Abiotic stress is the primary cause of crop loss worldwide, reducing average yields for most major crop plants by more than 50%. In addition, future agricultural production and management will encounter multifaceted challenges from global climate change. Therefore, it is necessary to study the molecular response of crop plants to the stresses in order to develop appropriate strategies to sustain food production under adverse environmental conditions. We carried out a large scale proteomic analysis of soybean plants in response to various abiotic stresses, including drought, salinity, waterlogging and their interactions. Proteins were analyzed by two dimensional polyacrylamide gel electrophoresis followed by matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight (MALDI-TOF) mass spectrometry. The identified proteins are involved in a wide range of cellular functions. In addition to the well known stress-associated proteins, we identified several novel proteins, which were not reported before. In many cases our proteomic data bridges the gap between mRNA and metabolite data. Our studie provides new insights into identification of abiotic stress responsive proteins in soybean, and demonstrates the advantages of proteomic analysis in dissecting metabolic and regulatory networks.
Kim, Jun-Hyeok;Hossain, Acktar Mohammad;Kim, Na-Hyun;Lee, Dong-Ho;Lee, Ho-Joung
Journal of Applied Biological Chemistry
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v.54
no.4
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pp.244-251
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2011
Galactinol and rafinose accumulation in plants is associated with stressful environmental conditions such as cold, heat, or dehydration by the action of galactinols synthase (GolS) in the raffinose family of oligosaccharides biosynthetic pathway from UDP-galactose. Moreover, several reports mentioned that GolS transcription is up regulated by various environmental stresses like cold, heat, dehydration. Therefore, to determine whether MoGolS1 was induced with the abiotic stress we analyzed the expression pattern of the gene under various abiotic stresses like heat, cold, abscisic acid, sucrose and salt concentration in the lemon balm plants grown in standard MS medium. The MoGolS1 gene was 981-bp in length encoding 326 amino acids in its sequence and shared 77 and 76% sequence similarity with Arabidopsis thaliana galactinol synthase4 (AtGolS4) and AtGolS1 genes respectively. The MoGolS1 gene was strongly expressed by the abiotic stress induced by sucrose, ABA or heat shock. It was also expressed in responses to cold, Identification and Functional Characterization of the GALACTINOL SYNTHASgene induction with various stresses may be possible for itscrucial function in abiotic stress tolerance in plants, providing a good engineering target for genetic engineering.
Genome wide transcription analysis in response to stresses is essential to provide the basis of effective engineering strategies to improve stress tolerance in crop plants. In order to perform transcriptome analysis in Brassica rapa, we constructed a B. rapa oligo microarray, KBGP-24K, using sequence information from approximately 24,000 unigenes and analyzed cold ($4^{\circ}C$), salt (250 mM NaCl), and drought (air-dry) treated B. rapa plants. Among the B. rapa unigenes represented on the microarray, 417 (1.7%), 202 (0.8%), and 738 (3.1%) were identified as responsive genes that were differently expressed 5-fold or more at least once during a 48-h treatment with cold, salt, and drought, respectively. These results were confirmed by RT-PCR analysis. In the abiotic stress responsive genes identified, we found 56 transcription factor genes and 60 commonly responsive genes. It suggests that various transcriptional regulatory mechanisms and common signaling pathway are working together under the abiotic stresses in B. rapa. In conclusion, our new developed 24K oligo microarray will be a useful tool for transcriptome profiling and this work will provide valuable insight in the response to abiotic stress in B. rapa.
The full-length cDNA of CaAbsi1 encodes a presumptive protein of 134 amino acid residues that has homology to a putative zinc finger protein in its C-terminus. The deduced amino acid sequence has 50% homology to Oryza sativa NP001049-274, the function of which is unknown. Expression of CaAbsi1 was reduced in response to inoculation of non-host pathogens. On the other hand it was induced one hour after exposure to high concentrations of NaCl or mannitol, and six hours after transfer to low temperature. Induction also occurred in response to oxidative stress, methyl viologen, hydrogen peroxide and abscisic acid. Our results suggest that CaAbsi1 plays a role in multiple responses to wounding and abiotic stresses.
Since salicylic acid (SA) was discovered as an elicitor of tobacco plants inducing the resistance against Tobacco mosaic virus (TMV) in 1979, increasing reports suggest that SA indeed is a key plant hormone regulating plant immunity. In addition, recent studies indicate that SA can regulate many different responses, such as tolerance to abiotic stress, plant growth and development, and soil microbiome. In this review, we focused on the recent findings on SA's effects on resistance to biotic stresses in different plant-pathogen systems, tolerance to different abiotic stresses in different plants, plant growth and development, and soil microbiome. This allows us to discuss about the safe and practical use of SA as a plant defense activator and growth regulator. Crosstalk of SA with different plant hormones, such as abscisic acid, ethylene, jasmonic acid, and auxin in different stress and developmental conditions were also discussed.
In eukaryotes, membraneous cellular compartmentation essentially requires vesicle trafficking for communications among distinct organelles. A donor organelle-generated vesicle releases its cargo into a target compartment by fusing two distinct vesicle and target membranes. Vesicle fusion, the final step of vesicle trafficking, is driven intrinsically by complex formation of soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptors (SNAREs). Although SNAREs are well-conserved across eukaryotes, genomic studies revealed that plants have dramatically increased the number of SNARE genes than other eukaryotes. This increase is attributed to the sessile nature of plants, likely for more sensitive and harmonized responses to environmental stresses. In this review, we therefore try to summarize and discuss the current understanding of plant SNAREs function in responses to biotic and abiotic stresses.
Kim Ha-Na;In Jun-Gyo;Lee Eun-Kyung;Yoon Jae-Ho;Lee Mee-Sook;Bae Hyeun-Jong;Yang Deok-Chun
Plant Resources
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v.8
no.3
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pp.181-187
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2005
A cinnamoyl CoA reductase (CCR) cDNA (ClCCR) was isolated from tabroot mRNAs of Codonopsis lanceolata by cDNA library construction, and its expression was investigated in relation to abiotic stresses. The ClCCR is 1008 bp in length with an open reading frame (ORF) of 336 amino acids. The deduced amino acid sequence was showed high similarity with cinnamoyl-CoA reductases of P. tremuloides (AAF43141) 87%, F.${\times}$aranassa (AAP46143) 83%, L. album (CAD29427) 80%, E. gunnii (CAA66063) 72%, S. tuberosum (AAN71761) 83%. Reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR) analysis was revealed that the ClCCR expression was regulated by abiotic stresses.
Seeds are colonized by diverse microorganisms that can improve the growth and stress resistance of host plants. Although understanding the mechanisms of plant endophyte-host plant interactions is increasing, much of this knowledge does not come from seed endophytes, particularly under environmental stress that the plant host grows to face, including biotic (e.g., pathogens, herbivores and insects) and abiotic factors (e.g., drought, heavy metals and salt). In this article, we first provided a framework for the assembly and function of seed endophytes and discussed the sources and assembly process of seed endophytes. Following that, we reviewed the impact of environmental factors on the assembly of seed endophytes. Lastly, we explored recent advances in the growth promotion and stress resistance enhancement of plants, functioning by seed endophytes under various biotic and abiotic stressors.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.165-165
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2017
Abiotic stress is one of the major serious limiting factors in rice (Oryza sativa) and caused rice production losses. It is important to precisely screen valuable genetic resources for improving stress tolerance and understanding tolerance mechanism to abiotic stresses. Because there are differences of experiment designs for screening of tolerant plant in several studies related to abiotic stress, this study has performed to provide the rapid and efficiency screening method for selection of tolerance rice to drought and salinity stresses. Two week-old rice seedlings that reached about three leaf stage were treated with drought and salinity stresses and examined tolerant levels with tolerant and susceptible control varieties, and transgenic plants. To determine the optimum concentration for the selection of drought and salinity condition, tolerant, susceptible and wild-type plants were grown under three soil moisture contents (5, 10 and 20% water contents) and three NaCl concentrations (100, 200 and 250 mM) for 10 days at seedling stage. 200 mM NaCl concentration and 5% moisture content soil were determined as the optimum conditions, respectively. The described methodologies in this study are simple and efficiency and might help the selection of drought and salinity tolerance plants at the 3,4-leaf-seedling stage.
Many of biochemical or physiological processes can be regulated by non-coding RNAs as well as coding RNAs in plants, animals and microbes. Recently, many small RNAs including microRNAs (miRNAs) and endogenous small interference RNAs (siRNAs) and long non-coding RNAs have been discovered from ubiquitous organisms including plants. Biotic and abiotic stresses are main causal agents of crop losses all over the world. Much efforts have been performed for understanding the complex mechanism of stress responses. Up to date, many of these researches have been related with the identification and investigation of stress-related proteins, showing limitation to resolve the complex mechanism. Recently, non-coding RNAs as well as coding genes have been gradually interested because of its potential roles in plant stress responses as well as other biophysical aspects. In this review, various potential roles of non-coding RNAs, especially miRNAs and siRNAs, are reviewed in relation with plant biotic and abiotic stresses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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