Several aspects of photoperception and light signal transduction have been elucidated by studies with model plants. However, the information available for economically important crops, such as Fabaceae species, is scarce. In order to incorporate the existing genomic tools into a strategy to advance soybean research, we have investigated publicly available expressed sequence tag (EST) sequence databases in order to identify Glycine max sequences related to genes involved in light-regulated developmental control in model plants. Approximately 38,000 sequences from open-access databases were investigated, and all bona fide and putative photoreceptor gene families were found in soybean sequence databases. We have identified G. max orthologs for several families of transcriptional regulators and cytoplasmic proteins mediating photoreceptor-induced responses, although some important Arabidopsis phytochrome-signaling components are absent. Moreover, soybean and Arabidopsis genefamily homologs appear to have undergone a distinct expansion process in some cases. We propose a working model of light perception, signal transduction and response-eliciting in G. max, based on the identified key components from Arabidopsis. These results demonstrate the power of comparative genomics between model systems and crop species to elucidate several aspects of plant physiology and metabolism.
The reduced ratio of red:far-red (R:FR) light acts as a measure of the proximity of competitors and plants can detect the potentially competing neighbor plants by perceiving reflected R:FR signals and initiate the response of “shade avoidance” before actual shading occurs. The phytochrome system is responsible for monitoring the changes in the R:FR and initiating the shade avoidance response. The response to low R:FR ratio was studied in a white aspen Populus alba clone ‘Bolleana’ using two filter systems: a clear plastic filter system that allows a R:FR ratio less than 1.0 to pass from adjacent border plant reflection; and a special commercial plastic that blocks FR light and creates a R:FR ratio above 3.0. The reduced R:FR signals enhanced the stem elongation in response to competition at the expense of relative stem diameter growth. Trees grown inside clear chambers were 27 % taller than trees grown inside the FR-blocking filter chambers. Stem taper of clear chamber trees was 16% less than the FR-blocking filter trees. Low R:FR also induced 22% more stem dry weight and 13% greater petiole length per leaf compared to the FR-blocking filter trees. There were no statistically significant differences in leaf area, leaf number increment, and total dry weight between the two light filter treatments.
감초는 다년생 콩과(Leguminocae) 식물로 국내에서 시중가격이 높은 만주감초가 일부 재배되고 있다. 우리나라에서 감초 재배법이 불완전한 상황에서 한반도의 기후변화에 의한 온도 상승은 약용작물의 생산 및 품질에 많은 영향을 미칠 것으로 예상되므로 본 연구에서는 재배환경 중 온도 조건만 조절할 수 있는 온도구배터널(temperature gradient tunnel system)을 이용하여 4개의 T1(외기온도+0.5~1.3℃), T2(+1.3~2.2℃), T3(+2.2~3.2℃), T4(+3.2~4.0℃) 처리로 온도구배 하여 4년생 만주감초(Glycyrrhiza uralensis F.)를 재배하였다. 지하부가 오래된 모주와 신초1의 경우 저온(T1)과 중간구간(T2, T3)에서 초장과 총화수가 우세하였고, 번식이 가장 늦은 신초2의 경우 중간구간(T2, T3)에서의 생육 및 개화반응이 뚜렷했다. 각 온도처리구마다 3개의 감초 개체를 선발하여 모주의 정단으로부터 5개의 성엽을 채취하였다. Reverse transcription quantitative PCR (RT-qPCR)은 AccuPower® GreenStarTM RT-qPCR Master Mix (Bioneer, Korea)를 이용하여 진행되었다. Primer 디자인은 NCBI Primer-blast 프로그램을 사용해 제작하였고 ABI StepOne real time system (Applied Biosystem)의 melting curve analysis에서 one-peak test를 통해 gene specific primer임을 확인하였다. 각 온도처리구의 감초 잎에서 RNA를 추출하였고, RT-qPCR을 통해 감초의 유전자 발현양상을 비교, 분석하였다. Phytochrome interacting factor 4 (PIF4)는 식물 호르몬을 유발하는 전사조절을 조정함으로써 고온 신호전달에 핵심적인 역할을 수행한다. 활성화된 Phytochrome B(PhyB)는 PIF4의 활성을 억제한다고 알려졌다. Eukaryotic initiation factors(eIFs)는 mRNA 번역 개시인자로 유전자 발현과 특정 단백질 생산을 조절하는 역할을 한다. 본 결과는 온도조건에서 반응하는 생리적 변화를 전사체 수준에서 조사 분석하여 생리해석의 기초자료로 활용, 국내 감초 재배를 위한 환경조건 구명 및 적지 선정 기초자료로서 활용을 기대한다.
Kim, Tae-Lim;Cho, Man-Ho;Sangsawang, Kanidta;Bhoo, Seong Hee
Molecules and Cells
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제39권6호
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pp.460-467
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2016
Bacteriophytochromes are phytochrome-like light-sensing photoreceptors that use biliverdin as a chromophore. To study the biochemical properties of the Deinococcus radiodurans bacteriophytochrome (DrBphP) protein, two anti-DrBphP mouse monoclonal antibodies (2B8 and 3H7) were generated. Their specific epitopes were identified in our previous report. We present here fine epitope mapping of these two antibodies by using truncation and substitution of original epitope sequences in order to identify minimized epitope peptides. The previously reported original epitope sequences for 2B8 and 3H7 were truncated from both sides. Our analysis showed that the minimal peptide sequence lengths for 2B8 and 3H7 antibodies were nine amino acids (RDPLPFFPP) and six amino acids (PGEIEE), respectively. We further characterized these peptides in order to investigate their reactivity after single deletion and single substitution of the original peptides. We found that single-substituted 2B8 epitope (RDPLPAFPP) and dual-substituted 3H7 epitope (PGEIAD) showed significantly increased reactivity. These two antibodies with high reactivity for the short modified peptide sequences are valueble for developing new peptide tags for protein research.
BACKGROUND: Photoreversibility, a reversion of the inductive effect of a brief red light pulse by a subsequent far red light pulse, is a property of photo responses regulated by the plant photoreceptor phytochrome B. Plants use photoreceptors to sense photo signal and to adapt and modify their morphological and physiological properties. Phytochrome recognizes red light and far red light and plays an important role in regulating plant growth and development. METHODS AND RESULTS: The reversal responses of growth and fruiting characteristics were investigated to increase the yield of oriental melon (Cucumis Melo L. var. Kumsargakieuncheon) by means of controlling light quality in a plastic house. Red (R:660nm) and far red (FR:730nm) lights were subsequently irradiated on the whole stems and leaves of the oriental melon plant during growing periods, using red and far red LEDs as light sources, from 9:00 PM daily for 15 minutes. The intensities of R and FR light were 0.322-0.430 μmol m-2s-1 and 0.250-0.366 μmol m-2s-1, respectively. Compared to R light irradiation, combination of R and FR light irradiation increased the length of internode, number of axillary stems, number of female flowers, and fruit number of oriental melons. The results of treatment with R were similar to R-FR-R light irradiation in terms of length of internode, number of axillary stems, number of female flowers, and number of fruits. When FR treatment was considered, R-FR and R-FR-R-FR light irradiation had similarities in responses. These reversal responses revealed that oriental melon showed a photoreversibility of growth characteristics, flowering, and fruiting. CONCLUSION: These results suggested the possibility of phytochrome regulation of female flower formation and fruiting in oriental melon. The fruit weight of the oriental melon was the heaviest with the R light irradiation, while the number of fruits was the highest with the FR light. With the FR light irradiation, the fruit weight was not significantly higher compared to that of the control. Meanwhile, the yield of oriental melon fruits increased by 28-36% according to the intensities of the FR light due to the increases of the number of fruits.
수수에서 식물호르몬 에틸렌 생합성은 circadin 리듬 현상을 보인다고 이미 보고된바 있다. 따라서 본 실험은 또 다른 식물호르몬 지베렐린 생합성도 에틸렌과 같은 circadin 리듬 현상을 보이는지를 조사한 결과를 요약하면 다음과 같다. 일정기간 동안 12시간 주기의 밤과 낮 조건에서 생육시킨 식물체를 연속광조건으로 옮긴후 매 시간 마다 지베렐린의 함량변화를 조사하였다. 1. GA$_{12}$는 공시한 두 품종 모두에서 뚜렸한 circadin 리듬현상을 보였다. 2. GA$_{53}$과 GA$_{19}$는 일체의 리듬현상을 보이지 않았다. 3. GA$_{20}$과 GA$_{1}$은 circadin 리듬현상을 보였지만 연속광하에서 리듬의 정도는 12시간 주기의 정상적인 일장하에 비해 현저히 감소하였다. 4. 수수의 개화는 원적외선광의 조사에 의해 촉진됨에도 불구하고 이들 처리는 내생지베렐린의 함량을 변화시키지 않았다.
Light signals constitute major factors in regulating gene expression and morphogenesis in plants and fungi. Phytochrome A and B were well characterized red and far-red light receptors in plants. Red light signals increased the phosphorylation of 18 kDa protein, which was identified to be nucleoside diphosphate (NDP) kinase. The NDP kinase catalyzed autophosphorylation and had a protein kinase activity similar to MAP (mitogen activated protein) kinase. As candidates for blue light photoreceptors, cDNAs for CRY1 and CRY2 were isolated. The N-teminal regions of these proteins showed a high hornology to DNA photolyase. The 120 kDa protein first detected in Pisurn sativurn, which showed blue light induced phosphorylation was also detected in Arabidopsis thaliana. The 120 kDa protein was encoded by the nphl gene, which regulated positive phototropism of the plant. In Neurospora crassa, blue light irradiation of the membrane fraction prepared from roycelia stimulated the phosphorylation of the 15 kDa protein, which was also identifmd to be an NDP kinase. Recent progress in understanding early events in light signal transduction mainly in Pisum sativum Alaska, Arabidopsis thaliana and Neurospora crassa was summarized.
단일식물인 수수의 개화에 지베렐린이 관여하는지를 조사하기 위하여 지베렐린 생합성 억제제인 ancymidol을 처리한후 내생 지베렐린의 함량과 개화 및 생육에 미치는 영향을 조사한 결과는 다음과 같다. 1. 지베렐린 생합성 억제제 ancymidol은 공시한 두 품종 모두의 생육을 억제함과 동시에 개화를 지연시켰다. 2. $GA_3$를 Ancymidol과 동시에 처리할 경우 생육억제와 개화지연이 모두 회복되어 지베렐린이 수수의 개화에 관여함을 보였다. 3. Ancymidol 10ppm은 수수의 모든 지베렐린 ($GA_{12}$, $GA_{53}$, $GA_{44}$, $GA_{19}$, $GA_{20}$, $GA_1$ 합성을 현저히 억제하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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