We have isolated a full-length cDNA clone, CaCDPK4 encoding a typical calcium-dependent protein kinase (CDPK) from hot pepper cDNA library. Genomic southern blot analysis showed that it belongs to a multigene family, but represents a single copy gone in hot pepper genome. RNA expression pattern of this gene revealed that it is induced by infiltration of Xanthomonas axonopodis pv. glycines Bra into hot pepper leaves but not by water deficit stress. However, high salt treatment of NaCl (0.4 M) solution to hot pepper plants strongly induced CaCDPK4 gene. In addition, this gene is weakly responsive to the exogenous application of salicylic acid or ethephon. Biochemical study of the GST-CaCDPK4 recominant protein showed that it autophosphorylates in vitro and the presence of EGTA, a calcium chelater, eliminates the kinase activity of the recombinant protein. As a way to identify the in vivo function of CaCDPK4 in plants, VIGS (Virus-Induced Gene Silencing) was employed. Agrobacterium-mediated TRV silencing construct containing the kinase and calmodulin domain of CaCDPK4 resulted in cell death of Nicotiana benthamiana plants. A highly homologous H benthamiana CDPK gene, NbCDPK5, to CaCDPK4 was cloned from N. benthamiana cDNA library. VIGS of NbCDPK5 also resulted in cell death. The molecular characterization of this cell death phenotype is being under investigation.
The loss of green coloration via chlorophyll (Chl) degradation typically occurs during leaf senescence. To date, many Chl catabolic enzymes have been identified and shown to interact with light harvesting complex II to form a Chl degradation complex in senescing chloroplasts; this complex might metabolically channel phototoxic Chl catabolic intermediates to prevent oxidative damage to cells. The Chl catabolic enzyme 7-hydroxymethyl Chl a reductase (HCAR) converts 7-hydroxymethyl Chl a (7-HMC a) to Chl a. The rice (Oryza sativa) genome contains a single HCAR homolog (OsHCAR), but its exact role remains unknown. Here, we show that an oshcar knockout mutant exhibits persistent green leaves during both dark-induced and natural senescence, and accumulates 7-HMC a and pheophorbide a (Pheo a) in green leaf blades. Interestingly, both rice and Arabidopsis hcar mutants exhibit severe cell death at the vegetative stage; this cell death largely occurs in a light intensity-dependent manner. In addition, 7-HMC a treatment led to the generation of singlet oxygen ($^1O_2$) in Arabidopsis and rice protoplasts in the light. Under herbicide-induced oxidative stress conditions, leaf necrosis was more severe in hcar plants than in wild type, and HCAR-overexpressing plants were more tolerant to reactive oxygen species than wild type. Therefore, in addition to functioning in the conversion of 7-HMC a to Chl a in senescent leaves, HCAR may play a critical role in protecting plants from high light-induced damage by preventing the accumulation of 7-HMC a and Pheo a in developing and mature leaves at the vegetative stage.
Diabetes mellitus is metabolic disorder characterized by hyperglycemia caused by insufficient insulin secretion or insulin receptor insensitivity to endogenous insulin. It is well-known that hyperglycemia is one of the main causes of oxidative stress in both type 1 and 2 diabetes. Oxidative stress is related by death of pancreatic ${\beta}$ cell and dysfunction of ${\beta}$ cell. Although ${\beta}$ cell death or dysfunction is induced by many substances or molecules, increased evidences that oxidative stress plays a crucial role in ${\beta}$ cell death or dysfunction. Considering the importance of oxidative stress in the pathogenesis of diabetes mellitus, we investigated the cytoprotective effects against hydrogen peroxide-induced oxidative stress in pancreatic ${\beta}$ cell line RIN-m5F cell. 110 Plant sources were collected in Mt. Baek-du, and extracted with methanol. These extracts had been screened the protective effects against hydrogen peroxide-induced oxidative damage in RIN-m5F cells at 50 and 200 ${\mu}g$/ml. Of these, ten methanolic extracts, aerial part of Erigenron cannadensis, aerial part of Lespedeza juncea, whole plant of Alopecurus aequalis, fruit of Lycium chinense, leaf of Morus alba, rhizome of Polygonatum odoratum, root of Ampelosis japonica, whole plant of Ranunculus japonicus, aerial part of Polygonum sieboldii, rhizome of Arisaema amurense var. violaceum showed significant protective effects against hydrogen peroxide-induced oxidative damage in pancreatic ${\beta}$ cell line RIN-m5F cell.
Inoculation of Chinese cabbage leaves with high titer (107 cfu/ml) of the non-adapted bacteria Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Xcv) strain Bv5-4a.1 triggered rapid leaf tissue collapses and hypersensitive cell death (HCD) at 24 h. Electrolyte leakage and lipid peroxidation markedly increased in the Xcv-inoculated leaves. Defence-related gene expressions (BrPR1, BrPR4, BrChi1, BrGST1 and BrAPX1) were preferentially activated in the Xcv-inoculated leaves. The Xcv-triggered HCD was attenuated by continuous light but accelerated by a dark environment, and the prolonged high relative humidity also alleviated the HCD. Constant dark and increased relative humidity provided favorable conditions for the Xcv bacterial growth in the leaves. Pretreated fluridone (biosynthetic inhibitor of endogenous abscisic acid [ABA]) increased the HCD in the Xcv-inoculated leaves, but exogenous ABA attenuated the HCD. The pretreated ABA also reduced the Xcv bacterial growth in the leaves. These results highlight that the onset of HCD in Chinese cabbage leaves initiated by non-adapted pathogen Xcv Bv5-4a.1 and in planta bacterial growth was differently modulated by internal and external conditional changes.
Kim, Byo-Kyong;Kim, Young-Jin;Paek, Kyoung-Bee;Chung, Jong-Il;Kim, Jeong-Kook
The Plant Pathology Journal
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제21권4호
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pp.395-401
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2005
The dlm (disease lesion mimic) mutant of soybean (Glycine max L. Merr) shows the similar lesion of a soybean disease caused by a fungus, Corynespora cassilcola. The lesion was examined at cellular and molecular level. Trypan blue staining result indicated that cell death was detectable in the entire region of leaves excluding veins when the lesions had already been developed. We found that the mesophyll cells of palisade layer in the dim mutant appeared to be wider apart from each other. The chloroplasts of the dim mutant cells contained bigger starch granules than those in normal plants. We also found that the lesion development of dlm plant was light-dependent and the starch degradation during the dark period of diurnal cycle was impaired in the mutant. Three soybean pathogenesis-related genes, PR-1a, PR-4, and PR-10, were examined for their expression patterns during the development of disease lesion mimic. The expression of all three genes was up-regulated to some extent upon the appearance of the disease lesion mimic. Although the exact function of DLM protein remains elusive, our data would provide some insight into mechanism underling the cell death associated with the dim mutation.
Huong, Duyen Do Tran;Rajalingam, Nagendran;Lee, Yong Hoon
The Plant Pathology Journal
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제37권5호
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pp.494-501
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2021
Pseudomonas cichorii secretes effectors that suppress defense mechanisms in host plants. However, the function of these effectors, including avirulence protein E1 (AvrE1), in the pathogenicity of P. cichorii, remains unexplored. In this study, to investigate the function of avrE1 in P. cichorii JBC1 (PcJBC1), we created an avrE1-deficient mutant (JBC1ΔavrE1) using CRISPR/Cas9. The disease severity caused by JBC1ΔavrE1 in tomato plants significantly decreased by reducing water soaking during early infection stage, as evidenced by the electrolyte leakage in infected leaves. The disease symptoms caused by JBC1ΔavrE1 in the cabbage midrib were light-brown spots compared to the dark-colored ones caused by PcJBC1, which indicates the role of AvrE1 in cell lysis. The avrE1-deficient mutant failed to elicit cell death in non-host tobacco plants. Disease severity and cell death caused by JBC1ΔavrE1 in host and non-host plants were restored through heterologous complementation with avrE1 from Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (PstDC3000). Overall, our results indicate that avrE1 contributes to cell death during early infection, which consequently increases disease development in host plants. The roles of PcJBC1 AvrE1 in host cells remain to be elucidated.
It is well known that NtMEK2, a tobacco MAPK kinase, is the upstream kinase of both salicylic acid-induced protein kinase and wound-induced protein kinase. In addition, expression of $NtMEK2^{DD}$, a constitutively active mutant of NtMEK2, is known to induce multiple defense responses in tobacco. In this study, transgenic rice plants that contained an active or inactive mutant of NtMEK2 under the control of a steroid inducible promoter were generated and used to determine if a similar MAPK cascade is involved in disease resistance in rice. The expression of $NtMEK2^{DD}$ in transgenic rice plants resulted in HR-like cell death. The observed cell death was preceded by the activation of endogenous rice 48-kDa MBP kinase, which is also activated by Xanthomonas oryzae pv. oryzae, the bacterial blight pathogen of rice. In addition, prolonged activation of the MAPK induced the generation of hydrogen peroxide and up-regulated the expression of defense-related genes including the pathogenesis-related genes, peroxidases and glutathione S-transferases. These results demonstrate that NtMEK2 is functionally replaceable with rice MAPK kinase in inducing the activation of the downstream MAPK, which in turn induces multiple defense responses in rice.
Quercetin is one of the most distributed flavonoids in the plant kingdom and occurs naturally in a wide range of fruits and vegetables. This study was undertaken to determine whether quercetin exerts beneficial effect against necrotic and apoptotic cell death induced by hydrogen peroxide ($H_2O2$) in intestinal cells using the human-derived cultured T84 colonic epithelial cell line. Necrotic cell death was induced by exposing cells to 0.5 mM $H_2O_2$ for 2 h and apoptosis was induced by incubating cells in normal culture medium for 18 h following exposure of cells to 0.5 mM $H_2O2$ for 2 h. Cell viability was evaluated by the trypan blue exclusion assay and apoptosis was assessed by Hoechst 33258 staining and flow cytometry. $H_2O_2$ induced necrotic cell death in a time and dose-dependent fashion. Both necrotic and apoptotic cell deaths were not prevented by the antioxidants N,N'-diphenyl-p-phenylenediamine(DPPD) and Trolox, whereas both cell deaths induced by the organic hydroperoxide t-butylhydroperoxide (tBHP) were prevented by DPPD, suggesting that $H_2O_2$ induces cell death through a lipid peroxidation-independent mechanism. $H_2O2$-induced necrotic death was prevented by deferoxamine and 3-aminobenzamide, while the apoptotic cell death was not affected by these agents. Quercetin prevented both necrotic and apoptotic cell deaths induced by $H_2O_2$ in a dose-dependent manner. $H_2O_2$ caused activation of poly (ADP-ribose) polmerase (PARP), which was inhibited by deferoxamine, 3-aminobenzamide, and quercetin, but not DPPD. These results indicate that quercetin inhibits both necroticand apoptotic deaths of T84 cells. The anti-necrotic effect of quercetin may be attributed to its iron chelator activity rather than a direct $H_2O_2$ scavenging capacity and antioxidant. The present study suggests that quercetin may play a therapeutic role in the treatment of human gastrointestinal diseases mediated by oxidants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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