• The Plant Pathology Journal
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• 제26권4호
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• pp.386-393
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• 2010

In order to study disease resistance mechanisms in rice against the rice blast fungus Magnaporthe grisea, we screened fungal elicitor-responsive genes from rice suspension-cultured cells treated with fungal elicitors employing differential hybridization (DH). By DH screening, 31 distinct rice clones were isolated and a majority of them were full-length cDNAs encoding pathogenesisrelated (PR) genes. Sixteen of the 31 genes were upregulated at 4, 8, and 12 h following fungal elicitor treatment. To elucidate the effect of signal molecules and biotic elicitors on the regulation of rice defense genes, we further characterized the transcriptional expression patterns of representative isolated PR genes; OsGlu1, OsGlu2, OsTLP, OsRLK, and OsPR-10, following treatment with fungal elicitor, phytohormones, cycloheximide, and inhibitors of protein phosphorylation. Jasmonic acid (JA) induced transcriptional expression of OsGlu1, OsTLP, and OsRLK, but not of OsGlu2 and OsPR-10 at any of the tested time points. Salicylic acid (SA) and abscisic acid weakly induced the expression of OsTLP and OsRLK. SA showed an antagonistic effect with fungal elicitor and JA. Cycloheximide suppressed all these genes upon elicitor treatment, except for OsGlu2. Staurosporine only induced the expression of OsRLK. Application of calyculin A strongly induced OsRLK expression, but suppressed the expression of OsGlu2. Our study yielded a number of PR genes that play a role in defense mechanisms against the rice blast fungus, as well as contribute towards the elucidation of crosstalk between phytohormones and other modifications during defense signaling.

• The Plant Pathology Journal
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• 제35권4호
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• pp.330-340
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• 2019

The present study was undertaken to evaluate the integrated effect of zinc (Zn) with other nutrients in managing early blight (EB) disease in tomato. A pot experiment was carried out with basal application of the recommended level of macronutrients [nitrogen, phosphorus and potassium (NPK)] and micronutrients [magnesium (Mg) and boron (B)] in bilateral combination with Zn (2.5 and 5.0 mg/kg) in a completely randomized deigned in replicates. Results revealed that interactive effect of Zn with Mg or B was often futile and in some cases synergistic. Zn with NPK yield synergistic outcome, therefore EB disease was managed significantly (disease incidence: 25% and percent severity index: 13%), which resulted in an efficient signaling network that reciprocally controls nutrient acquisition and uses with improved growth and development in a tomato plant. Thus, crosstalk and convergence of mechanisms in metabolic pathways resulted in induction of resistance in tomato plant against a pathogen which significantly improved photosynthetic pigment, total phenolics, total protein content and defense-related enzymes [superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), peroxidase (POX), polyphenol oxidase (PPO) and phenylalanine ammonia-lyase (PAL)]. The tremendous increase in total phenolics and PAL activity suggesting their additive effect on salicylic acid which may help the plant to systemically induce resistance against pathogen attack. It was concluded that interactive effect of Zn (5.0 mg/kg) with NPK significantly managed EB disease and showed positive effect on growth, physiological and biochemical attributes therefor use of Zn + NPK is simple and credible efforts to combat Alternaria stress in tomato plants.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제1권2호
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• pp.117-121
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• 1999

Effects of jasmonic acid treatment, UV-B and white light treatment on the anthocyanin biosynthesis and cell growth were investigated using the cell suspension culture system of grape (Vitis vinifera L.). Cell growth was not affected by white light irradiation, while it was remarkably suppressed by UV-B irradiation from 8 to 32 h. Anthocyanin accumulation dramatically increased after 16 h from irradiation of UV-B. Simultaneous treatment of jasmonic acid and UV-B increased anthocyanin accumulation by 10-fold. The cell division was restored when anthocyanin was abundantly accumulated after 32 h from UV-B irradiation. Optimum concentration of jasmonic acid was found to be 5 uM for maximum accumulation of anthocyanin. Application of jasmonic acid to grape suspension cells rapidly induced the expression of CHS gene after 2 h from treatment and showed maximum level at 32 h. Simultaneous treatment of jasmonic acid and light also induced CHS gene expression after 2 h, but the maximum level of CHS transcript was observed at 16 h with white light and 8 h with UV-B exposure. The synergistical effects could be explained by the defense mechanism that UV irradiation is mediated in part by alterations in JA and its signaling pathway.

• 한국환경농학회지
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• 제30권4호
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• pp.402-408
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• 2011

BACKGROUND: Effect of various light wavelength and plant defense molecules were evaluated on the hardness and the contents of free amino acid including ${\gamma}$-aminobutyric acid (GABA) in soybean sprouts. METHODS AND RESULTS: Germinating soybean seeds were treated with various single wavelength of light (380, 440, 470, and 660 nm) or without light at $25^{\circ}C$ for six days. Soybean seeds were also treated with stress-signaling molecule ethephon or $H_2O_2$ at the same time. Soybean sprouts treated with 470 nm substantially raised the hardness almost two times than the control. The free amino acid contents were higher in 470 nm and $H_2O_2$ treated soybean seeds than the control. Nutritionally beneficial GABA contents were increased by the treatments of 470 nm, 440 nm, ethephon, and $H_2O_2$. CONCLUSION: These results suggest that the hardness and the contents of amino acids can be regulated by stimuli, which stimuli could be composed of various wavelength and plant defense molecules. Especially, single wavelength 470 nm illumination has the effect of increasing GABA contents with increased hardness.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제36권1호
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• pp.53-58
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• 2009

Calcium signals can be transduced by binding calmodulin (CaM), a $Ca^{2+}$ sensor in eukaryotes, is known to be involved in the regulation of diverse cellular functions. We isolated a CaM-binding protein 63 kD (AtCBP63) from the pathogen-treated Arabidopsis cDNA expression library. Recently, AtCBP63 was identified as a CaM bining protein. The CaM binding domain of AtCBP63 was reported to be located in its N-terminal region, In this study, however, we showed that ACaM2 could specifically bind to second CaM-binding domain (CaMBD) of AtCBP63 at the C-terminal region. The specific binding of CaM to CaM binding domain was confirmed by a gel mobility shift assay, a split ubiquitin assay, site-directed mutagenesis, and a competition assay using a $Ca^{2+}$/CaM-dependent enzyme. The gene expression of AtCBP63 was induced by pathogens and pathogens related second messengers. This result suggests that a CaM binding protein, AtCBP63, may play role in pathogen defense signaling pathway.

• The Plant Pathology Journal
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• 제38권3호
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• pp.182-193
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• 2022

Turfgrass, the most widely grown ornamental crop, is severely affected by fungal pathogens including Sclerotinia homoeocarpa, Rhizoctonia solani, and Magnaporthe poae. At present, turfgrass fungal disease management predominantly relies on synthetic fungicide treatments. However, the extensive application of fungicides to the soil increases residual detection frequency, raising concerns for the environment and human health. The bacterial volatile compound, 2,3-butanediol (BDO), was found to induce plant resistance. In this study, we evaluated the disease control efficacy of a combination of stereoisomers of 2,3-BDO and commercial fungicides against turfgrass fungal diseases in both growth room and fields. In the growth room experiment, the combination of 0.9% 2R,3R-BDO (levo) soluble liquid (SL) formulation and 9% 2R,3S-BDO (meso) SL with half concentration of fungicides significantly increased the disease control efficacy against dollar spot and summer patch disease when compared to the half concentration of fungicide alone. In field experiments, the disease control efficiency of levo 0.9% and meso 9% SL, in combination with a fungicide, was confirmed against dollar spot and large patch disease. Additionally, the induction of defense-related genes involved in the salicylic acid and jasmonic acid/ethylene signaling pathways and reactive oxygen species detoxification-related genes under Clarireedia sp. infection was confirmed with levo 0.9% and meso 9% SL treatment in creeping bentgrass. Our findings suggest that 2,3-BDO isomer formulations can be combined with chemical fungicides as a new integrated tool to control Clarireedia sp. infection in turfgrass, thereby reducing the use of chemical fungicides.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제47권2호
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• pp.157-163
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• 2020

급속한 산업화와 인구증가에 따른 심각한 환경과 식량문제는 인류의 생존을 위협하는 가장 중요한 현안문제로 대두되고 있다. 또한, 인구 증가에 따른 식량부족을 해결하기 위하여 농약과 화학비료의 무분별한 사용으로 인하여 농토는 산성화되어 황폐화가 되고 있고 먹이사슬 및 자연생태계의 파괴는 더 많은 농약의 사용을 필요하고 있다. 과다한 농약 사용으로 경제적인 부담의 가중과 잔류 농약으로 인한 소비자의 건강을 위협하고 있다. 또한, 증가된 화석연료의 사용은 공기중의 이산화탄소를 증가시켜 지구 온도의 상승을 초래하고 있으며, 결과적으로 기상이변, 지구온난화 및 사막화 등의 심각한 환경문제를 초래했다. 특히, 서늘한 기온에서 잘 자라는 배추, 무우, 감자 등의 고령지 농작물의 질적인 저하를 초래하여 피해가 증가하고 있지만, 최근들어 감자와 같은 알카리성 건강식품의 붐으로 수요가 증가되고 있다. 본 연구에서 환경스트레스에 관여하는 대두의 특이적인 칼모듈린, GmCaM-4 유전자를 감자에 과발현 시켜서 PR 유전자들의 발현이 지속적으로 유지되어 식물방어 기작이 활성화 되었음을 확인하였다. 또한, 그 형질전환 식물체는 초민감성 세포사멸 현상을 보였고, 무름병을 일으키는 병원균인 Erwinia carotovora subsp. Carotovora (Ecc)를 이용하여 GmCaM-4가 과발현된 감자에서 병 저항성이 증가하는 것을 확인 하였다. 최종적으로 지금까지 많이 연구되고 보고된 유전자원인 대두의 GmCaM-4 유전자를 활용하여 주요 식량자원인 감자에서 과발현 형질전환 식물체를 확보하여 다양한 병 저항성 증가를 통한 작물 생산성 향상에 매우 우수한 기술로 기대되는 바이다.

• 생명과학회지
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• 제18권8호
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• pp.1023-1030
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• 2008

SIPK와 WIPK의 상위 단계 인산화 효소로 알려진 NtMEK2가 DEX 유도성 시스템에 의해 밝혀졌다. 이 NtMEK2 유전자가 지속적으로 활성화된 돌연변이체인 $NtMEK2^{DD}$의 발현은 SIPK와 WIPK를 활성화 시켜 주므로 과민감 반응과 같은 세포 괴사를 야기하는 것으로 나타나 NtMEK2-SIPK/WIPK 체계가 담배에서 방어 반응을 조절하고 있음을 알 수 있었다. 그러나 NtMEK2-SIPK/WIPK 체계에 의해서 조절 되는 하위 기질이나 방어관련 유전자들에 대한 연구는 아직 미비한 상태이다. 그래서 본 연구는 NtMEK2-SIPK/WIPK 체계에 매개되는 하위 유전자들을 분리하기 위하여 $NtMEK2^{DD}$ 형질전환 식물체를 이용해 ACP에 기초한 DDRT-PCR을 수행하였다. 그 결과 본 연구를 통해 처음으로 pI2-4, MTS2, SINA, CDM1, HRGP 및 DEG45를 포함해 여섯 개의 DEG들을 선발하였다. 이 유전자들의 발현은 $NtMEK2^{DD}$ 형질전환에서 다시 확인하였으며 특히 pI2-4, CDM1, HRGP의 유전자 발현은 다른 유전자들과 비교해 볼 때 살리실산과 담배모자이크바이러스에 강하게 반응하여 증폭됨을 알 수 있었다. 이러한 결과를 볼 때 NtMEK2-SIPK/WIPK 체계에 의해 조절되는 세 개의 유전자는 병저항성에 관여하고 있음을 제시한다 하겠다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제33권1호
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• pp.1-9
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• 2006

도처에 분포하는 peroxiredoxins (Prxs)은 세포 내 방어신호전달 과정에서 다양한 기능을 하는 것으로 나타났다. Prxs는 크게 typical 2-Cys Prx, atypical 2-Cys Prx와 1-Cys Prx의 세 부류로 분류되는데, 이것들은 cysteine 잔기의 수와 촉매기전에 따라 구분된다. 세 종류의 단백질 중, N-말단에 peroxidatic cysteine 잔기를 포함하는 typical 2-Cys Prx는 $H_2O_2$ 분해과정 동안 과산화물-의존적인 sulfenic acid로의 산화와 thiol-의존적 환원과정이 순환되어 일어난다. Sulfenic acid는 고농도의 $H_2O_2$와 Trx, Trx reductase와 NADPH를 포함하는 촉매 요소의 존재하에 cysteine sulfenic acid로 과산화 될 수 있다 과산화된 2-Cys Prx는 ATP 의존성 효소인 sulfiredoxin의 작용에 의해 천천히 환원된다. 세포가 강력한 산화나 열 충격 스트레스에 노출되면, 2-Cys Prx는 LMW 단백질에서 HMW complex로 구조를 변화시켜 peroxidase에서 chaperone으로 기능의 전환을 일으킨다. 2-Cys Prx의 C-말단 부분 역시 이러한 구조적 전환에 중요한 역할을 한다. 따라서, C-말단이 잘려진 단백질은 과산화가 되지 않고 단백질의 구조와 기능이 조절될 수 없다. 이러한 반응들은 활성 자리인 peroxidatic cysteine 잔기에 의해 일차적으로 유도되며, 그것은 세포에서 '$H_2O_2$ sensor' 로서 작용하다. 2-Cys Prx의 가역적인 구조와 기능 변화는 세포가 외부자극에 적응하는 수단으로 작용하며, 아마도 세포내 방어신호체계를 활성화 시키는 것으로 생각된다. 특히, chloroplast에 존재하는 식물 2-Cys Prx는 촉매반응 동안 주된 구조적인 변화를 나타내는 역동적인 단백질 구조를 가지고 있어서, 산화-환원 의존적으로 super-complex를 형성하고 가역적으로 thylakoid membrane에 부착한다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제38권1호
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• pp.22-29
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• 2011

비생물학적 스트레스로 $H_2O_2$를 이용하여 산화적 스트레스와 고염분 스트레스를 처리한 후 ROS의 생성을 확인한 결과 스트레스 처리 후 30분에 일시적으로 1차 peak를 형성하였다가 거의 basal level까지 감소하고 다시 증가하여 3시간에 매우 다량의 2차 peak를 형성한 후 거의 basal level로 다시 낮아지는 biphasic 양상을 나타내게 된다. 따라서 ROS의 생성은 초기 30분 내에 일시적으로 발생한 Phase I의 ROS와 Phase II의 좀 더 장기적으로 다량의 고농도로 발생된 ROS의 생리적 역할이 다를 것으로 여겨진다. 본 논문에서는 스트레스 처리 시 생성되는 ROS를 확인한 후 ROS 생성 유전자인 RbohD와 RbohF 유전자 발현이 억제된 RbohD-AS, RbohF-AS 형질전환 식물체를 이용하여 실험을 수행하였다. 스트레스에 의해 생성되는 ROS의 생성을 억제시킴으로써 스트레스에 대한 ethylene 생성이 더 적은 것으로 나타났다. 또한, 이들 형질전환 식물체에서 ethylene 생성과 $H_2O_2$ 억제 효과를 확인하였으며 고염분 등의 스트레스에 대한 저항성은 ROS와 ethylene의 생성이 저하되어 나타난 것으로 판단된다. 산화적 스트레스와 고염분 스트레스에서 후기 ethylene이 다량으로 생성되는 시기, 즉 세포손상이 초래되는 후기에서 DNA fragmentation 분석을 통해서 ROS와 ethylene의 생성이 높은 식물체일수록 PCD가 높게 나타난 것으로 여겨지며, 이 과정에서 작용하는 유전자는 RbohD와 RbohF인 것으로 보이며, RbohD가 더 효과적으로 작용하는 것으로 생각된다. 따라서 스트레스에 반응하는 신호전달과정에서 초기에 ROS가 생성이 되고 후기에 ethylene이 다량으로 생성되어 결국 세포죽음에 이르게 하는 상호 synergism을 일으켜 반응을 나타내며, 이러한 반응 과정에서 RbohD와 RbohF 유전자 발현의 억제가 스트레스에 대한 식물체의 저항성을 높이는 것으로 사료된다.