Hypersensitive cell death of plants during incompatible plant-pathogen interactions is one of the efficient defense mechanisms of plants against pathogen infections. For better understanding of the molecular mechanisms involved in the plant hypersensitive response (HR), TMV-induced biotic plant cell death and CuSO4-induced abiotic plant cell death were compared in terms of expression patterns of ten different defense-related genes as molecular markers. The genes include five pathogenesis-related protein genes, two plant secondary metabolite-associated genes, two oxidative stress-related genes and one wound-inducible gene isolated from tobacco. Northern blot analyses revealed that a same set of defense-related genes was induced during both biotic and abiotic cell death but with different time and magnitude. The expression of defense-related genes in tobacco plants was temporarily coincided with the time of cell death. However, when suspension cell cultures was used to monitor the expression of defense-related genes, different patterns of the gene expression were detected. This result implies that three are common and, in addition, also different branches of signaling pathways leading to the induced expression of defense-related genes in tobacco during the pathogen- and heavy metal-induced cell death.
Host cell death occurs during many, but not all, interactions between plants and the pathogens that infect them. This cell death can be associated with disease resistance or susceptibility, depending on the nature of the pathogen. The most well-known cell death response in plants is the hypersensitive response (HR) associated with a resistance response. HR is commonly regulated by direct or indirect interactions between avirulence proteins from pathogen and resistance proteins from plant and it can be the result of multiple signaling pathways. Ion fluxes and the generation of reactive oxygen species commonly precede cell death, but a direct involvement of the latter seems to vary with the plant-pathogen combination. Exciting advances have been made in the identification of cellular protective components and cell death suppressors that might operate in HR. In this review, recent progress in the mechanisms by which plant programmed cell death (PCD) occurs during disease resistance will be discussed.
Proceedings of the Botanical Society of Korea Conference
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1999.07a
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pp.69-73
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1999
In plants as well as in other multicellular organisms, programmed cell death plays essential roles in the abortion or formation of specific cells and tissues during development to organize the plant [11, 15, 18]. A typical example of developmentally programmed cell death in plants is the death during differentiation of tracheary elements which are components of vessels and tracheids, a water-conducting system. The programming of cell death during tracheary element differentiation has been revealed to be unique to plant cells by using the in vitro Zinnia mesophyll cell culture system. In particular, new biosynthesis of autolysis-related enzymes such as cysteine proteases and nucleases, their accumulation of the vacuole and the programmed collapse of the vacuole are essential to the death of tracheary elements and differ greatly from the process of the apoptotic cell death in animals.
Plants have developed a sophisticated battery of defence responses to protect themselves against attempted pathogen ingress. Manipulation of these defence mechanisms may provide significant opportunities for crop improvement. While plant resistance genes have had a long service history in plant breeding, they possess significant limitations. Recent advances are now providing significant insights into strategies designed to increase the field durability of this class of genes. Hypersensitive cell death is a common feature underlying the deployment of plant defence responses against biographic pathogens. In contrast, necrotrophic pathogens actively kill plant cells. Recently, transgenic plants have been developed that either promote or suppress cell death, providing resistance against either biotrophic or necrotrophic pathogens respectively. Methyl-jasmonate is a key signalling molecule in the establishment of resistance against some fungal pathogens. Increasing the concentration of this molecule in plant cells has been shown to increase resistance against Botrytis cineria, without significantly imparting plant growth or development. Due to the multifarious infection strategies employed by plant pathogens, how-ever, it is unlikely a single commercial product will prove a panacea for global disease control. Future stategies will more likely entail an integrated disease management approach.
Proceedings of the Korean Society of Life Science Conference
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2005.04a
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pp.23-36
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2005
Bax, a mammalian pro-apoptotic member of the Bcl-2 family, induces cell death when expressed In yeast. To investigate whether .Bax expression can induce cell death in plant, we produced transgenic Arabidopsis plants that contained murine Bax cDNA under control of a glucocorticoid-inducible promoter. Transgenic plants treated with dexamethasone, a strong synthetic glucocorticoid, induced Bax accumulation and cell death, suggesting that some elements of cell death mechanism by Bax may be conserved among various orgarusms. Therefore, we developed novel yeast genetic system, and cloned several Plant Bax Inhibitors (PBIs). Here, we report the function of two PBIs In detail. PBIl is ascorbate peroxidase (sAPX). Fluorescence method of dihydrorhodamine123 oxidation revealed that expression of Bax in yeast cells generated reactive oxygen species (ROS), and which was greatly reduced by co-expression with sAPX. These results suggest that sAPX inhibits the generation of ROS by Bax, which in turn suppresses Bax-induced cell death in yeast. PBI2 encodes nucleoside diphosphate kinase (NDPK). ROS stress strongly induces the expression of the NDPK2 gene in Arabidopsis thaliana (AtNDPK2). Transgenic plants overexpressing AtNDPK2 have lower lovels of ROS than wildtype plants. Mutants lacking AtNDPK2 had higher levels of ROS than wildtype. H$_{2O2}$ treatment induced the phosphorylation of two endogenous proteins whose molecular weights suggested they are AtMPK3 and AtMPK6. In the absence of H2O2 treatment, phosphorylation of these proteins was slightly elevated in plants overexpressing AtNDPK2 but markedly decreased In the AtNDPK2 deletion mutant. Yeast two-hybrid and in vitro protein pull-down assays revealed that AtNDPK2 specifically interacts with AtMPK3 and AtMPK6. Furthermore, AtNDPK2 also enhances the MBP phosphorylation activity of AtMPK3 i'n vitro. Finally, constitutive overexpression of AtNDPK2 in Arabidopsis plants conferred an enhanced tolerance to multiple environmental stresses that elicit ROS accumulation In situ. Thus, AtNDPK2 appears to play a novel regulatory role in H2O2-mediated MAPK signaling in plants.
Bax, a mammalian pro-apoptotic member of the Bcl-2 family induces cell death when expressed in yeast. To investigate whether Bax expression can induce cell death in plant, we produced transgenic Arabidopsis plants that contained murine Bax cDNA under control of a glucocorticoid-inducible promoter. Transgenic plants treated with dexamethasone, a strong synthetic glucocorticoid, induced Bax accumulation and cell death, suggesting that some elements of cell death mechanism by Bax may be conserved among various organisms. Therefore, we developed novel yeast genetic system, and cloned several Plant Bax Inhibitors (PBIs). Here, we report the function of two PBIs in detail. PBI1 is ascorbate peroxidase (sAPX). Fluorescence method of dihydrorhodamine123 oxidation revealed that expression of Bax in yeast cells generated reactive oxygen species (ROS), and which was greatly reduced by co-expression with sAPX. These results suggest that sAPX inhibits the generation of ROS by Bax, which in turn suppresses Baxinduced cell death in yeast. PBI2 encodes nucleoside diphosphate kinase (NDPK). ROS stress strongly induces the expression of the NDPK2 gene in Arabidopsis thaliana (AtNDPK2). Transgenic plants overexpressing AtNDPK2 have lower levels of ROS than wildtype plants. Mutants lacking AtNDPK2 had higher levels of ROS than wildtype. $H_2O_2$ treatment induced the phosphorylation of two endogenous proteins whose molecular weights suggested they are AtMPK3 and AtMPK6. In the absence of $H_2O_2$ treatment, phosphorylation of these proteins was slightly elevated in plants overexpressing AtNDPK2 but markedly decreased in the AtNDPK2 deletion mutant. Yeast two-hybrid and in vitro protein pull-down assays revealed that AtNDPK2 specifically interacts with AtMPK3 and AtMPK6. Furthermore, AtNDPK2 also enhances the MSP phosphorylation activity of AtMPK3 in vitro. Finally, constitutive overexpression of AtNDPK2 in Arabidopsis plants conferred an enhanced tolerance to multiple environmental stresses that elicit ROS accumulation in situ. Thus, AtNDPK2 appears to playa novel regulatory role in $H_2O_2$-mediated MAPK signaling in plants.
Proceedings of the Korean Society of Plant Biotechnology Conference
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2003.04a
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pp.65-71
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2003
Bax, a mammalian pro-apoptotic member of the Bcl-2 family, induces cell death when expressed in yeast. To investigate whether Bax expression can induce cell death in plant, we produced transgenic Arabidopsis plants that contained murine Bax cDNA under control of a glucocorticoid-inducible promoter. Transgenic plants treated with dexamethasone, a strong synthetic glucocorticoid, induced Bax accumulation and cell death, suggesting that some elements of cell death mechanism by Bax may be conserved among various organisms. Therefore, we developed novel yeast genetic system, and cloned several Plant Bax Inhibitors (PBIs). Here, we report the function of two PBIs in detail. PBI1 is ascorbate peroxidase (sAPX). Fluorescence method of dihydrorho-damine 123 oxidation revealed that expression of Bax in yeast cells generated reactive oxygen species (ROS), and which was greatly reduced by co-expression with sAPX. These results suggest that sAPX inhibits the generation of ROS by Bax, which in turn suppresses Baxinduced cell death in yeast. PBI2 encodes nucleoside diphosphate kinase (NDPK). ROS stress strongly induces the expression of the NDPK2 gene in Arabidopsis thaliana (AtNDPK2). Transgenic plants overexpressing AtNDPK2 have lower levels of ROS than wildtype plants. Mutants lacking AtNDPK2 had higher levels of ROS than wildtype. $H_2O_2$ treatment induced the phosphorylation of two endogenous proteins whose molecular weights suggested they are AtMPK3 and AtMPK6. In the absence of $H_2O_2$ treatment, phosphorylation of these proteins was slightly elevated in plants overexpressing AtNDPK2 but markedly decreased in the AtNDPK2 deletion mutant. Yeast two-hybrid and in vitro protein pull-down assays revealed that AtNDPK2 specifically interacts with AtMPK3 and AtMPK6. Furthermore, AtNDPK2 also enhances the MBP phosphorylation activity of AtMPK3 in vitro. Finally, constitutive overexpression of AtNDPK2 in Arabidopsis plants conferred an enhanced tolerance to multiple environmental stresses that elicit ROS accumulation in situ. Thus, AtNDPK2 appears to play a novel regulatory role in $H_2O_2$-mediated MAPK signaling in plants.
Boyoung Lee;Jeong-Im Lee;Soon-Kyeong Kwon;Choong-Min Ryu;Jihyun F. Kim
The Plant Pathology Journal
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v.39
no.6
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pp.584-591
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2023
Active plant immune response involving programmed cell death called the hypersensitive response (HR) is elicited by microbial effectors delivered through the type III secretion system (T3SS). The marine bacterium Hahella chejuensis contains two T3SSs that are similar to those of animal pathogens, but it was able to elicit HR-like cell death in the land plant Nicotiana benthamiana. The cell death was comparable with the transcriptional patterns of H. chejuensis T3SS-1 genes, was mediated by SGT1, a general regulator of plant resistance, and was suppressed by AvrPto1, a type III-secreted effector of a plant pathogen that inhibits HR. Thus, type III-secreted effectors of a marine bacterium are capable of inducing the nonhost HR in a land plant it has never encountered before. This suggests that plants may have evolved to cope with a potential threat posed by alien pathogen effectors. Our work documents an exceptional case of nonhost HR and provides an expanded perspective for studying plant nonhost resistance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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