Actinomycetes, Gram positive soil bacteria, are valuable microorganisms which produce useful secondary metabolites including antibiotics, antiparasitic substances, anti-cancer drugs, and immunosuppressants. Although a major family of actinomycetes, known as streptomycetes, has been intensively investigated at the molecular level for several decades, a potentially valuable and only recently isolated non-streptomycetes rare actinomycetes (NSRA) family has been poorly characterized due to lack of proper genetic manipulation systems. Here we report that a PCR-based genome screening strategy was performed with approximately 180 independently isolated actinomycetes strains to isolate potentially valuable NSRA strains. Thanks to this simple PCR-based genome screening strategy we were able to identify only seven NSRA strains, followed by 16S rRNA sequencing for confirmation. Through further bioassays, one potentially valuable NSRA strain (tentatively named Nocardiopsis species MMBL010) was identified which possessed both antifungal and antibacterial activities, along with the presence of polyketide synthase and non-ribosomal peptide synthase genes. Moreover, Nocardiopsis species MMBL010, which was intrinsically recalcitrant to genetic manipulation, was successfully transformed via E. coli-driven conjugation. These results suggest that PCR-based genome screening, followed by the establishment of an E. coli-driven conjugation system, is an efficient strategy to maximize potentially valuable compounds and their biosynthetic genes from NSRA strains isolated from various environments.
Twelve unrecorded yeasts, Pseudozyma prolifica HL9-1, Trichosporon coremiiforme NS19-2, Candida cretensis SA4-1, Cryptococcus diffluens TJ4-3, Cryptococcus pinus YB17-2, Candida vartiovaarae DD2-5, Pichia galeiformis DM3-5, Candida pseudolambica JW2-3, Trichosporon xylopini NS5-1, Trichosporon moniliiforme NS5-7, Tetrapisispora iriomotensis NS14-2, and Tetrapisispora nanseiensis SA17-1, were screened among 97 yeasts from soils of Chungcheongnam-do and Daejeon metropolitan city, Korea. These yeasts were oval or ellipsoidal and had a budding system for vegetative reproduction. They grew well in yeast extract-peptone-dextrose (YPD) medium and, in particular, Tetrapisispora iriomotensis NS14-2 and Candida cretensis SA4-1 grew well in 10% NaCl-containing YPD broth. Nine strains, including Trichosporon coremiiforme NS19-2, assimilated xylose and four yeast strains, such as Candida vartiovaarae DD2-5, also assimilated lactose. Physiological functionalities of cell-free extracts and supernatants from two halophilic unrecorded yeasts, Candida cretensis SA4-1 and Tetrapisispora iriomotensis NS14-2, were investigated. Cell-free extracts from Candida cretensis SA4-1 and Tetrapisispora iriomotensis NS14-2 exhibited 71.3% and 68.4% antihypertensive angiotensin I-converting enzyme inhibitory activity.
Species of Genus Trichoderma are commercially applied as biological control agents against fungal Pathogens. A powerful biocontrol agent, Trichoderma sp. SJG-99721 was isolated from 305 isolates by morphological characters, chitinase activities and antifungal activities against Phytophthora capsiei. The isolate was identified as Trichoderma harzianum from various features such as growth rate at $27^\circ{C}$, significant growth ratio of $27^\circ{C}$ to $17^\circ{C}$, amount of aerial mycelium, types of branching: system, and disposition patterns of phialide and phialospore. Trichoderma harzianum SJG-99721 have been shown to act as a powerful biological agent against fungal phytopathogens; Botrytis cinerea, Rhizoctonia solani, Phytophthora cryptogea, Phytophthora capsiei, Sclerotinia sclerotiorum, Mycoshaerella melonis, Alternaria sotani, Fusarium oxysporum, Collectotrichum gloesporioodes, Alternaria alternata, Phythium ultimum, Phytophthora drechsleri, Pyricularia grisea.
Aspergillus sp. (MK-24) producing a biological active substance that inhibited the venom proteinase activity was isolated from soil. The substance also inhibited the activity of trypsin and coagulation of blood, but did not inhibit papain, $\alpha$-chymotrypsin and pepsin. The substance was partially purified from culture filtrate by precipitaion with acetone, and by chromatography of DEAE-Sepadex A-50 column and Amberlite IRC-50 ion exchange. The inhibitory substance was stable in the wide pH range from 2.0 to 12.0 at 37$^{\circ}C$, but not stable at $65^{\circ}C$ in the alkaline pH. Only 12% of the activity was decreased by the heat treatment at 10$0^{\circ}C$ for two hours. The inhibition on venom proteinase (Agkistrodon bromohoffi brevicaudus) was a mixed type. The inhibitory activity depended on the preincubation time and completely depressed by cupric, zinc and cobalt ions. The inhibition on the venom proteinase was appeared strongly on casein but not on ovalbumin or hemoglobin as a substrate.
In the pursuit of sustainable and environmentally-friendly agricultural practices, we conducted an extensive study on the rhizosphere bacteria inhabiting soils that have been devoid of chemical fertilizers for an extended period exceeding 40 years. Through this investigation, we isolated a total of 80 species of plant growth-promoting rhizosphere bacteria and assessed their potential to enhance plant growth. Among these isolates, Burkholderia cepacia CD2 displayed remarkable plant growth-promoting activity, making it an optimal candidate for further analysis. Burkholderia cepacia CD2 exhibited a range of beneficial characteristics conducive to plant growth, including phosphate solubilization, siderophore production, denitrification, nitrate utilization, and urease activity. These attributes are well-known to positively influence the growth and development of plants. To validate the taxonomic classification of the strain, 16S rRNA gene sequencing confirmed its placement within the Burkholderia genus, providing further insights into its phylogenetic relationship. To delve deeper into the potential mechanisms underlying its plant growth-promoting properties, we sought to confirm the presence of specific genes associated with plant growth promotion in CD2. To achieve this, whole genome sequencing (WGS) was performed by Plasmidsaurus Inc. (USA) utilizing Oxford Nanopore technology (Abingdon, UK). The WGS analysis of the genome of CD2 revealed the existence of a subsystem function, which is thought to be a pivotal factor contributing to improved plant growth. Based on these findings, it can be concluded that Burkholderia cepacia CD2 has the potential to serve as a microbial fertilizer, offering a sustainable alternative to chemical fertilizers.
Kim, Min-Hee;Ko, Hee-Sun;Yook, Young-Min;Kim, Hyun-Soo
KSBB Journal
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v.23
no.3
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pp.219-225
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2008
For the production of an antifungal compound, one strain (I-8) was selected from approximately 400 strains isolated from various soil samples. The optimum carbon source, nitrogen source and pH culture conditions for the production of the antifungal compound were investigated. ISP No. 2 medium (yeast extract 0.4%, malt extract 1% and dextrose 0.4%, at pH 8) was determined to be the optimum medium. Strain I-8 showed broad antifungal activity against the plant pathogenic fungi tested, including Sclerotinia sclerotiorum KACC 41065, as well as cellulase and chitinase activities in an agar plate assay. The extraction of antifungal compounds was performed using ethyl ether and ethyl acetate. In a culture broth of strain I-8, the ethyl acetate extract exhibited effective growth inhibition against 14 of the 20 phytopathogenic fungi tested. By mixing the ethyl acetate extract from I-8 with the ethyl ether extract from the fungus 13-16, which shows specific antifungal activity against Colletotrichum orbiculare KACC 40808, the antifungal activity of I-8 against phytopathogenic fungi was confirmed to be slightly increased. Strain I-8 showed strong growth inhibition against 16 phytopathogenic strains in agar plate tests.
Park, Kyeong Hun;Park, Hong Woo;Lee, Seong Woo;Lee, Seung Ho;Myung, Kyung Sun;Lee, Sang Yeob;Song, Jaekyeong;Kim, Young Tak;Park, Kyoung Soo;Kim, Young Ock
The Korean Journal of Pesticide Science
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v.20
no.4
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pp.380-387
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2016
This study was performed to select potentially available biological control agent from soil bacteria for prevention of ginseng damping off. More than five hundred strains were isolated from ginseng rhizosphere soil. By testing antifungal activity, we have selected three soil bacteria strains and their ability to produce antibiotics and lytic enzymes such as cellulase, protease and pectate lyase was examined. Also, the presence of genes for biosynthesis of lipopeptide such as fengycin, bacillomycin D, surfactin, iturin A, and zwittermicin A was investigated in selected strains. All three strains produced cellulase, protease, and xylanase. Moreover, these strains had gene for biosynthesis of bacillomycin D, surfactin, and iturin A. ES1 and ES3 strains were identified Bacillus methylotrophucus and ES2 was confirmed Bacillus amyloliquefaciens using phylogenetic analysis on the basis of 16S rRNA gene sequences. In field test, control value of ES1, ES2 and ES3 treatment was 32.4%, 46.8% and 36.7%, respectively. This results indicate that antagonistic microbes with high ability of antifungal and lytic enzyme activity can be used as a useful biological control agent to control ginseng damping off.
Park, Bum-Ki;Na, Jung-Heang;Hwang-Bo, Hoon;Lee, In-Jung;Kim, Kil-Yong;Kim, Yong-Woong
Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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v.38
no.1
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pp.15-24
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2005
Enterobacter intermedium oxidizes glucose to gluconic acid and sequentially converts gluconic acid to 2-ketogluconic acid (2-KGA) under aerobic condition. Shaking incubation of E. intermedium in a broth medium containing 22.5 g glucose, 8.2 g gluconic acid and 40 g rock phosphate per liter resulted in $1028mg\;L^{-1}$ soluble phosphate. The culture broth was used as phosphate bio-fertilizer (PBF) in this experiment. To evaluate PBF produced by E. intermedium on lettuce growth, five treatments (PBF1/3, PBF2/3, PBF3/3, BP, and MF) were used. In MF and BP treatments, $P_2O_5$ 5.9 kg of mineral fertilizer per 10a was added, while in PBF1/3, PBF2/3, and PBF3/3 treatments, culture broth containing one third, two third, and same amount of soluble $P_2O_5$ 5.9 kg per 10a was applied, respectively. At 20, 35, and 50 days after transplanting of lettuce, plant growth components, biomass, enzyme activities and soil chemical properties were analyzed. Dehydrogenase activity and available phosphate concentration of rhizosphere in phosphate bio fertilizer treatments (PBF1/3, PBF2/3, PBF3/3) were generally higher compared to MF and BP treatments. Soil biomass in PBF3/3 treatment was significantly higher than MF and BP treatments at early growth stage. However, there was no significant difference among all treatments with time. Plant fresh weights in PBF1/3, PBF2/3, and MF treatments were better than those in BP and PBF3/3 treatments. However, in PBF2/3 treatment the highest fresh weight was discovered where alkaline phosphatase activity was generally higher than other treatments at 35 and 50 days. Enhancement of lettuce growth at 35 and 50 days in PBF2/3 treatment was associated with greater phosphate uptake in lettuce tissue. As regarding all results, PBF showed better lettuce growth compared to mineral phosphate fertilizer where PBF2/3 treatment resulted in increase of lettuce fresh weight by 23% and phosphate uptake by 50%.
We investigated the capability of the phosphate-solubilizing fungus, Penicillium sp. GL-101, to solubilize in vitro some insoluble rock phosphate via possible mechanisms: acidification of the medium, production of chelating metabolites, redox activity, and so on. GL-101 was able to solubilize rock phosphate (mostly calcium phosphate) in a liquid potato dextrose broth(PDB) medium, as determined by spectrophotometric analyses. Acidification was the major mechanism of solubilization since the pH of cultures fell below 4.0 and in cultures containing 1.0%(w/v) loess the pH dropped from 7.0 to 3.2. More than 10 mg/mL concentrations of citric acids were detected by high-performance liquid chromatography(HPLC) in the culture supernatants. Also this fungus showed the phosphatase activity (over 1.3 unit) to contribute partially releasing phosphate from rock phosphate, when supplemented with 1.0% loess in culture broth. The chelating activity of GL-101 in culture supernatants was not present because 2-ketogluconic acid, a chelating agent for the phosphate, was produced only a basal level. Therefore, the solubilization mechanism of rock phosphate by Penicillium sp. GL-101 involves both acidification due to citric acid production and phosphatase activity.
This experiment was conducted to develop fertilizer which promotes plant growth as well as suppressing pathogenic fungi. The fertilizer was made from the mixture of Ju-Back (Korean rice wine cake) and indigenous rhizosphere-bacterium. The main ingredients of Ju-Back were investigated as 6.04% total nitrogen, 42.59% total carbohydrate, 1.01% available phosphate, 73.42% organic matter, 7.72% potassium oxide, 1.35% calcium oxide, 0.53% magnesium oxide. The enzyme activities of Ju-Back were estimated to be 980 units/g for ${\alpha}-amylase$, 300 units/g for glucoamylase, and 1800 units/g for acid pretense. Indigenous rhizosphere bacteria which produced antifungal agent were isolated from soil, and was selected KMU-13 strain which can antagonize against various plant pathogenic fungi (Botrytis cinerea KACC 40573, Sclerotinia sclerotiorum KACC 41065, Fusairum oxysporum KACC 40052, Pythium aphanidermatum KACC 40156, Phytophthora capsici KACC 40476 and Glomerella cingulata KACC 40299). KMU-13 strain was identified as Bacillus subtilis KMU-13 by biochemical and 16s rDNA analysis. The organic fertilizer was made as prototype which was composed 20% Ju-Back, 70% carrier, 9.7% microorganism cultivated solution, 0.3% trace-element. We also investigated an application of fertilizer using Ju-Back for cultivating lettuce (Lactuca sativar) which were grown in three soil conditions that had chemical fertilizer, barnyard manure, lime power, urea, potassium chloride and superphosphate as a control, the whole quantity (80 kg/10a) of posted fertilizer with the control and the half quantity (40 kg/10a) with the control. The growth characteristics were examined and analysed with several weeks interval from 3 weeks to 8 weeks on head length (cm), head width (cm/head), number of leaf and fresh weight (g/plant). The results are summarized as follows. The head width and fresh weight of lettuce were the highest at posted fertilizer 1 (whole quantity) was applied chemical, organic matter (Ju-Back) and carrier. The head length was the highest at posted fertilizer 2 (whole quantity) was applied Ju-Back only.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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