Plant Journal

Phương pháp Agrobacterium nhúng chân không đã tạo điều kiện để biến đổi Arabidopsis thaliana mà không cần nuôi cấy mô thực vật hoặc tái sinh. Trong nghiên cứu hiện tại, phương pháp này đã được đánh giá và một phương pháp biến đổi đã được cải tiến đáng kể. Quá trình nhúng chân không tốn sức lao động đã được loại bỏ để thay thế bằng việc nhúng các mô hoa đang phát triển vào dung dịch chứa Agrobacterium tumefaciens , 5% sucrose và 500 microlit trên lít chất hoạt động bề mặt Silwet L-77. Sucrose và chất hoạt động bề mặt là yếu tố quan trọng cho sự thành công của phương pháp nhúng hoa. Cây trồng được tiêm nhiễm khi có nhiều chồi hoa non và ít quả đã cho ra thế hệ biến đổi với tỷ lệ cao nhất. Môi trường nuôi cấy mô thực vật, hormone benzylaminopurine và điều chỉnh pH không cần thiết, và Agrobacterium có thể được áp dụng cho cây trồng với nhiều mật độ tế bào khác nhau. Việc lặp lại việc áp dụng Agrobacterium đã cải thiện tỷ lệ biến đổi và tổng năng suất cây biến đổi lên khoảng gấp đôi. Che phủ cây trồng trong 1 ngày để giữ độ ẩm sau khi tiêm nhiễm cũng làm tăng tỷ lệ biến đổi gấp đôi. Nhiều loại sinh thái khác nhau có thể được biến đổi bằng phương pháp này. Phương pháp đã được cải tiến này sẽ tạo điều kiện cho sự biến đổi cao qua việc hỗ trợ cho các nỗ lực như đánh dấu gen T-DNA, cloning vị trí, hoặc các nỗ lực thay thế gen mục tiêu.

Vi tảo đại diện cho một nhóm vi sinh vật vô cùng đa dạng nhưng có khả năng chuyên môn hóa cao để thích nghi với các môi trường sinh thái khác nhau. Nhiều loài vi tảo có khả năng sản xuất một lượng đáng kể (ví dụ: 20–50% trọng lượng khô tế bào) triacylglycerols (TAG) như một loại lipid dự trữ dưới căng thẳng quang hóa hay các điều kiện môi trường bất lợi khác. Axit béo, thành phần cấu thành của TAGs và tất cả các lipid tế bào khác, được tổng hợp trong lục lạp bằng một tập hợp duy nhất của enzyme, trong đó acetyl CoA carboxylase (ACCase) là yếu tố chính điều chỉnh tỷ lệ tổng hợp axit béo. Tuy nhiên, sự biểu hiện của các gene liên quan đến quá trình tổng hợp axit béo vẫn chưa được hiểu rõ ở vi tảo. Sự tổng hợp và phân tách TAG vào các thể lipid bào tương dường như là cơ chế bảo vệ mà các tế bào tảo sử dụng để ứng phó với các điều kiện căng thẳng, nhưng ít được biết về việc điều chỉnh sự hình thành TAG ở mức độ phân tử và tế bào. Trong khi khái niệm sử dụng vi tảo như một nguồn nguyên liệu sinh khối giàu lipid thay thế và tái tạo cho nhiên liệu sinh học đã được khám phá trong vài thập kỷ qua, hệ thống có thể mở rộng và khả thi về kinh tế vẫn chưa hình thành. Hiện nay, việc sản xuất dầu tảo chủ yếu giới hạn ở các loại dầu chất lượng cao có giá trị dinh dưỡng hơn là các loại dầu hàng hóa cho nhiên liệu sinh học. Bài đánh giá này cung cấp tóm tắt ngắn gọn về kiến thức hiện tại của vi tảo giàu dầu và quá trình tổng hợp axit béo và TAG của chúng, các hệ thống mô hình tảo và cách tiếp cận gen để hiểu rõ hơn việc sản xuất TAG, cũng như cái nhìn lịch sử và hướng đi cho nghiên cứu và thương mại hóa nhiên liệu sinh học dựa trên vi tảo.

A large number of morphologically normal, fertile, transgenic rice plants were obtained by co‐cultivation of rice tissues with Agrobacterium tumefaciens. The efficiency of transformation was similar to that obtained by the methods used routinely for transformation of dicotyledons with the bacterium. Stable integration, expression and inheritance of transgenes were demonstrated by molecular and genetic analysis of transformants in the R₀, R₁ and R₂ generations. Sequence analysis revealed that the boundaries of the T‐DNA in transgenic rice plants were essentially identical to those in transgenic dicotyledons. Calli induced from scutella were very good starting materials. A strain of A. tumefaciens that carried a so‐called ‘super‐binary’ vector gave especially high frequencies of transformation of various cultivars of japonica rice that included Koshihikari, which normally shows poor responses in tissue culture.

mapman is a user‐driven tool that displays large data sets onto diagrams of metabolic pathways or other processes. SCAVENGER modules assign the measured parameters to hierarchical categories (formed ‘BINs’, ‘subBINs’). A first build of transcriptscavenger groups genes on the Arabidopsis Affymetrix 22K array into >200 hierarchical categories, providing a breakdown of central metabolism (for several pathways, down to the single enzyme level), and an overview of secondary metabolism and cellular processes. metabolitescavenger groups hundreds of metabolites into pathways or groups of structurally related compounds. An imageannotator module uses these groupings to organise and display experimental data sets onto diagrams of the users' choice. A modular structure allows users to edit existing categories, add new categories and develop SCAVENGER modules for other sorts of data. mapman is used to analyse two sets of 22K Affymetrix arrays that investigate the response of Arabidopsis rosettes to low sugar: one investigates the response to a 6‐h extension of the night, and the other compares wild‐type Columbia‐0 (Col‐0) and the starchless pgm mutant (plastid phosphoglucomutase) at the end of the night. There were qualitatively similar responses in both treatments. Many genes involved in photosynthesis, nutrient acquisition, amino acid, nucleotide, lipid and cell wall synthesis, cell wall modification, and RNA and protein synthesis were repressed. Many genes assigned to amino acid, nucleotide, lipid and cell wall breakdown were induced. Changed expression of genes for trehalose metabolism point to a role for trehalose‐6‐phosphate (Tre6P) as a starvation signal. Widespread changes in the expression of genes encoding receptor kinases, transcription factors, components of signalling pathways, proteins involved in post‐translational modification and turnover, and proteins involved in the synthesis and sensing of cytokinins, abscisic acid (ABA) and ethylene revealing large‐scale rewiring of the regulatory network is an early response to sugar depletion.

Active oxygen species (AOS) are believed to have important roles in plants in general and in plant—pathogen interactions in particular. They are believed to be involved in signal transduction, cell wall reinforcement, hypersensitive response (HR) and phytoalexin production, and to have direct antimicrobial effects. Since current methods are inadequate for localizing AOS in intact plant tissue, most studies have been conducted using cell suspension culture/elicitors systems. 3,3‐diaminobenzidine (DAB) polymerizes instantly and locally as soon as it comes into contact with H₂O₂ in the presence of peroxidase, and it was found that, by allowing the leaf to take up this substrate, in‐vivo and in‐situ detection of H₂O₂ can be made at subcellular levels. This method was successfully used to detect H₂O₂ in developing papillae and surrounding haloes (cell wall appositions) and whole cells of barley leaves interacting with the powdery mildew fungus. Thus, H₂O₂ can be detected in the epidermal cell wall subjacent to the primary germ tube from 6 h after inoculation, and subjacent to the appressorium from 15 h. The earliest time point for observation of H₂O₂ in relation to epidermal cells undergoing HR is 15 h after inoculation, first appearing in the zones of attachment to the mesophyll cells underneath, and eventually in the entire epidermal cell. Furthermore, it was observed that proteins in papillae and HR cells are cross‐linked, a process believed to be fuelled by H₂O₂. This cross‐linking reinforces the apposition, presumably assisting the arrest of the pathogen.

Reactive oxygen species (ROS) play a key role in the acclimation process of plants to abiotic stress. They primarily function as signal transduction molecules that regulate different pathways during plant acclimation to stress, but are also toxic byproducts of stress metabolism. Because each subcellular compartment in plants contains its own set of ROS‐producing and ROS‐scavenging pathways, the steady‐state level of ROS, as well as the redox state of each compartment, is different at any given time giving rise to a distinct signature of ROS levels at the different compartments of the cell. Here we review recent studies on the role of ROS in abiotic stress in plants, and propose that different abiotic stresses, such as drought, heat, salinity and high light, result in different ROS signatures that determine the specificity of the acclimation response and help tailor it to the exact stress the plant encounters. We further address the role of ROS in the acclimation of plants to stress combination as well as the role of ROS in mediating rapid systemic signaling during abiotic stress. We conclude that as long as cells maintain high enough energy reserves to detoxify ROS, ROS is beneficial to plants during abiotic stress enabling them to adjust their metabolism and mount a proper acclimation response.

Các hợp chất thực vật mà con người cảm nhận được qua màu sắc thường được gọi là 'sắc tố'. Các cấu trúc và màu sắc đa dạng của chúng từ lâu đã khiến các nhà hóa học và sinh học say mê, những người đã nghiên cứu các đặc tính hóa học và vật lý của chúng, cách thức tổng hợp cũng như vai trò sinh lý học và sinh thái học của chúng. Sắc tố thực vật cũng có một lịch sử dài trong việc con người sử dụng. Các lớp chính của sắc tố thực vật, ngoại trừ chlorophyll, được xem xét ở đây. Anthocyanin, một lớp flavonoid có nguồn gốc cuối cùng từ phenylalanine, là chất hòa tan trong nước, được tổng hợp trong bào tương và nằm trong không bào. Chúng cung cấp một loạt các màu sắc từ cam/đỏ tới tím/xanh dương. Ngoài các biến đổi khác nhau trong cấu trúc của chúng, màu sắc cụ thể của chúng cũng phụ thuộc vào các sắc tố đồng hành, ion kim loại và pH. Chúng được phân bố rộng rãi trong giới thực vật. Carotenoid tan trong lipid, có màu từ vàng đến đỏ, là một phân lớp của terpenoid, cũng được phân bố ở khắp mọi nơi trong thực vật. Chúng được tổng hợp trong lục lạp và thiết yếu cho sự toàn vẹn của bộ máy quang hợp. Betalain, cũng tạo sắc màu từ vàng đến đỏ, là hợp chất chứa nitơ hòa tan trong nước có nguồn gốc từ tyrosin chỉ xuất hiện ở một số dòng thực vật nhất định. Khác với anthocyanin và carotenoid, con đường sinh tổng hợp của betalain chỉ được hiểu một phần. Cả ba lớp sắc tố này hoạt động như các tín hiệu hiển thị để thu hút côn trùng, chim và động vật trong việc thụ phấn và phát tán hạt. Chúng cũng bảo vệ thực vật khỏi tổn thương do tia UV và ánh sáng nhìn thấy gây ra.

Genome sequencing has resulted in the identification of a large number of uncharacterized genes with unknown functions. It is widely recognized that determination of the intracellular localization of the encoded proteins may aid in identifying their functions. To facilitate these localization experiments, we have generated a series of fluorescent organelle markers based on well‐established targeting sequences that can be used for co‐localization studies. In particular, this organelle marker set contains indicators for the endoplasmic reticulum, the Golgi apparatus, the tonoplast, peroxisomes, mitochondria, plastids and the plasma membrane. All markers were generated with four different fluorescent proteins (FP) (green, cyan, yellow or red FPs) in two different binary plasmids for kanamycin or glufosinate selection, respectively, to allow for flexible combinations. The labeled organelles displayed characteristic morphologies consistent with previous descriptions that could be used for their positive identification. Determination of the intracellular distribution of three previously uncharacterized proteins demonstrated the usefulness of the markers in testing predicted subcellular localizations. This organelle marker set should be a valuable resource for the plant community for such co‐localization studies. In addition, the Arabidopsis organelle marker lines can also be employed in plant cell biology teaching labs to demonstrate the distribution and dynamics of these organelles.

Full‐length cDNAs are essential for functional analysis of plant genes in the post‐sequencing era of the Arabidopsis genome. Recently, cDNA microarray analysis has been developed for quantitative analysis of global and simultaneous analysis of expression profiles. We have prepared a full‐length cDNA microarray containing ≈7000 independent, full‐length cDNA groups to analyse the expression profiles of genes under drought, cold (low temperature) and high‐salinity stress conditions over time. The transcripts of 53, 277 and 194 genes increased after cold, drought and high‐salinity treatments, respectively, more than fivefold compared with the control genes. We also identified many highly drought‐, cold‐ or high‐salinity‐ stress‐inducible genes. However, we observed strong relationships in the expression of these stress‐responsive genes based on Venn diagram analysis, and found 22 stress‐inducible genes that responded to all three stresses. Several gene groups showing different expression profiles were identified by analysis of their expression patterns during stress‐responsive gene induction. The cold‐inducible genes were classified into at least two gene groups from their expression profiles. DREB1A was included in a group whose expression peaked at 2 h after cold treatment. Among the drought, cold or high‐salinity stress‐inducible genes identified, we found 40 transcription factor genes (corresponding to ≈11% of all stress‐inducible genes identified), suggesting that various transcriptional regulatory mechanisms function in the drought, cold or high‐salinity stress signal transduction pathways.

The transcription factors DREBs/CBFs specifically interact with the dehydration‐responsive element/C‐repeat (DRE/CRT) cis‐acting element (core motif: G/ACCGAC) and control the expression of many stress‐inducible genes in Arabidopsis. In rice, we isolated five cDNAs for DREB homologs: OsDREB1A, OsDREB1B, OsDREB1C, OsDREB1D, and OsDREB2A. Expression of OsDREB1A and OsDREB1B was induced by cold, whereas expression of OsDREB2A was induced by dehydration and high‐salt stresses. The OsDREB1A and OsDREB2A proteins specifically bound to DRE and activated the transcription of the GUS reporter gene driven by DRE in rice protoplasts. Over‐expression of OsDREB1A in transgenic Arabidopsis induced over‐expression of target stress‐inducible genes of Arabidopsis DREB1A resulting in plants with higher tolerance to drought, high‐salt, and freezing stresses. This indicated that OsDREB1A has functional similarity to DREB1A. However, in microarray and RNA blot analyses, some stress‐inducible target genes of the DREB1A proteins that have only ACCGAC as DRE were not over‐expressed in the OsDREB1A transgenic Arabidopsis. The OsDREB1A protein bound to GCCGAC more preferentially than to ACCGAC whereas the DREB1A proteins bound to both GCCGAC and ACCGAC efficiently. The structures of DREB1‐type ERF/AP2 domains in monocots are closely related to each other as compared with that in the dicots. OsDREB1A is potentially useful for producing transgenic monocots that are tolerant to drought, high‐salt, and/or cold stresses.