Gene-expression analysis is increasingly important in biological research, with real-time reverse PCR (RTPCR) becoming the method of choice for high-throughput and accurate expression profiling of selected genes. However, this technique requires important preliminary work for standardizing and optimizing the many parameters involved in the analysis. Plant stress studies are more and more based on gene expression. The analysis of gene expression requires sensitive and reproducible measurements for specific mRNA sequence. Several genes are regulated in response to abitoic stresses, such as salinity, and their gene products function in stress response and tolerance. The design of the primers and TaqMan probes for real-time PCR assays were carried out using the Primer $Express^{TM}$ software 3.0. The PCR efficiency was estimated through the linear regression of the dilution curve. To understand the expression pattern of various genes under salt stressed condition, we have developed a unique public resource of 9 stress-related genes in poplar. In this study, real-time RT-PCR was used to quantify the transcript level of 10 genes (9 stress-related genes and 1 house keeping gene) that could play a role in adaptation of Populus davidiana. Real-time RT-PCR analyses exhibited different expression ratios of related genes. The data obtained showed that determination of mRNA levels could constitute a new approach to study the stress response of P. davidiana after adaptation during growth in salinity condition.
Salinity stress limits plant cultivation in many areas worldwide; however, persimmon (Diospyros spp.) has high tolerance to salt. Five accessions of Diospyros [three of Diospyros lotus (accession numbers 824, 846, and 847); one of Diospyros kaki var. sylvestris (869); and one of Diospyros virginiana (844)] were chosen for analysis of salinity stress. We compared the effects of salt stress on plant growth, relative water content (RWC), malondialdehyde (MDA), electrolyte leakage (EL), hydrogen peroxide content ($H_2O_2$), and antioxidative enzyme activities (superoxide dismutase, SOD; catalase, CAT; peroxidase, POD; and ascorbate peroxidase, APX) in leaves of healthy potted seedlings from each of the five accessions after salt treatment for 25 days. Salt stress affected the growth of plants in all five accessions, with all three D. lotus accessions showing the most severe effect. Salt stress increased membrane lipid peroxidation in all accessions, but a stronger increase was observed in the three D. lotus accessions. Moreover, accumulation of $H_2O_2$ was faster in salt-sensitive D. lotus compared to salt-tolerant D. virginiana 844. The activities of all antioxidant enzymes increased in D. virginiana 844 and in D. kaki var. sylvestris 869; the activities of SOD, CAT, and APX were at similar levels in D. virginiana 844 and D. kaki var. sylvestris 869, but POD activity was stimulated to a greater extent in D. virginiana 844. The activities of all antioxidant enzymes (except POD) decreased in D. lotus 824 and increased (except for SOD) in D.lotus 846. The activities of SOD and APX decreased in D. lotus 847, whereas POD and CAT activities both increased. Relative water content decreased significantly in D. lotus. No significant changes in lipid peroxidation or relevant antioxidant parameters were detected in any of the accessions in controls treated with 0.0% NaCl. D. virginiana 844 had higher antioxidant capacity in response to salinity compared to other persimmon rootstocks. These results indicate that changes of these key physiological variables are related to salinity resistance in different accessions of persimmon.
Baek, Dongwon;Chun, Hyun Jin;Kang, Songhwa;Shin, Gilok;Park, Su Jung;Hong, Hyewon;Kim, Chanmin;Kim, Doh Hoon;Lee, Sang Yeol;Kim, Min Chul;Yun, Dae-Jin
Molecules and Cells
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v.39
no.2
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pp.111-118
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2016
MiR399f plays a crucial role in maintaining phosphate homeostasis in Arabidopsis thaliana. Under phosphate starvation conditions, AtMYB2, which plays a role in plant salt and drought stress responses, directly regulates the expression of miR399f. In this study, we found that miR399f also participates in plant responses to abscisic acid (ABA), and to abiotic stresses including salt and drought. Salt and ABA treatment induced the expression of miR399f, as confirmed by histochemical analysis of promoter-GUS fusions. Transgenic Arabidopsis plants overexpressing miR399f (miR399f-OE) exhibited enhanced tolerance to salt stress and exogenous ABA, but hypersensitivity to drought. Our in silico analysis identified ABF3 and CSP41b as putative target genes of miR399f, and expression analysis revealed that mRNA levels of ABF3 and CSP41b decreased remarkably in miR399f-OE plants under salt stress and in response to treatment with ABA. Moreover, we showed that activation of stress-responsive gene expression in response to salt stress and ABA treatment was impaired in miR399f-OE plants. Thus, these results suggested that in addition to phosphate starvation signaling, miR399f might also modulates plant responses to salt, ABA, and drought, by regulating the expression of newly discovered target genes such as ABF3 and CSP41b.
Alternaria brassicicola (Schwein.) invades Brassicaceae and causes black spot disease, significantly lowering productivity. Mitogen-activated protein kinases (MAPKs) and their upstream kinases, including MAPK kinases (MAPKKs) and MAPKK kinases (MAPKKK), comprise one of the most important signaling pathways determining the pathogenicity of diverse plant pathogens. The AbSte7 gene in the genome of A. brassicicola was predicted to be a homolog of yeast Ste7, a MAPKK; therefore, the function was characterized by generating null mutant strains with a gene replacement method. AbSte7 replacement mutants (RMs) had a slower growth rate and altered colony morphology compared with the wild-type strain. Disruption of the AbSte7 gene resulted in defects in conidiation and melanin accumulation. AbSte7 was also involved in the resistance pathways in salt and oxidative stress, working to negatively regulate salt tolerance and positively regulate oxidative stress. Pathogenicity assays revealed that AbSte7 RMs could not infect intact cabbage leaves, but only formed very small lesions in wounded leaves, whereas typical lesions appeared on both intact and wounded leaves inoculated with the wild-type strain. As the first studied MAPKK in A. brassicicola, these data strongly suggest that the AbSte7 gene is an essential element for the growth, development, and pathogenicity of A. brassicicola.
Yang Dae Hwa;Kim Jin-Hong;Wi Seung Gon;Baek Myung-Hwa;Lim Sang Yong;Lee In Sok;Lee Kyu-Seong;Lee Myung Chul;Lim Yong-Pyo;Chung Byung Yeoup;Kim Jae-Sung
Journal of Life Science
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v.15
no.1
s.68
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pp.61-65
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2005
Using two japonica rice cultivars (Ilpumbyeo and Sanghaehyanghyella), which are distinguishable by the brown planthopper (BHP) resistance maker (R208), a relationship between the BPH resistance gene (Os-Bil) and salt-tolerance was investigated. To do this, changes in the expression level of Os-Bil by the salt stress were quantified by the real-time PCR in the two cultivars, and compared with those in other two indica rice cultivars (Pokkali and IR29). In Ilpumbyeo, the expression level of Os-Bil decreased by the treatments of 50 and 200 mM NaCl in a concentration-dependent manner, and in Sanghaehyanghyella it rather increased slightly at 50 mM but decreased drastically at 200 mM. Comparably, IR29, a salt-sensitive cultivar, showed a reduction of the Os-Bil gene expression after the treatment of 100 mM NaCl, but Pokkali, a salt-tolerance cultivar, rather increased about two times in the level of Os-Bil transcripts. These results suggest that the BPH resistance gene may involve in the difference in the salt-tolerance at least between the two indica rice cultivars.
Kim, Hyo Jin;Baek, So Hyeon;Shin, Woon Chul;Seo, Chun Sun;Park, Myoung Ryoul;Ko, Jae Kwon;Yun, Song Joong
Korean Journal of Breeding Science
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v.42
no.5
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pp.540-546
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2010
This study was conducted to understand the role of soybean pathogenesis-related 10 (GmPR10) gene in salt tolerance and to develop salt-tolerant rice using GmPR10 cDNA. GmPR10 transgene was expressed constitutively in the shoot and root of the $T_1$ transgenic rice plants. Interestingly, however, the levels of the transgene expression were increased temporally up to over four- to five-fold in the shoot and root by 125 mM NaCl treatment, peaking at six hours after the treatment and decreasing thereafter. Electrolyte leakage of leaf cells under 125 mM NaCl treatment was lower in all the transgenic lines than in the control variety, Dongjin-byeo. Ability of seedlings to recover from 125 mM NaCl treatment for two weeks was higher in the transgenic plants than in the control plants. These results demonstrated that GmPR10 had function to increase cell integrity and promote growth under the saline stress imposed by NaCl. The transgenic line GmPR10-3 which showed highest ability to recover from the saline stress could be used as a potential source for salt tolerance in rice breeding programs.
As a cultivar of Korean wheat, 'Keumgang' wheat variety has a fast growth period and can be grown stably. Hexaploid wheat (Triticum aestivum) has moderately high salt tolerance compared to tetraploid wheat (Triticum turgidum L.). However, the molecular mechanisms related to salt tolerance of hexaploid wheat have not been elucidated yet. In this study, the candidate genes related to salt tolerance were identified by investigating the genes that are differently expressed in Keumgang variety and examining salt tolerant mutation '2020-s1340.'. A total of 85,771,537 reads were obtained after quality filtering using NextSeq 500 Illumina sequencing technology. A total of 23,634,438 reads were aligned with the NCBI Campala Lr22a pseudomolecule v5 reference genome (Triticum aestivum). A total of 282 differentially expressed genes (DEGs) were identified in the two Triticum aestivum materials. These DEGs have functions, including salt tolerance related traits such as 'wall-associated receptor kinase-like 8', 'cytochrome P450', '6-phosphofructokinase 2'. In addition, the identified DEGs were classified into three categories, including biological process, molecular function, cellular component using gene ontology analysis. These DEGs were enriched significantly for terms such as the 'copper ion transport', 'oxidation-reduction process', 'alternative oxidase activity'. These results, which were obtained using RNA-seq analysis, will improve our understanding of salt tolerance of wheat. Moreover, this study will be a useful resource for breeding wheat varieties with improved salt tolerance using molecular breeding technology.
Lee In-Sok;Kim Dong-Sub;hua Jin;Kang Si-Yong;Song Hi-Sup;Lee Sang-Jae;Lim Yong-Pyo;Lee Young-Il
Journal of Plant Biotechnology
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v.5
no.3
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pp.173-179
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2003
The combination of a radiation technique with an in vitro culture system was appiled to develop submergence tolerant rice. The 3,000 $M_3$ lines with an average 80 percent of fertile grain were utilized for the selection of submergence tolerance. Salt tolerant lines were selected based on high plant height, root length and root number after submergence in plastic pots. Of the lines tested, the tolerant line (403-6) showed a dramatic difference in morphological traits under submergence compared to its original variety (Dongjinbyeo). It was suggested that genetic variations between the original variety and $M_3$-403-6 did exist. The levels of $\alpha$-amylase and alcohol dehydrogenase activities were significantly increased in the mutant line compared to its original variety. The mutant with greater tolerance showed less electrolyte leakage indicating a greater membrane integrity and better survival. Also, this line was much more resistant to a salt stress of $1.25\%$ than the original variety. The proline level of the line was significantly (p<0.01> higher than that of the original variety. The relationships between the inhibition of growth caused by stress and the physiological changes in the plant cell were discussed.
To withstand ever-changing environmental stresses, plants are equipped with phytohormone-mediated stress resistance mechanisms. Salt stress triggers abscisic acid (ABA) signaling, which enhances stress tolerance at the expense of growth. ABA is thought to inhibit the action of growth-promoting hormones, including brassinosteroids (BRs). However, the regulatory mechanisms that coordinate ABA and BR activity remain to be discovered. We noticed that ABA-treated seedlings exhibited small, round leaves and short roots, a phenotype that is characteristic of the BR signaling mutant, brassinosteroid insensitive1-9 (bri1-9). To identify genes that are antagonistically regulated by ABA and BRs, we examined published Arabidopsis microarray data sets. Of the list of genes identified, those upregulated by ABA but downregulated by BRs were enriched with a BRRE motif in their promoter sequences. After validating the microarray data using quantitative RT-PCR, we focused on RD26, which is induced by salt stress. Histochemical analysis of transgenic Arabidopsis plants expressing RD26pro:GUS revealed that the induction of GUS expression after NaCl treatment was suppressed by co-treatment with BRs, but enhanced by co-treatment with propiconazole, a BR biosynthetic inhibitor. Similarly, treatment with bikinin, an inhibitor of BIN2 kinase, not only inhibited RD26 expression, but also reduced the survival rate of the plant following exposure to salt stress. Our results suggest that ABA and BRs act antagonistically on their target genes at or after the BIN2 step in BR signaling pathways, and suggest a mechanism by which plants fine-tune their growth, particularly when stress responses and growth compete for resources.
Productivity of a rice plant is greatly influenced by salt stress. One of the ways to achieve tolerance to salinity is to transfer genes encoding protective enzymes from other organisms, such as microorganisms. The bacterial gene, mtlD, which encodes mannitol-1-phosphate dehydrogenase (Mtl-DH), was introduced to the cytosol of a rice plant by an imbibition technique to overproduce mannitol. The germination and survival rate of the imbibed rice seeds were markedly increased by transferring the mtlD gene when it was delivered in either a pBIN19 or pBmin binary vector. When a polymerase chain reaction was performed with the genomic DNAs of the imbibed rice leaves as a template and with mtlD-specific primers, several lines were shown to contain an exogenous mtlD DNA. However, a reverse transcription (RT)-PCR analysis revealed that not all of them showed an expression of this foreign gene. This paper demonstrates that the growth and germination of rice plants transiently transformed with the bacterial gene, mtlD, are enhanced and these enhancements may have resulted from the experssion of the mtlD gene. The imbibition method empolyed in this study fulfills the requirements for testing the function of such a putative gene in vivo prior to the production of a stable transgenic plant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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