Salinity stress is a major limiting factor in cereal productivity. Many studies report improvements in salt tolerance using model plants, such as Arabidopsis thaliana or standard varieties of rice, e.g., the japonica rice cultivar Nipponbare. However, there are few reports on the enhancement of salt tolerance in local rice cultivars. In this work, we used the indica rice (Oryza sativa) cultivar BR5, which is a local cultivar in Bangladesh. To improve salt tolerance in BR5, we introduced the Escherichia coli catalase gene, katE. We integrated the katE gene into BR5 plants using an Agrobacterium tumefaciens-mediated method. The introduced katE gene was actively expressed in the transgenic BR5 rice plants, and catalase activity in $T_1$ and $T_2$ transgenic rice was approximately 150% higher than in nontransgenic plants. Under NaCl stress conditions, the transgenic rice plants exhibited high tolerance compared with nontransgenic rice plants. $T_2$ transgenic plants survived in a 200 mM NaCl solution for 2 weeks, whereas nontransgenic plants were scorched after 4 days soaking in the same NaCl solution. Our results indicate that the katE gene can confer salt tolerance to BR5 rice plants. Enhancement of salt tolerance in a local rice cultivar, such as BR5, will provide a powerful and useful tool for overcoming food shortage problems.
We conducted a seed germination screening under saline conditions to identify salt tolerance(sto) mutants with ethyl methane sulfonate(EMS) mutagenesis seed pool. During the screening, we identified three mutant lines that seemed to confer elevated salt tolerance in high concentrations of NaCl. At 175 mM NaCl, germination rate of sto42-14 mutant(one of the EMS salt tolerance mutants) was 7-fold higher than that of wild-type plants. Interestingly, sto42-14 mutant exhibited insensitivity to high glucose concentration and growth inhibition to gibberellin. Our results suggest that sto42-14 is involved in salt stress tolerance as well as in glucose and gibberellin response in Arabidopsis.
Kumar, Nitish;Kaur, Meenakshi;Pamidimarri, D.V.N. Sudheer;Boricha, Girish;Reddy, Muppala P.
Journal of Forest and Environmental Science
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v.24
no.2
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pp.69-77
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2008
Jatropha curcas L. is an oil bearing species with many uses and considerable economic potential as a biofuel crop. Salt stress effect on growth, ion accumulation, contents of protein, proline and antioxidant enzymes activity was determined in callus and seedling to understand the salt tolerance of the species. Exposure of callus and seedling to salt stress reduced growth in a concentration dependent manner. Under salt stress Na content increased significantly in both callus and seedling whereas, differential accumulation in the contents of K, Ca, and Mg was observed in callus and seedling. Soluble protein content differed significantly in callus as compared to seedling, however proline accumulation remained more or less constant with treatments. The proline concentration was ~2 to 3 times more in callus than in seedling. Salt stress induced qualitative and quantitative differences in superoxide dismutase (SOD; E.C. 1.15.1.1) and peroxidase (POX; E.C. 1.11.1.7) in callus and seedling. Salt induced changes of the recorded parameters were discussed in relation to salinity tolerance.
Park, Mehea;Won, Hee-Yeun;Kim, Chang Kil;Han, Jeung-Sul
Journal of Plant Biotechnology
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v.39
no.4
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pp.253-260
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2012
On the basis of the reported agriculturally valuable phenotypes resulted from ectopic overexpression of Arabidopsis vacuolar $H^+$-PPase (AVP1), we generated the Chinese cabbage lines expressing AVP1 which then subjected to salt stress to determine the AVP1 expression if it consistently confers the capability for increasing biomass and enhancing tolerance to salinity in other species. Collectively, here we demonstrate that the transgenic young plants show more vigorous growth and higher tolerance to salt stress than wild-type ones. Increased biomass phenotype by AVP1 expression was supported by comparing fresh and dry weights of transgenic and wild type plants grown under normal condition, while higher salt tolerance trait was confirmed by tracing the kinetics of photosystem II quantum yield and DAB-staining under gradually intensified salt stress induced by MS salt or NaCl, followed by normal condition.
Netty Ermawati;Sang Gon Kim;Joon-Yung Cha;Daeyoung Son
Journal of The Korean Society of Grassland and Forage Science
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v.43
no.1
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pp.42-49
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2023
The plant-specific NAC transcription factors control various biological processes, including plant development and stress responses. We have isolated an ANAC032 gene, one of the NAC transcription factor family, which was highly activated by multi-abiotic stresses, including high salt and drought in Arabidopsis. Here, we generated transgenic plants constitutively expressing ANAC032 and its knockout to identify the functional roles of ANAC032 in Arabidopsis under abiotic stress responses. The ANAC032-overexpressing plants showed enhanced tolerance to salinity and drought stresses. The anac032 knockout mutants were observed no significant changes under the high salt and drought conditions. We also monitored the expression of high salt and drought stress-responsive genes in the ANAC032 transgenic plants and anac032 mutant. The ANAC032 overexpression upregulated the expression of stress-responsive genes, RD29A and ERD10, under the stresses. Thus, our data identify that transcription factor ANAC032 plays as an enhancer for salinity and drought tolerance through the upregulation of stress-responsive genes and provides useful genetic traits for generating multi-abiotic stress-tolerant forage crops.
Salinity is one of the major limiting factors for agricultural productivity. In plants, accumulation of osmolytes plays a pivotal role in abiotic stress tolerance. Likewise, exclusion or compartmentation of $Na^+$ ions into vacuoles provides an efficient mechanism to avert deleterious effects of $Na^+$ in the cytosol. Both vacuolar and plasma membrane sodium transporters and $H^+-ATPases$ can provide the necessary ion homeostasis. A variety of crop plants were engineered with respect to the synthesis of osmoprotectants and ion-compartmentation, but there are other cellular pathways involved in the salinity responses that are still not completely explored. Genomics approaches are increasingly used to identify genes and pathway changes involved in salt-tolerance. The new knowledge may be used via guided genetic engineering of multiple genes to create crop plants with significantly increased productivity in saline soils. This review surveys how plants deal with high salt conditions and how salt tolerance can be improved by transgenic approaches.
Many studies have been conducted to understand plant stress responses to salinity because irrigation-dependent salt accumulation compromises crop productivity and also to understand the mechanism through which some plants thrive under saline conditions. As mechanistic understanding has increased during the last decades, discovery-oriented approaches have begun to identify genetic determinants of salt tolerance. In addition to osmolytes, osmoprotectants, radical detoxification, ion transport systems, and changes in hormone levels and hormone-guided communications, the Salt Overly Sensitive (SOS) pathway has emerged to be a major defense mechanism. However, the mechanism by which the components of the SOS pathway are integrated to ultimately orchestrate plant-wide tolerance to salinity stress remains unclear. A higher-level control mechanism has recently emerged as a result of recognizing the involvement of GIGANTEA (GI), a protein involved in maintaining the plant circadian clock and control switch in flowering. The loss of GI function confers high tolerance to salt stress via its interaction with the components of the SOS pathway. The mechanism underlying this observation indicates the association between GI and the SOS pathway and thus, given the key influence of the circadian clock and the pathway on photoperiodic flowering, the association between GI and SOS can regulate growth and stress tolerance. In this review, we will analyze the components of the SOS pathways, with emphasis on the integration of components recognized as hallmarks of a halophytic lifestyle.
Heat shock proteins play an important role in plant stress tolerance and are mainly regulated by heat shock transcription factors (Hsfs). In this study, we generated transgenic rice over-expressing OsHsfA7 and carried out morphological observation and stress tolerance assays. Transgenic plants exhibited less, shorter lateral roots and root hair. Under salt treatment, over-expressing OsHsfA7 rice showed alleviative appearance of damage symptoms and higher survival rate, leaf electrical conductivity and malondialdehyde content of transgenic plants were lower than those of wild type plants. Meanwhile, transgenic rice seedlings restored normal growth but wild type plants could not be rescued after drought and re-watering treatment. These findings indicate that over-expression of OsHsfA7 gene can increase tolerance to salt and drought stresses in rice seedlings.
Pathan, Safiullah;Nguyen, Henry T.;Sharp, Robert E.;Shannon, J. Grover
Korean Journal of Breeding Science
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v.42
no.4
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pp.329-338
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2010
Drought, salinity and flooding are three important abiotic factors limiting soybean production worldwide. Irrigation, soil reclamation, and drainage systems are not generally available or economically feasible for soybean production. Therefore, productive soybean varieties with tolerance are a cost effective means for reducing yield losses due to these factors. Genetic variability for higher tolerance to drought, salt and flooding is important. However, only a small portion of nearly 200,000 world soybean accessions have been screened to find genotypes with tolerance for use in breeding programs. Evaluation for tolerance to drought, salinity and flooding is difficult due to lack of faster, cost effective, repeatable screening methods. Soybean strains with higher tolerance to the above stresses have been identified. Crosses with lines with drought, salt and flooding tolerance through conventional breeding has made a significant contribution to improving tolerance to abiotic stress in soybean. Molecular markers associated with tolerance to drought, salt and flooding will allow faster, reliable screening for these traits. Germplasm resources, genome sequence information and various genomic tools are available for soybean. Integration of genomic tools coupled with well-designed breeding strategies and effective uses of these resources will help to develop soybean varieties with higher tolerance to drought, salt and flooding.
This study investigated the effect of proline addition on the salt tolerance of Tetragenococcus halophilus. Salt stress led to the accumulation of intracellular proline in T. halophilus. When 0.5 g/l proline was added to hyperhaline medium, the biomass increased 34.6% (12% NaCl) and 27.7% (18% NaCl) compared with the control (without proline addition), respectively. A metabolomic approach was employed to reveal the cellular metabolic responses and protective mechanisms of proline upon salt stress. The results showed that both the cellular membrane fatty acid composition and metabolite profiling responded by increasing unsaturated and cyclopropane fatty acid proportions, as well as accumulating some specific intracellular metabolites (environmental stress protector). Higher contents of intermediates involved in glycolysis, the tricarboxylic acid cycle, and the pentose phosphate pathway were observed in the cells supplemented with proline. In addition, addition of proline resulted in increased concentrations of many organic osmolytes, including glutamate, alanine, citrulline, N-acetyl-tryptophan, and mannitol, which may be beneficial for osmotic homeostasis. Taken together, results in this study suggested that proline plays a protective role in improving the salt tolerance of T. halophilus by regulating the related metabolic pathways.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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