Physiologia Plantarum

N⁶‐methyladenosine (m⁶A) is an abundant methylation mark in eukaryotic mRNAs. It is installed and removed by methyltransferases (“writers”) and demethylases (“erasers”), respectively. A recent study has demonstrated that alpha‐ketoglutarate‐dependent dioxygenase homolog 10B (ALKBH10B) is an mRNA m⁶A eraser affecting floral transition in Arabidopsis thaliana. However, the roles of m⁶A eraser proteins, including ALKHB10B, in plant adaptation to abiotic stresses are largely unknown. In this study, we aimed to determine the role of ALKBH10B in the response of A. thaliana to abiotic stresses and abscisic acid (ABA). The m⁶A level increased in response to salt stress, and m⁶A levels in alkbh10b mutants were higher than those in the wild‐type under both normal and salt stress conditions. Germination of alkbh10b mutant seeds was markedly delayed under salt stress but not under dehydration, cold, or ABA conditions. Seedling growth and survival rate of alkbh10b mutants were enhanced under salt stress. Notably, salt‐tolerant phenotypes of alkbh10b mutants were correlated with decreased levels of several m⁶A‐modified genes, including ATAF1, BGLU22, and MYB73, which are negative effectors of salt stress tolerance. In response to ABA, both seedling and root growth of alkbh10b mutants were inhibited via upregulating ABA signaling‐related genes, including ABI3 and ABI4. Collectively, these findings indicate that ALKBH10B‐mediated m⁶A demethylation affects the transcript levels of stress‐responsive genes, which are important for seed germination, seedling growth, and survival of Arabidopsis thaliana in response to salt stress or ABA.

Despite the increasing understanding of the stress‐responsive roles of zinc‐finger RNA‐binding proteins (RZs) in several plant species, such as Arabidopsis thaliana, wheat (Triticum aestivum) and rice (Oryza sativa), the functions of RZs in cabbage (Brassica rapa) have not yet been elucidated. In this study, the functional roles of the three RZ family members present in the cabbage genome, designated as BrRZ1, BrRZ2 and BrRZ3, were investigated in transgenic Arabidopsis under normal and environmental stress conditions. Subcellular localization analysis revealed that all BrRZ proteins were exclusively localized in the nucleus. The expression levels of each BrRZ were markedly increased by cold, drought or salt stress and by abscisic acid (ABA) treatment. Expression of BrRZ3 in Arabidopsis retarded seed germination and stem growth and reduced seed yield of Arabidopsis plants under normal growth conditions. Germination of BrRZ2‐ or BrRZ3‐expressing Arabidopsis seeds was delayed compared with that of wild‐type seeds under dehydration or salt stress conditions and cold stress conditions, respectively. Seedling growth of BrRZ3‐expressing transgenic Arabidopsis plants was significantly inhibited under salt, dehydration or cold stress conditions. Notably, seedling growth of all three BrRZ‐expressing transgenic Arabidopsis plants was inhibited upon ABA treatment. Importantly, all BrRZs possessed RNA chaperone activity. Taken together, these results indicate that the three cabbage BrRZs harboring RNA chaperone activity play diverse roles in seed germination and seedling growth of plants under abiotic stress conditions as well as in the presence of ABA.

Although the functional roles of glycine‐rich RNA‐binding proteins (GRPs) during stress adaptation have been extensively evaluated in Arabidopsis thaliana and rice (Oryza sativa), the stress‐responsive roles of a majority of GRPs have not been characterized in other plant species including rapeseed (Brassica napus). Here, the characteristic features and stress‐responsive expression patterns of GRPs in B. napus (BnGRPs) were investigated. The genome of B. napus contains seven closely related BnGRPs, where the amino acid sequences of a well‐conserved RNA‐recognition motif at the N‐terminal region are highly similar to each other but the sequences of the C‐terminal glycine‐rich region vary greatly among different BnGRPs. The transcript levels of all BnGRPs were markedly upregulated by cold stress, while their expression was significantly downregulated by dehydration or high salinity stress. Among the seven BnGRPs evaluated, BnGRP1 was characterized in more detail for its cellular localization and functional role as an RNA chaperone under cold stress. Cold‐induced BnGRP1 successfully complemented the cold‐sensitive phenotype of Escherichia coli mutant BX04 cells under cold stress, and harbored DNA‐ and RNA‐melting abilities. Ectopic expression of BnGRP1 in Arabidopsis resulted in accelerated seed germination and enhanced freezing tolerance of the plant under cold or freezing stress. Collectively, the results of this study support the emerging idea that GRPs are functionally conserved RNA chaperones during the cold adaptation process in diverse plant species.

Field‐ and greenhouse‐grown Abies fraseri (Pursh) Poir. (Fraser fir) were analyzed for wind‐ or mechanically‐induced flexure changes. These changes included inhibition of stem and needle elongation, reinforcement of branch bases around the stem, and increased radial growth in the direction of the mechanical perturbation (MP). Mature trees exposed to high wind conditions were severely flag‐formed. These modified tree crowns had a lower drag than crowns of non‐flag formed trees in wind‐tunnel tests. In both field‐grown and greenhouse‐grown A. fraseri, MP induced a decrease in flexibility and increased elasticity of the stems. The increased radial growth of the stems overrode the increase in elasticity, resulting in the overall decrease in flexibility. The increase in radial growth caused by wind or mechanical flexure was due to greater cell divisions of the vascular cambium, resulting in increased numbers of tracheids. The decrease in stem elongation in these trees was due, at least in part, to a decrease in tracheid length. The potential biological and mechanical significance of these induced growth changes in trees are addressed. The data support the thigmomorphogenetic theory, which states that plants respond to wind and other mechanical perturbations in a way that is favorable to the plant for continued survival in windy environments.

A method is discussed to test differences in relative growth rates. This method is based on an analysis of variance, with In‐transformed plant weight as dependent variable. A significant Group × Time interaction indicates differences in relative growth rates between groups. The advantages over the “classical” and “functional” growth analyses are: (1) No pairing procedure is required. (2) More than two groups may be evaluated in one analysis. (3) No decision is required about the polynomial used to fit the data. (4) By partitioning the interaction effect using orthogonal polynomials insight is gained into the nature of differences in relative growth rate. (5) By concentrating attention on the lower order terms of the polynomials, the influence of extraneous variation on conclusions may be minimized.

A cDNA coding for a thioredoxin h has been isolated from a xylem/phloem poplar cDNA library by RACE‐PCR. The nucleotide sequence called popTrx‐h2 is homologous to other thioredoxins h isolated from plants but differs from the other thioredoxins h by presenting a 30 amino acid long N‐terminus extension. A variant of this cDNA lacking the N‐terminal extension was also generated by PCR. Both cDNAs have been introduced into an expression plasmid (pET‐3d) and the recombinant proteins have been expressed to a high level and purified from Escherichia coli cells. Protein sequencing showed that a part of the N‐terminal extension was cleaved in the E. coli cells, with the first 19 amino acids missing, suggesting the presence of a putative cleavage site in the N‐terminal extension of popTrx‐h2. Both recombinant proteins display unusual catalytic properties compared to other thioredoxins h characterized so far, i.e. a weak reduction by Arabidopsis thaliana NADPH‐dependent thioredoxin reductase, and a weak activation of the chloroplastic NADP‐malate dehydrogenase, a non‐physiological target enzyme. Northern blot experiments indicate that the transcripts of popTrx‐h2 are present in leaves and roots, albeit at a lower level compared to the earlier characterized popTrx‐h1.

The relationships of monoterpene emission with temperature, light, photosynthesis and stomatal conductance (g_s) were studied in Quercus ilex L. trees throughout the four annual seasons under field conditions. The highest monoterpene emission was measured in spring and summer (midday average of 11 μg [g DW]⁻¹ h⁻¹), whereas the lowest rates were found in autumn and winter (midday averages of 0.51 and 0.23 μg [g DW]⁻¹ h⁻¹, respectively). In spring and summer, limonene was the monoterpene emitted at highest rate (midday averages of 5.27–6.69 μg [g DW]⁻¹ h⁻¹), whereas α‐pinene was emitted the most in autumn and winter (midday averages of 0.31 μg [g DW]⁻¹ h⁻¹). The monoterpenes limonene, α‐pinene and β‐pinene represented about 75–95% of total detected monoterpenes. The total monoterpene emission rates represented about 0.04% of carbon fixed in autumn, 0.17% in winter, 0.84–2.51% in spring and 1.22–5.13% in summer. Significant correlations of total monoterpene emission with temperature were found when considering either summer emission or the emission over the entire year, whereas significant correlations with net photosynthetic rates were only found when considering summer season. Among individual terpenes, the most volatile, α‐pinene and β‐pinene, were more correlated with temperature than with net photosynthetic rates whereas the less volatile limonene was more correlated with net photosynthetic rate. Thus, under field conditions it seems that dependency of monoterpene emission on photosynthetic rate or temperature is partly related with volatility of the compounds. Influences of seasonality, temperature, photosynthetic rates and volatility should be considered in inventories and models of emission rates in Mediterranean ecosystems.

Phản ứng của khí khổng đối với ánh sáng xanh (BL) trong cây con lúa mạch (Triticum aestivum L. cv. Starke II, Weibull) được tăng cường bởi ánh sáng đỏ nền (R). Sự tăng cường này chỉ bị ảnh hưởng nhẹ bởi việc bổ sung ánh sáng hồng ngoại xa (FR). Dưới các điều kiện ánh sáng tương tự, việc bổ sung FR đã gây ra 43% chuyển hóa từ dạng hấp thụ hồng ngoại xa sang dạng hấp thụ đỏ của phytochrome từ cây yến mạch trắng (Avena sativa L. cv. Sol II), được cố định trên phenyl-sepharose. Hơn nữa, sự tăng cường phản ứng BL của khí khổng do R trong 15 phút không bị đảo ngược bởi bức xạ tiếp theo với FR trong 5 phút. Kết luận cho thấy rằng sự tăng cường ánh sáng đỏ đối với phản ứng ánh sáng xanh của khí khổng trong cây con lúa mạch không liên quan đến sự thay đổi trong trạng thái photostationary của phytochrome.

Sự hiểu biết phân tử về quá trình vận chuyển cadmium (Cd) trong gạo indica (Oryza sativa) vẫn còn thiếu sót, mặc dù gạo indica thường có khả năng tích lũy Cd cao hơn trong thân và hạt so với gạo japonica. Chúng tôi đã chứng minh trước đó rằng OsLCT1 là một gen vận chuyển Cd có trách nhiệm tích lũy Cd trong hạt của giống gạo mô hình japonica Nipponbare. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tách chiết OsLCT1 cDNA từ Kasalath, một giống gạo mô hình indica (aus) và tiến hành các thử nghiệm hoạt tính vận chuyển cation trong nấm men và phân tích biểu hiện mRNA trong thực vật. Chuỗi axit amin suy diễn của OsLCT1 từ Kasalath đồng nhất 91.2% và tương đồng 93.8% với chuỗi của OsLCT1 từ Nipponbare. Chúng tôi đã thiết lập hệ thống nấm men dị hợp bội biểu hiện alen OsLCT1 của Kasalath. Phân tích nguyên tố của các tế bào nấm men cho thấy hoạt tính xuất bào của OsLCT1 từ Kasalath đối với Cd, K, Mg, Ca và Mn, nhưng không có đối với Fe, Zn, Cu và Na. Đặc tính chọn lọc này giống như phiên bản Nipponbare. Phản ứng chuỗi polymerase định lượng thời gian thực (RT‐PCR) cho thấy biểu hiện của OsLCT1 trong Kasalath cao hơn ở giai đoạn sinh sản so với giai đoạn sinh trưởng. Mức độ biểu hiện của OsLCT1 ở Kasalath cũng cao hơn đáng kể so với Nipponbare. Phân tích phylogenetic phát hiện nhiều gen giống như LCT1 chỉ có ở thực vật cỏ. OsLCT1 là bản sao duy nhất trong bộ gen gạo và được bảo tồn giữa các nhóm gạo khác nhau. Những đồng phân tương ứng của các vận chuyển cation có ái lực thấp mới tìm thấy này (LCT) sẽ cung cấp cơ sở cho việc hiểu biết thêm về quá trình vận chuyển Cd trung gian bởi LCT.

Trong số các protein tích tụ ở thực vật để phản ứng với các yếu tố gây khô hạn hoặc nhiệt độ thấp, dehydrins (các protein thuộc họ late embryogenesis abundant [Lea] D11) đã được quan sát phổ biến nhất. Dehydrins được cấu thành từ một số miền điển hình liên kết với nhau theo một vài kiểu mẫu đặc trưng, với nhiều biến thể nhỏ. Các miền này bao gồm một hoặc nhiều vùng đồng thuận có khả năng hình thành alpha-helix đồng phân amphipathic, một đoạn có thể phosphoryl hóa của các dư lượng Ser, và một trình tự đồng thuận đầu N. Các miền ít được bảo tồn hơn cũng xuất hiện ở nhiều vị trí khác nhau, đặc biệt là giữa những miền có khả năng hình thành alpha-helix, nơi chúng có thể xuất hiện dưới dạng lặp lại theo kiểu chuỗi. Sự kết hợp này phản ánh sự đa dạng kích thước của các polypeptide dehydrin từ dưới 100 đến gần 600 dư lượng amino acid. Cho đến nay, cơ chế sinh hóa cơ bản của dehydrins vẫn chưa được chứng minh, nhưng một số nghiên cứu về định vị miễn dịch và phân đoạn tế bào đã xác lập rằng dehydrins có thể được tìm thấy trong nhân hoặc chất tế bào. Hơn nữa, dường như các protein này liên kết với các đại phân tử từ các phức hợp nucleoprotein trong nhân đến lớp màng nội bào trong chất tế bào. Hiện tại, tất cả các quan sát đều nhất quán với giả thuyết cho rằng dehydrins là các chất hoạt động bề mặt có khả năng ức chế sự đông tụ của nhiều loại đại phân tử, do đó bảo tồn tính toàn vẹn cấu trúc.