We focused on relationship between phytohormones and AtEXPA3 gene in gravitropic response of A. thaliana. RT-PCR analysis shows that AtEXPA3 was highly expressed in actively developing tissues such as leaf, rosette, root and flower tissues. AtEXPA3 gene expression was enhanced by gravistimulation, BR and IAA. Furthermore, decreased gravitropism was observed when treatment of AVG, an ethylene biosynthetic inhibitor, suggesting that ethylene has a gravistimulating effect itself as well as BRs and IAA. Inhibition of gravitropism in AtEXPA3 RNAi mutant suggests that BR, auxin and ethylene are playing roles as regulators of AtEXPA3. In addition, altered gravitropism in BRs signaling mutant (decreased in bri1-301, bak1, and increased BRI-GFP) indicated that BRs signaling mediated the gravitropism. In conclusion, gravitropic responses of Arabidopsis root resulting from root growth were mediated by increased expression of AtEXPA3 gene, which is stimulated by phytohormones.
Root gravitropism was investigated in the pea (Pisum sativum L.) mutant ageotropum lacking normal gravitropic response. Exogenous ethylene treatment inhibited gravitropic response in the normal (wild type) pea rook, but had no significant effect to restore the unresponsiveness in the mutant Neither inhibitors of ethylene biosynthesis nor antagonists of ethylene action were able to bring about the development of gravioopic curvature in the ageotropum roots. Auxin action seems to be normal since asymmetric application of agar blocks containing auxin to the mutant roots caused normal gravitropic response to occur. Endogenous as well as auxin-induced ethylene production in tissue segments of the mutant root was about equal to that of the wild type. However no appreciable lateral transport of labeled auxin was observed in glavistimulated mutant roots whereas typical auxin asymetry was apparent in the wild type roots under the same conditions. It is concluded that the mutant has a defect in either gravity perception or its transduction, but not in the effector system involving auxin action.
We investigated gravitropic responses in the primary root of maize (Zea mays) seedlings which were exposed to salt stress. The maize roots salt-stressed with higher than 100 mM NaCl or KCl started to reveal enhanced gravitropic curvature after 2 hours form the gravi-stimulation. Such a promotion was not caused by sodium phosphate, but invoked by potassium phosphate, indicating the active component is $K^{+}$. Because NaCl increased gravitropic curvature, despite that $Na^{+}$ did not played any role, we evaluated the role for $Cl^{-}$ by comparing the effects of $MgCl_2$ and $MgSO_4$. The enhancement of the curvature only with $MgCl_2$ revealed that $Cl^{-}$ played a role in the gravi-response, indicating the involvement of anion channels. These results suggest that both of $K^{+}$ and $Cl^{-}$ play roles in the regulation of osmosis that is required for cell expansion in gravitropism as well as in nyctinasty and stomatal opening.
Park, Ji-Hye;Lee, Sang-Seoung;Woo, Soon-Hwa;Kim, Soon-Young
Journal of Life Science
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v.22
no.5
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pp.681-686
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2012
Light, one of the environmental stimuli, is fundamental to the growth and development of plants. Red and far-red light are sensed using the phytochrome family of plant photoreceptors. To investigate the effect of light on root growth and gravitropism, we used the Arabidopsis phytochrome mutants grown in several light conditions. The root growth of $phyA$ reared in all light conditions except white light and was stimulated compared to the WT. The stimulation of root growth was obvious in $phyA$ grown in red light. On the other hand, the root growth of $phyB$ grown in all light conditions decreased, and the lowest rate of decrease was observed in $phyAB$ grown in white and red light. The gravitropic response of $phyA$ was stimulated compared to the WT when it was grown in all light conditions except far-red light. $PhyAB$ grown in all light conditions showed the inhibition of gravitropic response. The transcript level of ACS, one of the enzymes regulating ethylene biosynthesis, increased in $phyA$ grown in white and red light, but not in $phyA$ grown in far-red light. In conclusion, these results suggested that the $P_{fr}$ form of $phyB$ regulates the root growth and gravitropism.
Kim, Seon Woong;Park, Arom;Ahn, Dong Gyu;Kim, Soon Young
Korean Journal of Plant Resources
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v.31
no.6
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pp.597-603
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2018
Inhibitory effect of colchicine on growth and gravitropic responses in Arabidopsis root was explored to find whether there was an involvement of ethylene production. It has been known that cytoskeleton components are implicated in sedimentation of statoliths to respond to gravitropism and growth. The root growth was inhibited by 25% and 40% over control for 8 hr treatment of colchicine at a concentration of $10^{-5}M$ and $10^{-7}M$, respectively. The roots treated with colchicine at the concentration of $10^{-7}M$ showed the same pattern as control in 3 hr, however, gravitropic response was decreased in the next 5 hr. The colchicine treatment at the concentration of $10^{-5}M$ inhibited the gravitropic response resulting in $60^{\circ}$ of curvature. In order to better understand the role of colchicine, the production of ethylene was measured with and without the treatment of colchicine. Colchicine increased the ethylene production by 20% when compared to control via the activation of ACC oxidase and ACC synthase activity. These results suggest that the inhibition of the growth and gravitropic responses of Arabidopsis roots by the treatment of colchicine could be attributed to the rearrangement of microtubule, and increase of ethylene production.
Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA), a known tumor-promoting phorbol ester, activates the signal transduction enzyme protein kinase C (PKC) in animal cells. We investigated the effect of PMA on the regulation of gravitropism via ethylene production in primary roots of maize. PMA stimulated root growth and the gravitropic response in a concentration-dependent manner at $10^{-6}$ M and $10^{-4}$ M over 8 hrs. These effects were prevented by treatment with staurosporine (STA), a potent inhibitor of PKC. These results support the possibility that the gravitropic response might be regulated through protein kinases that are involved in the signal transduction system. Ethylene is known to play a role in the regulation of root growth and gravitropism. Ethylene production was increased by about 26% and 37% of the control rate in response to $10^{-6}$ M and $10^{-4}$ M PMA, respectively. PMA also stimulated the activity of ACC synthase (ACS), which converts the S-adenosyl-L-methionine (AdoMet) to 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) in the ethylene production pathway. These effects on ethylene production were also prevented by STA treatment. These results suggest that the root gravitropic response in maize is regulated through protein kinases via ethylene production.
Oryzalin is a herbicide that disrupts the arrangement of microtubules by binding to tubulin, thereby blocking the anisotropic growth of plant cells. Microtubules and microfilaments are cytoskeleton components that have been implicated in plant growth through their influence on the formation of cell walls. Microtubules also play roles in the sedimentation of amyloplasts in the root tip columella cells; this sedimentation is related to gravity sensing and results in downward root growth in the soil for absorption of water and minerals. However, the orientation of microtubules changes depending on the level of ethylene in plant cells. A recent study reported that oryzalin stimulated ethylene production via 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) synthase and ACC oxidase and caused a concentration-dependent inhibition of root growth and gravitropic responses. The aim of the present study was to investigate the possibility that oryzalin-induced inhibition might be recovered by the application of inhibitors of ethylene production, such as 10-4 M cobalt ions and 10-8 M aminoethoxyvinylglycine (AVG). The inhibition of root growth and gravitropic response was overcome by 10-20% by an 8 hr treatment with cobalt ions or AVG. These results suggest that ethylene levels could regulate root growth and gravitropic responses in Arabidopsis.
Kim, Chungsu;Mulkey, Timothy J.;Kim, Jong-Sik;Kim, Soon Young
Journal of Life Science
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v.25
no.11
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pp.1223-1229
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2015
Oryzalin is a dinitroaniline herbicide, which disrupts the arrangement of microtubules. Microtubules and microfilaments are cytoskeletal components that are thought to play a role in the sedimentation of statoliths and the formation of cell walls. Statoliths regulate the perception of gravity by columella cells in the root tip. To determine the effect of oryzalin on the gravitropic response, ethylene production in primary roots of maize was investigated. Treatment with 10-4 M oryzalin to the root tip inhibited the growth and gravitropic response of the roots. However, the treatment had no effect on the elongation zone of the roots. An application of 10-4 M oryzalin for 15 hr to the root tip caused root tip swelling. The application of 1-aminocycopropane-1-carboxylic acid (ACC), a precursor of ethylene, to the root tip also inhibited the gravitropic response. To understand the role of oryzalin in the regulation of the growth and gravitropic response of roots, ethylene production in the primary roots of maize was measured following treatment with oryzalin. Oryzalin stimulated ethylene production via the activation of ACC oxidase (ACO) and ACC synthase (ACS), and it increased the expression of ACO and ACS genes. Indole-3-acetic acid (IAA) played a key role in the asymmetric elongation rates observed during gravitropism. The results suggest that oryzalin alters the gravitropic response of maize roots through modification of the arrangement of microtubules. This might reduce the distribution of IAA in the upper and lower sides of the elongation zone and increase ethylene production, thereby inhibiting growth and gravitropic responses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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