In this study, resistance responses were investigated during the interaction of Botrytis fabae with two faba bean cultivars expressing different levels of resistance against this pathogen, Nubaria (resistant) and Giza 40 (susceptible). Disease severity was assessed on leaves using a rating scale from 1 to 9. Accumulation levels of reactive oxygen species (ROS), lipid peroxidation and antioxidant enzymes (superoxide dismutase, catalase and ascorbate peroxidase) were measured in leaf tissues at different times of infection. The expression profiles of two pathogenesis-related proteins (PRPs) encoded by the genes PR-1 and ${\beta}$-1,3-glucanase were also investigated using reverse transcription RT-PCR analysis. The accumulation of these defense responses was induced significantly in both cultivars upon infection with B. fabae compared with un-inoculated controls. The resistant cultivar showed weaker necrotic symptom expression, less ROS accumulation, a lower rate of lipid peroxidation and higher activity of the enzymatic ROS scavenging system compared with susceptible cultivar. Interestingly, ROS accumulated rapidly in the resistant leaf tissues and peaked during the early stages of infection, whereas accumulation was stronger and more intense in the susceptible tissues in later stages. Moreover, the response of the resistant cultivar to infection was earlier and stronger, exhibiting high transcript accumulation of the PR genes. These results indicated that the induction of oxidant/antioxidant responses and the accumulation of PRPs are part of the faba bean defense mechanism against the necrotrophic fungus B. fabae with a different intensity and timing of induction, depending on the resistance levels.
Rapid production of nitric oxide (NO) and reactive oxygen species (ROS) has been implicated in the regulation of innate immunity in plants. A potato calcium-dependent protein kinase (StCDPK5) activates an NADPH oxidase StRBOHA to D by direct phosphorylation of N-terminal regions, and heterologous expression of StCDPK5 and StRBOHs in Nicotiana benthamiana results in oxidative burst. The transgenic potato plants that carry a constitutively active StCDPK5 driven by a pathogen-inducible promoter of the potato showed high resistance to late blight pathogen Phytophthora infestans accompanied by HR-like cell death and $H_2O_2$ accumulation in the attacked cells. In contrast, these plants showed high susceptibility to early blight necrotrophic pathogen Alternaria solani, suggesting that oxidative burst confers high resistance to biotrophic pathogen, but high susceptibility to necrotrophic pathogen. NO and ROS synergistically function in defense responses. Two MAPK cascades, MEK2-SIPK and cytokinesis-related MEK1-NTF6, are involved in the induction of NbRBOHB gene in N. benthamiana. On the other hand, NO burst is regulated by the MEK2-SIPK cascade. Conditional activation of SIPK in potato plants induces oxidative and NO bursts, and confers resistance to both biotrophic and necrotrophic pathogens, indicating the plants may have obtained during evolution the signaling pathway which regulates both NO and ROS production to adapt to wide-spectrum pathogens.
Sahin-Cevik, Mehtap;Sivri, Emine Dogus;Cevik, Bayram
The Plant Pathology Journal
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v.35
no.3
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pp.257-273
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2019
Tomato (Solanum lycopersicum) is one of the most widely grown and economically important vegetable crops in the world. Tomato chlorosis virus (ToCV) is one of the recently emerged viruses of tomato distributed worldwide. ToCV-tomato interaction was investigated at the molecular level for determining changes in the expression of tomato genes in response to ToCV infection in this study. A cDNA library enriched with genes induced in response to ToCV infection were constructed and 240 cDNAs were sequenced from this library. The macroarray analysis of 108 cDNAs revealed that the expression of 92 non-redundant tomato genes was induced by 1.5-fold or greater in response to ToCV infection. The majority of ToCV-induced genes identified in this study were associated with a variety of cellular functions including transcription, defense and defense signaling, metabolism, energy, transport facilitation, protein synthesis and fate and cellular biogenesis. Twenty ToCV-induced genes from different functional groups were selected and induction of 19 of these genes in response to ToCV infection was validated by RT-qPCR assay. Finally, the expression of 6 selected genes was analyzed in different stages of ToCV infection from 0 to 45 dpi. While the expression of three of these genes was only induced by ToCV infection, others were induced both by ToCV infection and wounding. The result showed that ToCV induced the basic defense response and activated the defense signaling in tomato plants at different stages of the infection. Functions of these defense related genes and their potential roles in disease development and resistance to ToCV are also discussed.
Kim, Hong-Nam;Cha, Jae-Soon;Cho, Tae-Ju;Kim, Hak-Yong
Animal cells and systems
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v.7
no.3
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pp.213-219
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2003
The response of plants to pathogens and wounding is dependent upon very sensitive perception mechanisms. Although genetic approaches have revealed a variety of resistance genes that activate common defense responses, defense-related proteins are not well characterized in plants. Therefore, we used a proteomic approach to determine which defense-related proteins are induced by salicylic acid (SA) and wounding in Chinese cabbage. We found that SA and wounding induce pathogenesis-related protein 1a (PR1a) at both protein and mRNA levels using proteomics and Northern blot analysis, respectively. This indicates that our proteomic approach is useful for identifying defense-related proteins. We also identified several other proteins that are induced by SA or wounding. Among the seven SA-induced proteins identified, four may be defense-related, including defense-related protein, phospholipase D (PLD), resistance protein RPS2 homolog, and L-ascorbate peroxidase. Out of the six wounding-induced proteins identified, three may be defense-related: heat shock cognate protein 70 (HSC70), polygalacturonase, and peroxidase P7. The precise functions of these proteins in plant defense responses await further study. However, identification of the defense-related proteins described in this study should allow us to better understand the mechanisms and signal transduction pathways involved in defense responses in Chinese cabbage.
Noh, Seong Woo;Seo, Rira;Park, Jung-Kwon;Manir, Md. Maniruzzaman;Park, Kyungseok;Sang, Mee Kyung;Moon, Surk-Sik;Jung, Ho Won
The Plant Pathology Journal
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v.33
no.4
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pp.402-409
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2017
Cyclic dipeptides (CDPs) are one of the simplest compounds produced by living organisms. Plant-growth promoting rhizobacteria (PGPRs) also produce CDPs that can induce disease resistance. Bacillus vallismortis strain BS07 producing various CDPs has been evaluated as a potential biocontrol agent against multiple plant pathogens in chili pepper. However, plant signal pathway triggered by CDPs has not been fully elucidated yet. Here we introduce four CDPs, cyclo(Gly-L-Pro) previously identified from Aspergillus sp., and cyclo(L-Ala-L-Ile), cyclo(L-Ala-L-Leu), and cyclo(L-Leu-L-Pro) identified from B. vallismortis BS07, which induce disease resistance in Arabidopsis against Pseudomonas syringae infection. The CDPs do not directly inhibit fungal and oomycete growth in vitro. These CDPs require PHYTOALEXIN DEFICIENT4, SALICYLIC ACID INDUCTION DEFICIENT2, and NONEXPRESSOR OF PATHOGENESIS-RELATED PROTEINS1 important for salicylic acid-dependent defense to induce resistance. On the other hand, regulators involved in jasmonate-dependent event, such as ETHYLENE RECEPTOR1, JASMONATE RESPONSE1, and JASMONATE INSENSITIVE1, are necessary to the CDP-induced resistance. Furthermore, treatment of these CDPs primes Arabidopsis plants to rapidly express PATHOGENESIS-RELATED PROTEIN4 at early infection phase. Taken together, we propose that these CDPs from PGPR strains accelerate activation of jasmonate-related signaling pathway during infection.
This study was to investigate defense mechanisms on cassava induced by salicylic acid formulation (SA) against anthracnose disease. Our results indicated that the SA could reduce anthracnose severity in cassava plants up to 33.3% under the greenhouse condition. The 𝛽-1,3-glucanase and chitinase enzyme activities were significantly increased at 24 hours after inoculation (HAI) and decrease at 48 HAI after Colletotrichum gloeosporioides challenge inoculation, respectively, for cassava treated with SA formulation. Synchrotron radiation-based Fourier-transform infrared microspectroscopy spectra revealed changes of the C=H stretching vibration (3,000-2,800 cm-1), pectin (1,740-1,700 cm-1), amide I protein (1,700-1,600 cm-1), amide II protein (1,600-1,500 cm-1), lignin (1,515 cm-1) as well as mainly C-O-C of polysaccharides (1,300-1,100 cm-1) in the leaf epidermal and mesophyll tissues treated with SA formulations, compared to those treated with fungicide carbendazim and distilled water after the challenged inoculation with C. gloeosporioides. The results indicate that biochemical changes in cassava leaf treated with SA played an important role in the enhancement of structural and chemical defense mechanisms leading to reduced anthracnose severity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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