Calcium promoted ethylene production from mungbean hypocotyl segments incubated in the presence of either auxin or cytokinin (kinetin). Time course studies indicated that the calcium effect on ethylene production had a longer latent period (about 6 h) in combination with kinetin than with auxin. Studies on the effects of agents that are known to interfere with either action or transport (uptake) of calcium on ethylene biosynthesis indicated different patterns between auxin- and kinetin-treated tissues. Auxin-induced ethylene production was inhibited by the calmodulin inhibitor, trifluoperazine (TFP), and this inhibition was overcome by high concentrations of calcium applied, but TFP had no significant effect on kinetin-induced ethylene production regardless of calcium in the medium. The calcium channel blocker, verapamil, inhibited auxin-induced, but had little effect on kinetin-induced, ethylene producton. In vivo activity of "ethylene forming enzyme (EFE)" was found to be substantially promoted by calcium treatment. The enzyme activity was further increased by kinetin when segments were simultaneously treated with calcium, but auxin did not have such an effect.an effect.
Kim, Gyuree;Jang, Sejeong;Yoon, Eun Kyung;Lee, Shin Ae;Dhar, Souvik;Kim, Jinkwon;Lee, Myeong Min;Lim, Jun
Molecules and Cells
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v.41
no.12
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pp.1033-1044
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2018
As sessile organisms, plants have evolved to adjust their growth and development to environmental changes. It has been well documented that the crosstalk between different plant hormones plays important roles in the coordination of growth and development of the plant. Here, we describe a novel recessive mutant, mildly insensitive to ethylene (mine), which displayed insensitivity to the ethylene precursor, ACC (1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid), in the root under the dark-grown conditions. By contrast, mine roots exhibited a normal growth response to exogenous IAA (indole-3-acetic acid). Thus, it appears that the growth responses of mine to ACC and IAA resemble those of weak ethylene insensitive (wei) mutants. To understand the molecular events underlying the crosstalk between ethylene and auxin in the root, we identified the MINE locus and found that the MINE gene encodes the pyridoxine 5′-phosphate (PNP)/pyridoxamine 5′-phosphate (PMP) oxidase, PDX3. Our results revealed that MINE/PDX3 likely plays a role in the conversion of the auxin precursor tryptophan to indole-3-pyruvic acid in the auxin biosynthesis pathway, in which TAA1 (TRYPTOPHAN AMINOTRANSFERASE OF ARABIDOPSIS 1) and its related genes (TRYPTOPHAN AMINOTRANSFERASE RELATED 1 and 2; TAR1 and TAR2) are involved. Considering that TAA1 and TARs belong to a subgroup of PLP (pyridoxal-5′-phosphate)-dependent enzymes, we propose that PLP produced by MINE/PDX3 acts as a cofactor in TAA1/TAR-dependent auxin biosynthesis induced by ethylene, which in turn influences the crosstalk between ethylene and auxin in the Arabidopsis root.
Cell elongation is known to be promoted by ethylene in petioles of Ranunculus sceleratus. Treatment of petiole segments with spermine resulted in an inhibition of cell elongation and of ethylene biosynthesis in the presence of applied auxin. Dose response curve for the spermine inhibition of auxin-induced ethylene production appeared similar to that of ACC-based ethylene production suggesting that the polyamine inhibits ethylene biosynthesis by blocking the conversion of ACC to etylene. Auxin-induced ethylene production was significantly promoted by treatment of the tissue with either DFMA or DFMO. specific inhibitors of polyamine biosynthesis. Increased level of ethylene production by DFMA was found to be completely abolished by application of exogenous spermine at a high concentration. These results indicate that endogenous spermine plays a regulatory role in the growth response of Ranunculus petioles to auxin and ethylene.hylene.
Possible roles of polyamines in the inhibition of cell elongation in Ranunculus petioles were investigated. Exogenously apoplied polyamines greatly inhibited the auxin-induced petiole growth, while treatment of the tissue with $\alpha$-difluoromethylarginine, the inhibitor of putrescine biosynthesis, further enhanced the growth in the presence of IAA. Inhibitory effect of spermine can also be apparent for fusicoccin-induced elongation, but not for growth induced by a low pH. Spermine also suppressed the ethylene-enhanced growth in the presence of auxin. Using computer-based video digitizer system, the inhibitory effects of spermine on petiole growth were kinetically analyzed. Auxin-induced growth was characterized by an initial and transient growth with a highly elevated rate followed by a steady growth with a slightly reduced rate. Spermine treatment was found to shorten the duration of the initial phase of growth, and to reduce the rates of both the initial and steady growth as well. The latent period for auxin induction was not affected by spermine.
This experiment was conducted to evaluate the effect of gibberellin biosynthesis retardants as used by rice lodging inhibitors on the gibberellin antagonism, auxin interation, ethylene evolution and growth of second crops. Results obtained can be summarized as follows. Inabenfide, paclobutrazol and uniconazole markedly inhibited the epicotyl elongation of mung bean. Inhibiting effect of epicotyl by these chemicals was markedly stimulated by gibberellic acid, thus showing clear antagonism between these chemicals and gibberellic acid. Significantly large number of roots were formed in the mung bean cuttings which were rooted in the paclobutrazol and uniconazol of 1 ppm. The higher the concentration, the more the number of roots forms. It was guessed that these effect was closely related with auxin. Ethylene evolution was a little stimulated in the leaf of rice under the treatment of inabenfide, paclobutrazol and uniconazole at earlier stage(5 DAT), however it was suppressed at later stage(10, 30 DAT) at higher concentration. The effect of gibberllin biosynthesis inhibitors to second crops retarded tomato plants without influencing the height of barley. The treatment of paclobutrazol and uniconazol which is triazole-type more severely inhibited than that of inabenfide which is isonicotinanilide-type. The more the concentration, the less the height of tomato plants.
Root gravitropism was investigated in the pea (Pisum sativum L.) mutant ageotropum lacking normal gravitropic response. Exogenous ethylene treatment inhibited gravitropic response in the normal (wild type) pea rook, but had no significant effect to restore the unresponsiveness in the mutant Neither inhibitors of ethylene biosynthesis nor antagonists of ethylene action were able to bring about the development of gravioopic curvature in the ageotropum roots. Auxin action seems to be normal since asymmetric application of agar blocks containing auxin to the mutant roots caused normal gravitropic response to occur. Endogenous as well as auxin-induced ethylene production in tissue segments of the mutant root was about equal to that of the wild type. However no appreciable lateral transport of labeled auxin was observed in glavistimulated mutant roots whereas typical auxin asymetry was apparent in the wild type roots under the same conditions. It is concluded that the mutant has a defect in either gravity perception or its transduction, but not in the effector system involving auxin action.
Land plants produce glucose (C6H12O2) through photosynthesis by utilizing carbon dioxide (CO2), water (H2O), and light energy. Glucose can be stored in various polysaccharide forms for later use (e.g., sucrose in fruit, amylose in plastids), used to create cellulose, the primary structural component of cell walls, and immediately metabolized to generate cellular energy, adenosine triphosphate, through a series of respiratory pathways including glycolysis, the tricarboxylic acid cycle, and oxidative phosphorylation. Additionally, plants must metabolize glucose into amino acids, nucleotides, and various plant hormones, which are crucial for regulating many aspects of plant physiology. This review will summarize the biosynthesis of different plant hormones, such as auxin, salicylic acid, gibberellins, cytokinins, ethylene, and abscisic acid, in relation to glucose metabolism.
Spermidine, spermine and IAA promoted an increase in $\beta$-1, 4-endoglucanase activity in hypocotyls of Glycine max. The optimal concentration for the increase of the enzyme activity was 10-6 M for spermidine, 10-8 M for spermine and 10-6 M for IAA. However, IAA had innocuous effect on arginine decarboxylase and ornithine decarboxylase activites, and the content of polyamine. Such cumulative results suggest that the increase in $\beta$-1, 4-endoglucanase activity by IAA is not attributed by the effect on the biosynthesis of polyamine by IAA but spermidine, spermine and IAA induce cell wall loosening and therefore extension growth of cells.
It has been known that brassiolide (BL) increased the positive gravitropic response and ethylene production in maize roots. This study examined the relationship between the BL-induced gravitropic response and ethylene Production. The ethylene production was inhibited to about 90% of the control by the treatment of $10^{-4}$ M aminoethoxyvinylglycine (AVG), the ethylene synthesis inhibitor. However, the gravitropic response did not show any significant changes compared to the control at $10^{-4}$ M AVG. In the case of treatment of AVG with BL, the ethylene production decreased to 60% of the control. However, the gravitropic response increased to the level which was induced by BL. Cobalt ions, another ethylene biosynthesis inhibitor, inhibited ethylene production, but not gravitropic response. When roots were treated with BL and cobalt ions, they showed the inhibition of ethylene production and promotion of gravitropic response. To elucidate the possibility that the effect of BL is related to auxin transport, roots were treated with TIBA (2,3,5-triiodobenzoic acid), an auxin transport inhibitor. Both treatment of TIBA alone and TIBA with BL stimulated ethylene production to about 96% and 132%, respectively. However, gravitropic response was completely inhibited in both treatments. Further, roots treated with BL in the presence of TIBA and IAA showed a negative gravitropic response, which means that IAA accumulates in the upper side of horizontal roots. Root elongation was also stimulated in this treatment. Taken together, these results suggest that BL might affect the differential distribution of internal IAA on roots, causing the regulation of positive gravitropic response.
Tension wood, a specialized tissue developed in the upper side of the leaning stem and drooping branches of angiosperm, is an attractive experimental system attractive for exploring the development and the biochemical pathways of the secondary cell wall formation, as well as the control mechanism of the carbon flux into lignin, cellulose, and hemicellulose. However, the mechanism underlying the induction and the development of the tension wood is largely unknown. Recently, several researchers suggested the possible roles of the plant growth hormones including auxin, gibberellin, and ethylene mainly based on the expression pattern of the genes in this specialized tissue. In addition, expressed sequence tag of Poplar and Eucalyptus provide global view of the genetic control underlying the tension wood formation. However, the roles of the majority of the identified genes have not yet been clearly elucidated. The present review summarized current knowledge on the biosynthesis of tension wood to provide a brief synopsis of the molecular mechanism underlying the development of the tension wood.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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