Pueraria lobata is a perennial legume plant that produces a variety of isoflavones, such as puerarin, daidzin and daidzein. These are metabolized to equol via dihydrodaidzein and tetrahydrodaidzein by the bacterial fermentation of natural isoflavone sources in the human intestines. In this study, we described the growth and accumulation of isoflavone in the hairy root of the Korean wild arrowroot according to the culture period, as well as dihydrodaidzein biosynthesis in hairy root extracts fermented with Pediococcus pentosaceus. Daily proliferation was best in DY1 cultured for 1 week. DY1 showed significant differences in daily production of puerarin and daidzin+daidzein, as compared to DJ7; furthermore, both were best in DY1 cultured for 1 week. The hairy root extract was fermented successfully with P. pentosaceus with confirmed production of dihydrodaidzein, an equol precursor formed by biotransformation. The results indicated that the growth of hairy roots and isoflavone accumulation in the hairy roots is best 1 week after culture. These results are expected to contribute to the mass production of hairy root and isoflavones as equol precursors from the Korean wild arrowroot and provide a basis for equol production by biotransformation in vitro.
Kim, Tae-Dong;Kim, Yun-Soo;Han, Jung-Yeon;Lim, Soon;Choi, Yong-Eui
Journal of Plant Biotechnology
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v.36
no.4
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pp.352-359
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2009
Panax ginseng roots produce triterpene saponins called ginsenosides, which are high value secondary metabolites and has been used as drugs, detergents, sweeteners, and cosmetics. In the recent years plant cell, tissue and organ cultures have developed as important alternative sources for the saponin production in Panax ginseng. Adventitious roots and hairy roots have been successfully induced and cultured for the improvement of saponin contents. Genetic and metabolic engineering to regulate saponin biosynthesis in P. ginseng might be important way to improve the medicinal values of P. ginseng. Here we introduced the protocol of genetic transformation and recent progress of functional characterization of genes involved in saponin biosynthesis in P. ginseng.
Symbiotic associations between land plants and fungi have been known for more than one hundred years. Vesiculararbuscular mycorrhizas (VAM) are the most common symbiosis in flowering plants and can be recognized in almost all plant families. These fungal associations play a very important role in the growth and survival of plant species. However, with respect to the importance and intensity of the VAM, there is great variation among host species. Our knowledge of the VAM fungus-plant association in Araliaceae is very limited. After the first reports of the occurence of VAM in lateral roots of Panax species, mycorrhizal structures are now described as special structures representing the so-called Paris type. In this type, the development of new spores and vesicles is extremely low. This and the type of colonization of the fungus in Panax roots indicates on, one hand, the high intensity of the VAM and, on the other hand, a remarkable dependency for VAM in members of the Panax species. Therefore, it can be easily understood that cultivated Panax plants exhibit a significant uptake of nutrients and this leads to an extremely depleted soil at harvest. Further, the soil is nearly free of the spores of VAM fungi as they germinate each year on the newly developing Panax roots.
North American ginseng production may have been maximized in the traditional growing areas in the last decade and further increases may be in woods grown root, for niche markets. The marketplace demands high quality roots. Most problems leading to low quality roots start with the grower and can be avoided. These include poor site selection, inadequate soil drainage, untimely and poorly applied pesticides, and neglect of good sanitary practices. Selection of low lying sites increased the plant damage from frost in Ontario in May 2002. Seeding is still the major method of propagation of ginseng in spite of some success in culturing different parts of the plant. Opportunities exist for shortening the stratification period of North American ginseng seed to allow spring planting. This may reduce disease incidence. Since only one-third of ginseng seed sown ultimately produces plants harvested after 3 years any approach that reduces disease incidence and improves seed germination, seedling emergence and crop stand must be pursued. Disease is the major problem in ginseng cutivation from seed stratification, soil preparation prior to planting, right through to drying of the roots. Replant disease remains as an unresolved problem and needs full characterization and new approaches for control. Much progress has been made in research and related extension activities in disease control although challenges will arise such as with Quintozene and its replacement with Quadris for control of diseases caused by Rhizoctonia. Decreased labor populations and increased associated costs for ginseng production are causing rapid mechanization in every aspect of the ginseng industry. Engineers, machinery dealers, and fabricators, and growers are being challenged to increase efficiency by mechanization.
The roots of Korean ginseng (Panax ginseng) have a long history of usage as a medicinal drug. Ginsenosides, a group of triterpenioid saponins in ginseng, have been reported to show important pharmacological effects. Many studies have attempted to identify the ginsenoside synthesis pathways of P. ginseng and to increase crop productivity. Recent studies have shown that exogenous gibberellin (GA) treatments promote storage root secondary growth by integration of the modulating cambium stem cell homeostasis with a secondary cell wall-related gene network. However, the dynamic regulation of ginsenoside synthesis-related genes and their contents by external signaling cues has been rarely evaluated. In this study, we confirmed that GA treatment not only enhanced the secondary growth of P. ginseng storage roots, but also significantly enriched the terpenoid biosynthesis process in RNA-seq analysis. Consistently, we also found that the expression of most genes involved in the ginsenoside synthesis pathways, including those encoding methylerythritol-4-phosphate (MEP) and mevalonate (MVA), and the saponin content in both leaves and roots was increased by exogenous GA application. These results can be used in future development of biotechnology for ginseng breeding and enhancement of saponin content.
The purpose of this study was to investigate nutritional component changes (chlorophylls, vitamin C, and minerals) in two Korean spinach cultivars (Cheongrok, Ddangddali) according to different growth periods, as well as differences in the components of three plant parts (leaves, stems, and roots). Chlorophyll, vitamin C, Na, and Hunter‘s color a/b values reached maximum levels in the spinach leaves after 35 days of planting, while these components did not significantly change in the stems and roots during the growth period. Chlorophyll and vitamin C contents were higher in the leaves than in thestems and roots. On the other hand, moisture content was higher in the stems than in the leaves and roots, and Fe content was highest in the roots. The vitamin C content of this fresh harvested spinach was 2.5 times higher compared to the existing data (Food Nutritive Value Table 2005).
In this study, we examined arbuscular mycorrhizal fungal (AMF) community structure colonizing field-cultivated ginseng roots according of different ages, such as 1- to 5-year-old plant, collected from Geumsan-gun, Korea. A total of seven AMF species namely, Funnelliformis caledonium, F. moseae, Gigaspora margarita, Paraglomus laccatum, P. occultum, Rhizophagus irregularis, and Scutellospora heterogama were identified from the roots using cloning, PCR-restriction fragment length polymorphism and sequence analysis of the large subunit region in rDNA. AMF species diversity in the ginseng roots decreased with the increase in root age because of the decreased species evenness. In addition, the community structures of AMF in the roots became more uniform. These results suggest that the age of ginseng affects mycorrhizal colonization and its community structure.
Periwinkle seedlings (Cantharanthus roseus) were inoculated with jujube witches'- broom (JWB) phytoplasma via grafting to analyze the migration of JWB phytoplasmas within the host plant. The phytoplasmas were detected using nested polymerase chain reaction (PCR) and fluorescence microscopy. Fluorescence microscopy was a simple and easy method of detecting phytoplasmas; however, it was not sufficiently sensitive to detect very low phytoplasma concentrations. Therefore, the migration of JWB phytoplasma was investigated through PCR. The first migration of JWB phytoplasma from an infected tissue to healthy tissues occurred late. After grafting, the phytoplasmas moved from the inoculated twig (or scion) to the main stem, which took 28 days. Afterward, the phytoplasma migrated faster and took less than 4 days to spread into the roots from the main stem. All twigs were then successively colonized by the JWB phytoplasmas from the bottom to the top. JWB phytoplasma was detected via nested PCR in all parts of the periwinkle seedling 82 days after inoculation. Based on these results, the inoculated JWB phytoplasma appeared to migrate downward to the roots along the main stem during the early stages, and then continued to move upward, colonizing twigs along the way until they reached the apex.
Jeon, Chi Sung;Kim, Gyoung Hee;Son, Kyeong In;Hur, Jae-Seoun;Jeon, Kwon-Seok;Yoon, Jun-Hyuck;Koh, Young Jin
The Plant Pathology Journal
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v.29
no.4
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pp.440-445
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2013
Balloon flower (Platycodon grandiflorum) is a kind of mountain herbs whose roots have restorative properties and the cultivating acreage of balloon flower has been steadily increasing in Korea. More frequent rain and high amount of rainfalls as a result of climate changes predisposed balloon flower to the outbreaks of root rot at high-density cultivation area in recent years. Root crowns were usually discolored into brown to blackish brown at first and the infected plants showed slight wilting symptom at early infection stage. Severely infected roots were entirely rotted and whole plants eventually died at late infection stage. The overall disease severities of root rot of balloon flower were quite variable according to the surveyed fields in Jeonnam, Gyeongnam and Jeju Provinces, which ranged from 0.1% to 40%. The root rot occurred more severely at the paddy or clay soils than the sandy soils and their severities were much higher at lowland than upland in the same localty. The disease increased with aging of the balloon flower. The causal fungi were identified as Fusarium solani and F. oxysporum on the basis of their mycological characteristics. The optimum temperature ranges of their mycelial growths was found to be $24^{\circ}C$. The pathogenic characters of F. solani and F. oxysporum treated by artificial wounding inoculation on healthy roots of balloon flower revealed that F. solani was more virulent than F. oxysporum. This study identified the causal agents of root rot of balloon flower as Fusarium solani and F. oxysporum, probably for the first time.
Soil properties and heavy metal (HM) concentrations in the field soils where balloon flowers (Platycodon grandiflorum, BF) were cultivated, were investigated together with HM (Cd, Cu, Pb, and Zn) accumulation by the BF roots. Basically, in most soils examined (51-97% among 65 samples), the chemical properties including soil pH, organic matter, available-P, and exchangeable cation contents appeared to be lower than the optimal ranges for balloon flower cultivation. There were no samples exceeding the standard limits for HM in soils. Instead, the total HM concentration levels in soils appeared to be maintained at around background levels for general soil in Korea. This implied that elevated HM accumulation in the soils caused by any possible input sources was unlikely. Even though the BF cultivated soils were not contaminated by HM, it was appeared that substantial amount of Cd was accumulated in BF roots with 1.5% and 35% roots samples exceeding the standard limits legislated for BF root ($0.81mg\;kg^{-1}DW$) and herbal plants ($0.3mg\;kg^{-1}DW$), respectively. This implied that the soil HM standard limits based on the total concentration does not reflect well the metal accumulation by plants and also it is likely that the Cd standard limits for BF and herbal plants is too restrict.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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