Selection of oxygen-tolerant strains and elucidation of their oxygen tolerance mechanism were crucial for effective use of bifidobacteria. Oxygen-tolerant bifidobacteria were able to significantly remove environmental oxygen (oxygen removal activity) as compared to oxygen-sensitive strains. Most oxygen removal activity was inhibited by heat treatment and exposure to extreme pH (2.0) of bifidobacterial cell. NADH oxidase was major enzyme related to oxygen removal activity. Oxygen-tolerant bifidobacteria possessed high NADH peroxidase activity level to detoxify $H_2O_2$ formed from reaction of NADH oxidase. Addition of oxygen to anaerobic culture broth significantly increased activities of HADH oxidase and NADH peroxidase within 1hr and rapid increment of oxygen concentration was prevented. Results showed NADH oxidase and NADH peroxidase of oxygen-tolerant bifidobacteria played important roles in elimination of oxygen and oxygen metabolite $(H_2O_2)$.
The juvenile gobiidae, Tridentiger trigonocephatus were reared for 40 days under the salinity ranges between 0 and 33.6$\textperthousand$ to examine the effects of salinity on the survival, growth and oxygen consumption rates of the fish. Survival rates were significantly declined for the fish reared under 3.4$\textperthousand$, and daily growth rates were also reduced below 6.7$\textperthousand$ Body length and weight of gobiids reared below 6.7$\textperthousand$ were smaller than those reared above 13.4$\textperthousand$. Oxygen consumption rates in the salinity conditions $\leq$ 10.1$\textperthousand$ were significantly reduced with decreasing salinity. This study reveled that low salinity reduced survival, growth and oxygen consumption rates of the juvenile gobiids suggesting potential influence on the natural mortality of Tridentiger trigonocephalus in the estuarine areas where experience the extreme salinity fluctuations in Korean waters.
The unicellular green alga Haematococcus pluvialis has recently attracted great inter-est due to its large amounts of ketocarotenoid astaxanthin, 3,3'-dihydroxy-${\beta}$,${\beta}$-carotene-4,4'-dione, widely used commercially as a source of pigment for aquaculture. In the life cycle of H. pluvialis, astaxanthin biosynthesis is associated with a remarkable morphological change from green motile vegetative cells into red immotile cyst cells as the resting stage. In recent years we have studied this morphological process from two aspects: defining conditions governing astaxanthin biosynthesis and questioning the possible function of astaxanthin in protecting algal cells against environmental stress. Astaxanthin accumulation in cysts was induced by a variety of environmental conditions of oxidative stress caused by reactive oxygen species, intense light, drought, high salinity, and high temperature. In the adaptation to stress, abscisic acid induced by reactive oxygen species, would function as a hormone in algal morphogenesis from veget ative to cyst cells. Furthermore, measurements of both in vitro and in vivo antioxidative activities of astaxanthin clearly demonstrated that tolerance to excessive reactive oxygen species is greater in astaxanthin-rich cysts than in astaxanthin-poor cysts or astaxanthin-less vegetative cells. Therefore, reactive oxygen species are involved in the regulation of both algal morph O-genesis and carotenogenesis, and the accumulated astaxanthin in cysts can function as a protective agent against oxidative stress damage. In this study, the physiological roles of astaxanthin in stress response and cell protection are reviewed.
Injury caused by reactive oxygen species (ROS), known as oxidative stress, is one of the major damaging factors in plants exposed to environmental stress. Chloroplasts are specially sensitive to damage by ROS because electrons that escape from the photosynthetic electron transfer system are able to react with relatively high concentration of $O_2$ in chloroplasts. To cope with oxidative stress, plants have evolved an efficient ROS-scavenging enzymes such as superoxide dismutase (SOD) and ascorbate peroxidase (APX), and low molecular weight antioxidants including ascorbate, glutathione and phenolic compounds. To maintain the productivity of plants under the stress condition, it is possible to fortify the antioxidative mechanisms in the chloroplasts by manipulating the antioxidation genes. A powerful gene expression system with an appropriate promoter is key requisite for excellent stress-tolerant plants. We developed a strong oxidative stress-inducible peroxidase (SWPA2) promoter from cultured cells of sweetpotato (Ipomoea batatas) as an industrial platform technology to develop transgenic plants with enhanced tolerance to environmental stress. Recently, in order to develop transgenic sweetpotato (tv. Yulmi) and potato (Solanum tuberosum L. cv. Atlantic and Superior) plants with enhanced tolerance to multiple stress, the genes of both CuZnSOD and APX were expressed in chloroplasts under the control of an SWPA2 promoter (referred to SSA plants). As expected, SSA sweetpotato and potato plants showed enhanced tolerance to methyl viologen-mediated oxidative stress. In addition, SSA plants showed enhanced tolerance to multiple stresses such as temperature stress, drought and sulphur dioxide. Our results strongly suggested that the rational manipulation of antioxidative mechanism in chloroplasts will be applicable to the development of all plant species with enhanced tolerance to multiple environmental stresses to contribute in solving the global food and environmental problems in the 21st century.
Oxygen is the final acceptor of electron transport from fat and carbohydrate oxidation, which is the rate-limiting factor for cellular ATP production. Under altitude hypoxia condition, energy reliance on anaerobic glycolysis increases to compensate for the shortfall caused by reduced fatty acid oxidation [1]. Therefore, training at altitude is expected to strongly influence the human metabolic system, and has the potential to be designed as a non-pharmacological or recreational intervention regimen for correcting diabetes or related metabolic problems. However, most people cannot accommodate high altitude exposure above 4500 M due to acute mountain sickness (AMS) and insulin resistance corresponding to a increased levels of the stress hormones cortisol and catecholamine [2]. Thus, less stringent conditions were evaluated to determine whether glucose tolerance and insulin sensitivity could be improved by moderate altitude exposure (below 4000 M). In 2003, we and another group in Austria reported that short-term moderate altitude exposure plus endurance-related physical activity significantly improves glucose tolerance (not fasting glucose) in humans [3,4], which is associated with the improvement in the whole-body insulin sensitivity [5]. With daily hiking at an altitude of approximately 4000 M, glucose tolerance can still be improved but fasting glucose was slightly elevated. Individuals vary widely in their response to altitude challenge. In particular, the improvement in glucose tolerance and insulin sensitivity by prolonged altitude hiking activity is not apparent in those individuals with low baseline DHEA-S concentration [6]. In addition, hematopoietic adaptation against altitude hypoxia can also be impaired in individuals with low DHEA-S. In short-lived mammals like rodents, the DHEA-S level is barely detectable since their adrenal cortex does not appear to produce this steroid [7]. In this model, exercise training recovery under prolonged hypoxia exposure (14-15% oxygen, 8 h per day for 6 weeks) can still improve insulin sensitivity, secondary to an effective suppression of adiposity [8]. Genetically obese rats exhibit hyperinsulinemia (sign of insulin resistance) with up-regulated baseline levels of AMP-activated protein kinase and AS160 phosphorylation in skeletal muscle compared to lean rats. After prolonged hypoxia training, this abnormality can be reversed concomitant with an approximately 50% increase in GLUT4 protein expression. Additionally, prolonged moderate hypoxia training results in decreased diffusion distance of muscle fiber (reduced cross-sectional area) without affecting muscle weight. In humans, moderate hypoxia increases postprandial blood distribution towards skeletal muscle during a training recovery. This physiological response plays a role in the redistribution of fuel storage among important energy storage sites and may explain its potent effect on changing body composition. Conclusion: Prolonged moderate altitude hypoxia (rangingfrom 1700 to 2400 M), but not acute high attitude hypoxia (above 4000 M), can effectively improve insulin sensitivity and glucose tolerance for humans and antagonizes the obese phenotype in animals with a genetic defect. In humans, the magnitude of the improvementvaries widely and correlates with baseline plasma DHEA-S levels. Compared to training at sea-level, training at altitude effectively decreases fat mass in parallel with increased muscle mass. This change may be associated with increased perfusion of insulin and fuel towards skeletal muscle that favors muscle competing postprandial fuel in circulation against adipose tissues.
We investigated the visible emission property of $SrTiO_3$ (STO) single crystals irradiated with gammy-ray (${\gamma}$-ray) at various total doses up to 900 kGy. The electric and optical absorption properties of the irradiated STO samples were hardly changed with the ${\gamma}$-ray irradiation, compared with those of un-irradiated STO. In contrast, the visible emission near 550 nm increased with the ${\gamma}$-ray dose increasing. While the development of the visible emission was indicative of the increase of oxygen vacancies inside STO by the ${\gamma}$-ray irradiation, the newly generated oxygen vacancies were not significantly harmful to the electric and optical properties of STO. We concluded that the STO single crystal should have a good tolerance against the damage by the ${\gamma}$-ray irradiation.
Abiotic stress conditions such as cold, drought, and salinity trigger physiological and morphological changes and yield loss in plants. Hence, plants adapt to adverse environments by developing tolerance through complex regulation of genes related to various metabolic processes. This study was conducted to construct a coexpression network for multidirectional analysis of salt-stress response genes in Brassica rapa (Chinese cabbage). To construct the coexpression network, we collected KBGP-24K microarray data from the B. rapa EST and microarray database (BrEMD) and performed time-based expression analyses of B. rapa plants. The constructed coexpression network model showed 1,853 nodes, 5,740 edges, and 142 connected components (correlation coefficient > 0.85). On the basis of the significantly expressed genes in the network, we concluded that the development of salt tolerance is closely related to the activation of $Na^+$ transport by reactive oxygen species signaling and the accumulation of proline in Chinese cabbage.
The protective effect of nitric oxide (NO) on the antioxidant system under paraquat(PQ) stress was investigated in leaves of 8-week-old lettuce (Lactuca sativa L.) plants. PQ stress caused a decrease of leaf growth including leaf length, width and weight. Application of NO donor, sodium nitroprusside (SNP), significantly alleviated PQ stress induced growth suppression. SNP permitted the survival of more green leaf tissue preventing chlorophyll content reduction and of higher quantum yield for photosystem II than in non-treated controls under PQ exposure, suggesting that NO has protective effect on chloroplast membrane in lettuce leaves. Flavonoids and anthocyanin were significantly accumulated in the leaves upon PQ exposure. However, the rapid increase of these compounds was alleviated in the SNP treated leaves. PQ treatment resulted in lipid peroxidation and induced accumulation of hydrogen peroxide ($H_2O_2$) in the leaves, while SNP prevented PQ induced increase in malondialdehyde (MDA) and $H_2O_2$. These results demonstrate that SNP serves as an antioxidant agent able to scavenge $H_2O_2$ to protect plant cells from oxidative damage. The activities of two antioxidant enzymes that scavenge reactive oxygen species, superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) in lettuce leaves in the presence of NO donor under PQ stress were higher than those under PQ stress alone. Application of 2-(4-carboxyphenyl)-4, 4, 5, 5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide (PTIO), a specific NO scavenger, to the lettuce leaves arrested SNP mediated protective effect on leaf growth, photosynthetic pigment and antioxidant systems. However, PTIO had little effect on lettuce leaves under PQ stress compared with that of PQ stress alone. The obtained data suggest that the damage caused by PQ stress is in part due to increased generation of active oxygen by maintaining increased antioxidant enzyme activities and SNP protects plants from oxidative stress. From these results it is suggested that NO might act as a signal in activating active oxygen scavenging system that protects plants from oxidative damage induced by PQ stress and thus confer PQ tolerance.
Survival and stability of 19 bifidobacterial strains included 13 isolates from Korean infants against acid, bile acid and oxygen exposure were examined. Acid resistance of selected strains at pH values of 4.0, 3.0 and 2.0 was tested. Among the bifidobacterial strains tested, B. bifidum B3, B. longum D6, and B. adolescentis F1 exhibited higher viable cell counts exposed to acid whereas other strains had various results. The abilities of the strains to grow in the MRS broth containing 0.2% thioglycolic acid and 0.2% oxgall were tested and the tolerance of B. bifidum B3 and B. longum D6 to bile acid were higher than that of others. Even though in same species, the tolerance of tested strains to bile acid were variable. Stabilities of tested strains to oxygen exposure were variable and B. bifidum and B. longum strains showed relatively higher viable cell counts after 48 hours exposure to aerobic incubation. These results demonstrated that the survival and stability of bifidobacterial strains to acid, bile acid, and oxygen exposure were variable and strain-dependent. Due to their tolerant ability to environmental factors like acid, bile acid, and oxygen, B. bifidum B3 and B. longum D6 had good potential properties as probiotic cultures and may be useful for industrial application.
Lee In Sok;Kim Dong Sub;Kang Si Yong;Wi Seung Gon;Jin Hua;Yun PiI-Yong;Lim Yong Pyo;Lee Young Il
Journal of Plant Biotechnology
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v.6
no.4
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pp.205-212
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2004
The objectives were to compare the salt tolerance levels in the parental rice cultivar, Dongjinbyeo, and induced mutagenesis derived its lines for plant height, MDA, ATPase, POD, and 2-dimensional protein electrophoresis pattern in NaCl-containing hydroponic nutrient solutions. Rice plants isolated from a population of rice (Oryza sativa L. cv. Dongjinbyeo) mutation lines, which were generated in combination with in vitro selection and gamma-ray, exhibited salt tolerance. Line No. 18 had the longest plant, whereas NaCl-sensitive line (No. 25) had the shortest plant. The parent, and the sensitive line showed severe damage from salt stress. Tolerant lines (No. 18, 50) had a lower malonaldehyde (MDA) content than the sensitive one (Dongjinbyeo, No. 25) during salt stress. Several proteins showed significant quantitative variation through 2DE; phosphoribulokinase, peroxidase, oxygen evolving enhancer 1 and the $H^+-ATPase$, which are known to be involved in salt tolerance. The effect of salt on peroxidase and $H^+-ATPase$ activity in the seedlings of two groups with contrasting genotypes of rice was studied. A greater activity was recorded in the tolerant lines as compared to the sensitive ones (P<0.05, Duncan's test). The results indicate that salt tolerant lines expressed more salt stress-inducible proteins associated with salt tolerance than the sensitive lines during salt stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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