of neurotrophic factors, antioxidant genes, and the acetylcholine receptor gene, as well as synaptophysin (SYP), Fox-3 (NeuN), doublecortin (DCX), and choline acetyltransferase (ChAT) proteins. Our findings indicate that LW treatment showed the largest effects in functional recovery and cognitive improvement after ischemic brain injury through stimulation of the acetylcholine receptor, antioxidant genes, neurotrophic factors, and expression of NeuN, SYP, DCX, and ChAT.
Kim, Dea-Wook;Shibato, Junko;Agrawal, Ganesh Kumar;Fujihara, Shinsuke;Iwahashi, Hitoshi;Kim, Du Hyun;Shim, Ie-Sung;Rakwal, Randeep
Molecules and Cells
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v.24
no.1
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pp.45-59
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2007
We describe the gene expression profile of third leaves of rice (cv. Nipponbare) seedlings subjected to salt stress (130 mM NaCl). Transcripts of Mn-SOD, Cu/Zn-SOD, cytosolic and stromal APX, GR and CatB were up-regulated, whereas expression of thylakoid-bound APX and CatA were down-regulated. The levels of the compatible solute proline and of transcripts of its biosynthetic gene, ${\Delta}^1$-pyrroline-5-carboxylate synthetase (P5CS), were strongly increased by salt stress. Interestingly, a potential compatible solute, ${\gamma}$-aminobutyric acid (GABA), was also found to be strongly induced by salt stress along with marked up-regulation of transcripts of GABA-transaminase. A dye-swap rice DNA microarray analysis identified a large number of genes whose expression in third leaves was altered by salt stress. Among 149 genes whose expression was altered at all the times assayed (3, 4 and 6 days) during salt stress, there were 47 annotated novel genes and 76 unknown genes. These results provide new insight into the effect of salt stress on the expression of genes related to antioxidant enzymes, proline and GABA as well as of genes in several functional categories.
In two separate experiments with crossbred bulls (Sahiwal $\times$ indigenous) the effect of access to a urea-molasses lickblock (MOL-U-MIN) on straw diets was studied. The animals were given either untreated (US) or urea treated (TS) rice straw with or without lickblock supplementation. In experiment 1, individual dry matter intake (DMI) and dry matter digestibility (DMD) were measured, while in experiment 2 in addition to the above rumen (pH, ammonia, minerals) and blood (protein, minerals and haemotological) parameters were also measured. With both experiments urea treatment did not effect DMI, but lickblock supplementation significantly (p < 0.05) increased DMI. The DMD values obtained in both experiments for TS were significantly (p < 0.05) higher than for US, but lickblock supplementation did not effect the DMD of either US or TS fed animals. Both urea treatment (6.97 vs 6.93) and lickblock supplementation (6.98 vs 6.92) significantly (p < 0.001) reduced the rumen pH. Urea treatment and lickblock supplementation increased the rumcn $NH_3-N$ concentration (mg/100 ml) from 8.7 to 11.9 and 9.2 to 11.4, respectively. Both US and TS diets fed with or without lickblock increased the molar ratio of Na : K in saliva. Phosphorus content in blood plasma was significantly (p < 0.01) increased due to lickblock supplementation, whereas the Fc content in blood was significantly increased (p < 0.01) by urea treatment. Haemoglobin content in blood ranged from 11.3 to 11.7 g/dl, and was not influenced by urea treatment or lickblock supplementation. Lickblock significantly reduced the number of red blood cells, but increased the mean corpuscular volume. It is concluded that feeding urea treated straw with proper mineral supplementation could be a more economical alternative to lickblock supplementation.
Embryogenic calli were induced from mature seed scutella of anther culture-derived rice variety Zhonghua 8. Cell suspension cultures were initiated from friable embryogenic calli and utilized as source material for protoplast isolation. Generally, the older and finer cell suspensions gave higher protoplast yields than younger suspension cultures. Protoplasts exhibited sustained cell division and formed microcalli when cultured in KPR medium supplemented with 0.5 mg $l^{-1}$ 2,4-D, 1.0 mg $l^{-1}$ NAA and 0.5 mg $l^{-1}$ zeatin using the agarose embedding procedure without feeder cells. Protoplast plating efficiencies ranged from 0.20 to 0.54%. Microcalli were transferred to MS medium supplemented with 2.0 mg $l^{-1}$ kinetin and 0.5mg $l^{-1}$ NAA for plant regeneration. The regeneration frequencies were 2 to 12%, depending on the cell suspension lines of Zhonghua 8. The plants were transferred to the glasshouse and were fertile.
Lim, Ki-Taek;Choi, Jeong Moon;Lim, Won-Chul;Kim, Jangho;Cho, Hong-Yon;Chung, Jong Hoon
Journal of Biosystems Engineering
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v.39
no.3
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pp.235-243
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2014
Purpose: The aim of this study was to prepare and evaluate a natural material extracted from germinated brown rice (GBR). Herein, we evaluated whether the natural material could positively activate the biological effects seen during bone formation, including enhancement of metabolic activity, osteogenesis, and the expression of vascular endothelial growth factor (VEGF), one of the growth factors in human osteoblast-like cells. Methods: The natural material was created by a hot water extraction process after being soaked for 2~3 days in tap water and dried at $50^{\circ}C$. The material was characterized using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction (XRD), and Fourier transformed infrared (FTIR) spectroscopy. The biological behaviors of the material were also investigated; we performed tests to assess cell cytotoxicity, metabolic activity, osteogenic markers related to bone formation, and VEGF. Results: The EDX, XRD, and FTIR results for the natural material indicated the presence of organic compounds. The natural material caused positive increases in cell metabolic activity and mineralized bone formation without cytotoxicity. The protein levels in the extract for the $6.25{\mu}g/mL$, $12.25{\mu}g/mL$, $25{\mu}g/mL$, $50{\mu}g/mL$, and $100{\mu}g/mL$ groups were significantly different from that for the control. Conclusions: The GBR-based natural material was easy to prepare and had characteristics of a potential biomaterial. The biocompatibility of this natural material was evaluated using in vitro techniques; our findings indicate that this novel material is promising for agricultural and biological applications.
A method for acid-hydrolysis of agricultural wastes and its utilization was investigated. In order to obtain fermentable sugar solution from cellulosic wastes such as cereal straws and hulls, in particular, of rice, barley and wheat, the chemical compositions were analyzed and optimum conditions of hydrolysis determined. The cereal straws contain 42 to 55 % of crude cellulose including hemicellulose. On the hydrolysis with 1% of sulfuric acid at 40 psig, 35.6% of the reducing sugar based on the weight of dry matter was formed from rice straw, (variety Chinheung) in 30 min. More powerful condition of hydrolysis would appear to decompose the sugar formed into other compounds, for instance, furfural. Under atmospheric pressure with 5% of the acid, rice straw was hydrolyzed to 35% of reducing sugar content in 3 hours. Candida utilis could assimilate the sugars in the hydrolyzate up to more than 97%, and a yield of the yeast cells reached 55% to the utilized sugars.
Pre-mRNA splicing further increases protein diversity acquired through evolution. The underlying driving forces for this phenomenon are unknown, especially in terms of gene expression. A rice alternatively spliced transcript detection microarray (ASDM) and RNA sequencing (RNA-Seq) were applied to differentiate the transcriptome of 4 representative organs of Oryza sativa L. cv. Ilmi: leaves, roots, 1-cm-stage panicles and young seeds at 21 days after pollination. Comparison of data obtained by microarray and RNA-Seq showed a bell-shaped distribution and a co-lineation for highly expressed genes. Transcripts were classified according to the degree of organ enrichment using a coefficient value (CV, the ratio of the standard deviation to the mean values): highly variable (CVI), variable (CVII), and constitutive (CVIII) groups. A higher index of the portion of loci with alternatively spliced transcripts in a group (IAST) value was observed for the constitutive group. Genes of the highly variable group showed the characteristics of the examined organs, and alternatively spliced transcripts tended to exhibit the same organ specificity or less organ preferences, with avoidance of 'organ distinctness'. In addition, within a locus, a tendency of higher expression was found for transcripts with a longer coding sequence (CDS), and a spliced intron was the most commonly found type of alternative splicing for an extended CDS. Thus, pre-mRNA splicing might have evolved to retain maximum functionality in terms of organ preference and multiplicity.
Plants have evolved strategies to cope with drought stress by maximizing physiological capacity and adjusting developmental processes such as flowering time. The WOX13 orthologous group is the most conserved among the clade of WOX homeodomain-containing proteins and is found to function in both drought stress and flower development. In this study, we isolated and characterized OsWOX13 from rice. OsWOX13 was regulated spatially in vegetative organs but temporally in flowers and seeds. Overexpression of OsWOX13 (OsWOX13-ov) in rice under the rab21 promoter resulted in drought resistance and early flowering by 7-10 days. Screening of gene expression profiles in mature leaf and panicles of OsWOX13-ov showed a broad spectrum of effects on biological processes, such as abiotic and biotic stresses, exerting a cross-talk between responses. Protein binding microarray and electrophoretic mobility shift assay analyses supported ATTGATTG as the putative cis-element binding of OsWOX13. OsDREB1A and OsDREB1F, drought stress response transcription factors, contain ATTGATTG motif(s) in their promoters and are preferentially expressed in OsWOX13-ov. In addition, Heading date 3a and OsMADS14, regulators in the flowering pathway and development, were enhanced in OsWOX13-ov. These results suggest that OsWOX13 mediates the stress response and early flowering and, thus, may be a regulator of genes involved in drought escape.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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