When plants are infected by plant pathogens, typical disease symptom termed lesion, appears in compatible interaction. Whereas, in incompatible interactions, only small speck of lesions are visible on the leaf surfaces. Hypersensitive response (HR) of plant which is the result of infection by incompatible pathogens, is a well known defense response inducing rapid cell death resulting in complete resistance. However, some rice mutants show spontaneous disease symptoms during the growth stages without interaction with pathogens. We investigated the spontaneous cell death mutant called Blast Lesion Mimic(BLM) generated by EMS mutation, on the relationship with the hypersensitive response as well as resistant characteristics. Accumulation of phenolic compounds were detected around the lesions as lesions develop on leaf surface. Activation of PR gene was detected before the lesion appeared, and that result indicates the defense-related response are started earlier than lesion formation. The BLM mutant showed resistant response to inoculation of Magnaporthe grisea KJ201 with which the wild type Hwacheong is totally susceptible. Informations on the formation of spontaneous lesions and detail analysis of lesion mimic mutants and related genes are very limited to date. It is really important to understand the phenomenon of the defense-related lesion formation for developing resistant cultivar for rice blast pathogens
Sohn, Soo-In;Kim, Yul-Ho;Kim, Byung-Ryun;Lee, Sang-Yeob;Lim, Chun Keun;Hur, Jang Hyun;Lee, Jang-Yong
Molecules and Cells
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제24권2호
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pp.232-239
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2007
$HrpN_{EP}$, from the gram-negative pathogen, Erwinia pyrifoliae, is a member of the harpin group of proteins, inducing pathogen resistance and hypersensitive cell death in plants. When the $hrpN_{EP}$ gene driven by the OsCc1 promoter was introduced into tobacco plants via Agrobacterium-mediated transformation, their resistance to the necrotrophic fungal pathogen, Botrytis cinerea, increased. Resistance to B. cinerea was correlated with enhanced induction of SA-dependent genes such as PR-1a, PR2, PR3 and Chia5, of JA-dependent genes such as PR-1b, and of genes related to ethylene production, such as NT-EFE26, NT-1A1C, DS321, NT-ACS1 and NT-ACS2. However the expression of NPR1, which is thought to be essential for multiple-resistance, did not increase. Since the pattern of expression of defense-related genes in $hrpN_{EP}$-expressing tobacco differed from that in plants expressing $hpaG_{Xoo}$ from Xanthomonas oryzae pv. Oryzae, these results suggest that different harpins can affect the expression of different defense-related genes, as well as resistance to different plant pathogens.
To understand plant-pathogen interactions, a complete set of hot pepper genes differentially expressed against pathogen attack was isolated. As an initial step, hundreds of differentially expressed cDNAS were isolated from hot pepper leaves showing non-host resistance against bacterial plant pathogens (Xanthomonas campestris pv. glycines and Pseudomonas syringae pv. syringae) using differential display reverse transcription polymerase chain reaction (DDDRT-PCR) technique. Reverse Northern and Northern blot analyses revealed that 50% of those genes were differentially expressed in pepper loaves during non-host resistance response. Among them, independent genes without redundancy were micro-arrayed for further analysis. Random EST sequence database were also generated from various CDNA libraries including pepper tissue specific libraries and leaves showing non-host hypersensitive response against X. campestris pv. glycines. As a primary stage, thousands of cDNA clones were sequenced and EST data were analyzed. These clones are being spotted on glass slide to study the expression profiling. Results of this study may further broaden knowledge on plant-pathogen interactions.
In this study, we analyze RNA-seq data from OxF3Hand WT at several points (Oh, 3 h, 12 h, and 24 h) after WBPH infection. A number of the genes were further validated by RT-qPCR. Results revealed that highest number of DEGs (4,735) between the two genotypes detected after 24 h of infection. Interestingly, many of the DEGs between the WT and OsF3H under control conditions were also found to be differentially expressed in OsF3H in response to WBPH infestation. These results indicate that significant differences in gene expression between the "OxF3H" and "WT" exist as the infection time increases. Many of these DEGs were related to oxidoreductase activity, response to stress, salicylic acid biosynthesis, metabolic process, defense response to pathogen, cellular response to toxic substance, and regulation of hormones level. Moreover, genes involved in salicylic acid (SA) and Ethylene (Et) biosynthesis were upregulated in OxF3H plants while jasmonic acid (JA), Brassinosteroid (Br), and abscisic acid (ABA) signaling pathways were found downregulated in OxF3H plant during WBPH infestation. Interestingly, many DEGs related to pathogenesis such as OsPR1, OsPR1b, NPR1, OsNPR3 and OsNPR5 were found significantly upregulated in OxF3H plants. Additionally, genes related to MAPKs pathway, and about 30 WRKY genes involved in different pathways were found upregulated in OxF3H plants after WBPH infestation. This suggests that overexpression of the OxF3H gene leads to multiple transcriptomic changes and impact plant hormones, pathogenic related and secondary metabolites related genes and enhancing the plant resistance to WBPH infestation.
Kim, Jung-Koo;Baek, Seung-A;Yoon, Seok-Joo;Park, Han-Jin;Lee, Suk-Chan;Lee, Tae-Soo;Im, Kyung-Hoan
The Plant Pathology Journal
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제25권2호
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pp.172-178
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2009
To obtain global gene expression profiles of Arabidopsis thaliana by acid stress, seedlings were subjected to low pH stress. Using Affymetrix AH1 chips covering 24,000 genes, we analyzed gene expression patterns. Fifty-four genes were up-regulated, and 38 were down-regulated more than 3-fold after 2 h of acid stress (pH 3.0). Several defense and abiotic stress-related genes were recognized among the up-regulated genes and peroxidase and extensin genes were identified among the down-regulated genes. After 12 h treatment, relatively fewer genes showed changed expression, indicating that plants seem to adjust themselves to this abiotic stress. Most of the up-regulated genes are already known to be involved in abiotic stress responses and pathogen attacks, especially wounding. However, down-regulated genes for the members of extensins and peroxidases are specific to the acid treatment. These results suggest that acid treatment turns on genes involved in stress responses, especially in wounding and turns off genes very specific for the acid stress.
Reactive oxygen and nitrogen species (ROS and RNS, respectively) are messengers that carry signals to alter the redox state in order to activate plant responses and other physiological processes, such as differentiation, aging, senescence, and pathogen defense. Quite a large number of genes are involved in this signaling and lead to oxidative stress in plants. Although the role of ROS/RNS during stress conditions is well documented, a comprehensive list of genes and comparative study of these genes has not yet been completed. Accordingly, the in silico identification of oxidative stress-related genes was performed for soybeans and Arabidopsis. These genes were also studied in relation to multiple domain prediction. The presence of domains like dehydogenase and ATPase suggests that these genes are involved in various metabolic processes, as well as the transportation of ions under optimal environmental conditions. In addition to a sequence analysis, a phylogenetic analysis was also performed to identify orthologous pairs among the soybean and Arabidopsis oxidative stress-related genes based on neighbor joining. This study was also conducted with the objective of further understanding the complex molecular signaling mechanism in plants under various stress conditions.
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.
Kwak, A Min;Min, Kyeong Jin;Lee, Sang Yeop;Kang, Hee Wan
Mycobiology
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제43권3호
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pp.311-318
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2015
Culture filtrates of six different edible mushroom species were screened for antimicrobial activity against tomato wilt bacteria Ralstonia solanacearum B3. Hericium erinaceus, Lentinula edodes (Sanjo 701), Grifola frondosa, and Hypsizygus marmoreus showed antibacterial activity against the bacteria. Water, n-butanol, and ethyl acetate extracts of spent mushroom substrate (SMS) of H. erinaceus exhibited high antibacterial activity against different phytopathogenic bacteria: Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum, Agrobacterium tumefaciens, R. solanacearum, Xanthomonas oryzae pv. oryzae, X. campestris pv. campestris, X. axonopodis pv. vesicatoria, X. axonopodis pv. citiri, and X. axonopodis pv. glycine. Quantitative real-time PCR revealed that water extracts of SMS (WESMS) of H. erinaceus induced expressions of plant defense genes encoding ${\beta}$-1,3-glucanase (GluA) and pathogenesis-related protein-1a (PR-1a), associated with systemic acquired resistance. Furthermore, WESMS also suppressed tomato wilt disease caused by R. solanacearum by 85% in seedlings and promoted growth (height, leaf number, and fresh weight of the root and shoot) of tomato plants. These findings suggest the WESMS of H. erinaceus has the potential to suppress bacterial wilt disease of tomato through multiple effects including antibacterial activity, plant growth promotion, and defense gene induction.
Park, Hyo-Jun;Kwon, Chang-Seob;Woo, Joo-Yong;Lee, Gil-Je;Kim, Young-Jin;Paek, Kyung-Hee
The Plant Pathology Journal
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제27권2호
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pp.170-182
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2011
Plants possess multiple resistance mechanisms that protect themselves against pathogen attack. To identify unknown components of the defense machinery in Arabidopsis, gene-expression changes were monitored in Arabidopsis thaliana under 18 different biotic or abiotic conditions using a DNA microarray representing approximately 25% of all Arabidopsis thaliana genes (www.genevestigator.com). Seventeen genes which are early responsive to salicylic acid (SA) treatment as well as pathogen infection were selected and their T-DNA insertion mutants were obtained from SALK institute. To elucidate the role of each gene in defense response, bacterial pathogen Pseudomonas syringae pv. tomato (Pst) DC3000 was inoculated onto individual T-DNA insertion mutants. Four mutants exhibited decreased resistance and five mutants displayed significantly enhanced resistance against Pst DC3000-infection as measured by change in symptom development as compared to wild-type plants. Among them, member of uridin diphosphate (UDP)-glycosyltransferase (UGT) was of particular interest, since a UGT mutant (At1g05680) showed enhanced resistance to Pst-infection in Arabidopsis. In systemic acquired resistance (SAR) assay, this mutant showed enhanced activation of SAR. Also, the enhanced SAR correlated with increased expression of defense-related gene, AtPR1. These results emphasize that the glycosylation of UGT74E2 is a part of the SA-mediated disease-resistance mechanism.
Xanthomonas oryzae pv. oryzae causing bacterial leaf blight disease in rice produces and secretes Hpa1 protein that belongs to harpin protein family. Previously it was reported that Hpa1 induced defense responses when it was produced in tobacco. In this study, we expressed hpa1 gene in rice and Arabidopsis to examine the effects of Hpa1 expression on disease resistance to both fungal and bacterial pathogens. Expression of hpa1 gene in rice enhanced disease resistance to both X. oryzae pv. oryzae and Magnaporthe grisea. Interestingly, individual transgenic rice plants could be divided into four groups, depending on responses to both pathogens. hpa1 expression in Arabidopsis also enhanced disease resistance to both Botrytis cineria and Xanthomonas campestris pv. campestris. To examine genes that are up-regulated in the transgenic rice plants after inoculation with X. oryzae pv. oryzae, known defense-related genes were assessed, and also microarray analysis with the Rice 5 K DNA chip was performed. Interestingly, expression of OsACS1 gene, which was found as the gene that showed the highest induction, was induced earlier and stronger than that in the wild type plant. These results indicate that hpa1 expression in the diverse plant species, including monocot and dicot, can enhance disease resistance to both fungal and bacterial plant pathogens.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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