Weizmannia coagulans can be used as a starter strain in fermented foods or as a probiotic. However, it is salt-sensitive. Here, W. coagulans genomes were compared with the genomes of strains of Bacillus species (B. licheniformis, B. siamensis, B. subtilis, and B. velezensis) that were isolated from fermented foods and show salt tolerance, to identify the basis for the salt-sensitivity of W. coagulans. Osmoprotectant uptake (Opu) systems transport compatible solutes into cells to help them tolerate osmotic stress. B. siamensis, B. subtilis, and B. velezensis each possess five Opu systems (OpuA, OpuB, OpuC, OpuD, and OpuE); B. licheniformis has all except OpuB. However, W. coagulans only has the OpuC system. Based on these findings, the opuA and opuB operons, and the opuD and opuE genes, were amplified from B. velezensis. Expression of each of these systems, respectively, in W. coagulans increased salt-tolerance. W. coagulans expressing B. velezensis opuA, opuD, or opuE grew in 10.5% NaCl (w/v), whereas wild-type W. coagulans could not grow in 3.5% NaCl. The salt resistance of B. subtilis was also increased by overexpression of B. velezensis opuA, opuB, opuD, or opuE. These results indicate that the salt-susceptibility of W. coagulans arises because it is deficient in Opu systems.
한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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pp.244-244
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2017
Soil salinity due to accumulation of salts particularly sodium chloride affects agricultural lands and their vegetation. Generally, rice is a moderately sensitive plant with some cultivars with varying tolerance to salinity. Though there are physiological differences between salt-sensitive and salt-tolerant rice cultivars, both are still affected especially during high salinity and prolonged exposure. This also ultimately affects their indigenous bacterial endophytes particularly those that inhabit the rice seed endosphere. This study investigates the dynamic structure of seed bacterial endophytes of salt-sensitive and tolerant rice cultivars grown in different levels of soil salinity. Endophytic bacterial diversity was studied Terminal-Restriction Fragment Length Polymorphism (T-RFLP) analysis. Results revealed a very interesting pattern of diversity and shifts in community structure of bacterial endophytes in the rice seeds. There is a general decrease in diversity for the salt-sensitive rice cultivar, IR29 as soil salinity increases. For the salt-tolerant cultivars, IC32 and IC37, diversity interestingly increased at moderate salinity then decreased at high soil salinity. The patterns of community structure is also strikingly different for the salt-sensitive and salt-tolerant rice cultivars. IR29 has a more even distribution of abundance, but under soil salinity, the community shifted where Curtobacterium, Pantoea, Flavobacterium and Microbacterium become the more dominant bacterial communities. For IC32 and IC37, the dominant bacterial groups under normal stress conditions were also the dominant bacterial groups during salt stress conditions. Their seed bacterial community is dominated by endophytes belonging to Microbacterium, Flavobacterium, Pantoea, Kosakonia and Enterobacter. Stenotrophomonas and Xanthomonas have not changed in terms of abundance under different salinity stress level in the salt-sensitive and salt-tolerant rice cultivars. This study showed that soil salinity greatly influenced the seed bacterial communities of rice seeds irrespective of their physiological tolerance to salinity.
Gambichler, Vanessa;Zuccarello, Giuseppe C.;Karsten, Ulf
ALGAE
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제36권2호
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pp.137-146
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2021
Intertidal macroalgae are regularly exposed to hypo- or hypersaline conditions which are stressful. However, red algae in New Zealand are generally poorly studied in terms of salinity tolerance. Consequently, two native (Bostrychia arbuscula W. H. Harvey [Ceramiales], Champia novae-zelandiae [J. D. Hooker & Harvey] Harvey [Rhodymeniales]) and one introduced red algal taxon (Schizymenia spp. J. Agardh [Nemastomatales]) were exposed for 5 days in a controlled salt stress experiment to investigate photosynthetic activity and osmotic acclimation. The photosynthetic activity of B. arbuscula was not affected by salinity, as reflected in an almost unchanged maximum quantum yield (Fv/Fm). In contrast, the Fv/Fm of C. novae-zelandiae and Schizymenia spp. strongly decreased under hypo- and hypersaline conditions. Treatment with different salinities led to an increase of the total organic osmolyte concentrations with rising salt stress in B. arbuscula and Schizymenia spp. In C. novae-zelandiae the highest organic osmolyte concentrations were recorded at SA 38, followed by declining amounts with further hypersaline exposure. In B. arbuscula, sorbitol was the main organic osmolyte, while the other taxa contained floridoside. The data presented indicate that all three red algal species conspicuously differ in their salt tolerance. The upper intertidal B. arbuscula exhibited a wide salinity tolerance as reflected by unaffected photosynthetic parameters and strong sorbitol accumulation under increasing salinities, and hence can be characterized as euryhaline. In contrast, the introduced Schizymenia spp. and native C. novae-zelandiae, which preferentially occur in the mid-intertidal, showed a narrower salinity tolerance. The species-specific responses reflect their respective vertical positions in the intertidal zone.
Kim, Kyung Hwa;Choi, Man Soo;Chun, Jae Buhm;Jin, Mi Na;Jeong, Nam Hee;Kim, Dool Yi
한국작물학회:학술대회논문집
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한국작물학회 2018년도 추계학술대회
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pp.179-179
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2018
Potato (Solanum tubersosum L.) is susceptible to various environmental stresses such as salt, high temperature, and drought. Especially, potato tuber growth is greatly affected by drought that causes not only yield reduction but also loss of tuber quality. Since unpredictable global weather changes cause more severe and frequent water limiting conditions, improvement of potato drought tolerance can minimize such adverse effects under drought and can impact on sustainable potato production. Genetic engineering can be utilized to improve potato drought tolerance, but such approaches using endogenous potato genes have rarely been applied. We were obtained AtbZIP28 gene transgenic potato plants. It is identified transcript levels at various stress conditions, polyethylene glycol (PEG), NaCl, (ABA). Also, For identification to regulate ER stress response genes in AtbZIP28 gene transgenic potato plant, we screened seven potato genes from RNA-seq analysis under TM treatment. Five and two genes were up- and down-regulated by TM, respectively. Their expression patterns were re-examined at stress agents known to elicit TM, DTT, DMSO and salt stress.
본 연구는 배추에서 염 저항성 관련 유전자를 발굴하기 위해 수행되었다. 우선 염처리(250mM NaCl)된 순계배추 'Chiifu'를 이용한 KBGP-24K oligo chip 데이터[BrEMD(B. rapa EST and microarray database)]를 분석하였다. 그 결과, 염처리 시 크게 반응하는 202개의 unigene들을 1차 선발하였고, 이들 중 기능이 정확히 알려지지 않았으나 완전장을 갖추고 있는 1개의 유전자를 최종선발하여 BrSSR(B. rapa salt sensitive resistance)로 명명하였다. BrSSR은 94개의 아미노산으로 번역되는 총 285bp의 오픈리딩프레임을 가지고 있으며, DUF581 도메인을 지니고 있다. 염 저항성을 분석하기 위하여 BrSSR이 과발현된 pSL94 vector를 제작하여 담배에 형질전환시켰다. BrSSR이 과발현된 $T_1$ 세대 담배 형질전환체들은 PCR과 DNA blot 분석에 의해 선발하였다. Quantitative real-time RT PCR 분석 결과, 형질 전환된 담배에서 BrSSR의 발현이 대조군 보다 약 3.8배까지 높게 발현되었다. 이는 RNA blot 분석 결과와도 일치했다. 또한 표현형 분석에서 5일간 250mM NaCl 염 처리 후 BrSSR이 과발현된 형질전환체들이 대조군보다 우수한 염 저항성을 보여 주었다. 위 결과들에 근거하여 염 스트레스 환경 하에서 BrSSR 유전자의 과발현은 식물의 염 저항성을 향상과 매우 밀접한 관계가 있는 것으로 판단된다.
다양한 비생물적 스트레스 중 토양 염 집적은 식물의 광합성 효율, 생장 및 수확량의 감소를 초래한다. 최근 염 저항성 향상을 위한 많은 유전자들이 보고되고 있다. 본 연구의 목적은 형질전환 배추를 이용하여 아직 기능이 밝혀져 있지 않지만 완전장이 보고된 Brassica rapa Salt Stress Resistance(BrSSR) 유전자의 기능을 검정하는 것이다. BrSSR의 생리적 역할을 분석하기 위해, BrSSR의 과발현 vector인 pSL94 vector를 이용하여 내혼계 배추('CT001')를 형질전환하였다. Quantitative real-time RT-PCR 분석에서 형질전환체의 BrSSR 발현량은 대조군 대비 2.59배까지 증가하였다. 한편, 염 처리 후 표현형 분석에서 BrSSR이 과발현된 형질전환체들이 정상적인 생장을 보여줌으로써 염 스트레스에 내성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. Microarray 분석을 통해 구축된 염 스트레스 저항성 관련 유전자들의 발현 네트워크 상에서 BrSSR은 기존에 염 저항성 관련 유전자로 보고되어 있는 ERD15(AT2G41430), protein containing PAM2(AT4G14270), GABA-T(AT3G22200)와 매우 밀접하게 연결되어 있는 것으로 분석되었다. 위 결과들을 바탕으로 BrSSR은 염 스트레스 발생 시 식물의 생장 및 저항성에 관련된 중요한 역할을 하는 것으로 판단된다.
Byeong Hee Kang;Woon Ji Kim;Sreepama Chowdhury;Chang Yeok Moon;Sehee Kang;Bo-Keun Ha
한국작물학회:학술대회논문집
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한국작물학회 2022년도 추계학술대회
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pp.261-261
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2022
Cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp] is one of the most important grain legumes that enhance soil fertility and is well-adapted to various abiotic stress. Also, it is cultivated worldwide as a tropical annual crop, and the semi-arid regions are known as the main cowpea-produced regions. However, accumulation of soil salinity induced by low rainfall in these regions is reducing crop yields and quality. In general, plants exposed to soil salinity cause an accumulation of high ion chloride, which leads to the degradation of root and leaf proteins. In this study, we identified candidate genes associated with salinity tolerance through an analysis of differentially expressed genes (DEGs) in four cowpea germplasms with contrasting salinity tolerance. A total of 553,776,035 short reads were obtained using the Illumina Novaseq 6000 platform for RNA-Seq, which were subsequently aligned to the reference genome of cowpea Vunguiculata v1.2. A total of9,806 DEGs were identified between NaCl treatment and control of four cowpea germplasms. Among these DEGs, functions related to salt stress such as calcium transporter and cytochrome-450 family were associated with salt stress. In GO analysis and KEGG analysis, these DEGs were enriched in terms such as the "phosphorylation", ''extracellular region", and "ion binding". These RNA-seq results will improve the understanding of the salt tolerance of cowpea and can be used as useful basic data for molecular breeding technology in the future.
[ ${\Delta}^1$ ]pyrroline-5-carboxylate synthetase (P5CS) is a proline biosynthetic pathway enzyme and is known for conferring enhanced salt and drought stress in transgenics carrying this gene in a variety of plant species; however, the wild-type P5CS is subjected to feedback control. Therefore, in the present study, we used a mutagenized version of this osmoregulatory gene-P5CSF129A, which is not subjected to feedback control, for producing transgenic indica rice plants of cultivar Karjat-3 via Agrobacterium tumefaciens. We have used two types of explants for this purpose, namely mature embryo-derived callus and shoot apices. Various parameters for transformation were optimized including antibiotic concentration for selection, duration of cocultivation, addition of phenolic compound, and bacterial culture density. The resultant primary transgenic plants showed more enhanced proline accumulation than their non-transformed counterparts. This proline level was particularly enhanced in the transgenic plants of next generation ($T_1$) under 150 mM NaCl stress. The higher proline level shown by transgenic plants was associated with better biomass production and growth performance under salt stress and lower extent of lipid peroxidation, indicating that overproduction of proline may have a role in counteracting the negative effect of salt stress and higher maintenance of cellular integrity and basic physiological processes under stress.
Khaleda, Laila;Park, Hee Jin;Yun, Dae-Jin;Jeon, Jong-Rok;Kim, Min Gab;Cha, Joon-Yung;Kim, Woe-Yeon
Molecules and Cells
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제40권12호
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pp.966-975
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2017
Excessive salt disrupts intracellular ion homeostasis and inhibits plant growth, which poses a serious threat to global food security. Plants have adapted various strategies to survive in unfavorable saline soil conditions. Here, we show that humic acid (HA) is a good soil amendment that can be used to help overcome salinity stress because it markedly reduces the adverse effects of salinity on Arabidopsis thaliana seedlings. To identify the molecular mechanisms of HA-induced salt stress tolerance in Arabidopsis, we examined possible roles of a sodium influx transporter HIGH-AFFINITY $K^+$ TRANSPORTER 1 (HKT1). Salt-induced root growth inhibition in HKT1 overexpressor transgenic plants (HKT1-OX) was rescued by application of HA, but not in wild-type and other plants. Moreover, salt-induced degradation of HKT1 protein was blocked by HA treatment. In addition, the application of HA to HKT1-OX seedlings led to increased distribution of $Na^+$ in roots up to the elongation zone and caused the reabsorption of $Na^+$ by xylem and parenchyma cells. Both the influx of the secondary messenger calcium and its cytosolic release appear to function in the destabilization of HKT1 protein under salt stress. Taken together, these results suggest that HA could be applied to the field to enhance plant growth and salt stress tolerance via post-transcriptional control of the HKT1 transporter gene under saline conditions.
5-Aminolevulinate (ALA) is well-known as an essential biosynthetic precursor of all tetrapyrrole compounds, which has been suggested to improve plant salt tolerance by exogenous application. In this work, the gene encoding aminolevulinate synthase (ALA-S) in yeast (Saccharomyces cerevisiae Hem1) was introduced into the genome of Arabidopsis controlled by the Arabidopsis thaliana HemA1 gene promoter. All transgenic lines were able to transcribe the YHem1 gene, especially under light condition. The chimeric protein (YHem1-EGFP) was found co-localizing with the mitochondria in onion epidermal cells. The transgenic Arabidopsis plants could synthesize more endogenous ALA with higher levels of metabolites including chlorophyll and heme. When the $T_2$ homozygous seeds were cultured under NaCl stress, their germination and seedling growth were much better than the wild type. Therefore, introduction of ALA-S gene led to higher level of ALA metabolism with more salt tolerance in higher plants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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