Kim, Won-Il;Cho, Won-Kyong;Kim, Su-Nam;Chu, Hyo-Sub;Ryu, Kyoung-Yul;Yun, Jong-Chul;Park, Chang-Seuk
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.21
no.8
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pp.777-790
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2011
To elucidate the biodiversity of plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) in Korea, 7,638 bacteria isolated from the rhizosphere of plant species growing in many different regions were screened. A large number of PGPR were identified by testing the ability of each isolate to promote the growth of cucumber seedlings. After redundant rhizobacteria were removed via amplified rDNA restriction analysis, 90 strains were finally selected as PGPR. On the basis of 16S ribosomal RNA sequences, 68 Gram-positive (76%) and 22 Gram-negative (24%) isolates were assigned to 21 genera and 47 species. Of these genera, Bacillus (32 species) made up the largest complement, followed by Paenibacillus (19) and Pseudomonas (11). Phylogenetic analysis showed that most of the Grampositive PGPR fell into two categories: low- and high- G+C (Actinobacteria) strains. The Gram-negative PGPR were distributed in three categories: ${\alpha}$-proteobacteria, ${\beta}$- proteobacteria, and ${\gamma}$-proteobacteria. To our knowledge, this is the largest screening study designed to isolate diverse PGPR. The enlarged understanding of PGPR genetic diversity provided herein will expand the knowledge base regarding beneficial plant-microbe interactions. The outcome of this research may have a practical effect on crop production methodologies.
Isocarbophos is a widely used organophosphorus insecticide that has caused environmental pollution in many areas. However, degradation of isocarbophos by pure cultures has not been extensively studied, and the degradation pathway has not been determined. In this paper, a highly effective isocarbophos-degrading strain, scl-2, was isolated from isocarbophos-polluted soil. The strain scl-2 was preliminarily identified as Arthrobacter sp. based on its morphological, physiological, and biochemical properties, as well as 16S rDNA analysis. The strain scl-2 could utilize isocarbophos as its sole source of carbon and phosphorus for growth. One hundred mg/l isocarbophos could be degraded to a non detectable level in 18 h by scl-2 in cell culture, and isofenphos-methyl, profenofos, and phosmet could also be degraded. During the degradation of isocarbophos, the metabolites isopropyl salicylate, salicylate, and gentisate were detected and identified based on MS/MS analysis and their retention times in HPLC. Transformation of gentisate to pyruvate and fumarate via maleylpyruvate and fumarylpyruvate was detected by assaying for the activities of gentisate 1,2-dioxygenase (GDO) and maleylpyruvate isomerase. Therefore, we have identified the degradation pathway of isocarbophos in Arthrobacter sp. scl-2 for the first time. This study highlights an important potential use of the strain scl-2 for the cleanup of environmental contamination by isocarbophos and presents a mechanism of isocarbophos metabolism.
An Actinomycetes producing an anti-VRSA (vancomycin-resistant Staphylococcus aureus) substance was isolated from soil. The cultural, morphological, physiological and phylogenetic analyses of an isolated strain were investigated for identification. Cultural characteristics based on ISP (International Streptomyces Project) were as follows: white aerial mycelium, yellow reverse side, and good growth on various medium. Also, the isolate did not produce the soluble pigment. Morphological characteristics were showed cylindrical spore chain and smooth spore surface by SEM (Scanning Electron Microscope). Physiological characteristics were showed LL-type by DAP isomer analysis and detected glycine, glutamic acid and alanine. A phylogenetic analysis of the 16S rDNA provided a clue that the isolated strain was actually a member of the genus Streptomyces, because the determined sequence exhibited a higher homology with Streptomyces echinatus. The isolate was identified to be a genus of Streptomyces sp.. The optimal culture conditions for the maximum production of anti-VRSA substance by Streptomyces sp. were attained in a culture medium composed of $2.0\%$ (w/v) glucose, and $0.4\%$ (w/v) yeast extract. The anti-VRSA substance was highly produced after 5 days of culture. Optimal pH and temperature conditions for the production of anti-VRSA substance were pH 7.0 and $28^{\circ}C$, respectively.
A novel agarolytic bacterium, KY-YJ-3, producing extracellular agarase, was isolated from the freshwater sediment of the Sincheon River in Daegu, Korea. On the basis of Gram-staining data, morphology, and phylogenetic analysis of the 16S rDNA sequence, the isolate was identified as Cellvibrio sp. By ammonium sulfate precipitation followed by Toyopearl QAE-550C, Toyopearl HW-55F, and MonoQ column chromatographies, the extracellular agarase in the culture fluid could be purified 120.2-fold with a yield of 8.1%. The specific activity of the purified agarase was 84.2 U/mg. The molecular mass of the purified agarase was 70 kDa as determined by dodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). The optimal temperature and pH of the purified agarase were $35^{\circ}C$ and pH 7.0, respectively. The purified agarase failed to hydrolyze the other polysaccharide substrates, including carboxymethyl-cellulose, dextran, soluble starch, pectin, and polygalacturonic acid. Kinetic analysis of the agarose hydrolysis catalyzed by the purified agarase using thin-layer chromatography showed that the main products were neoagarobiose, neoagarotetraose, and neoagarohexaose. These results demonstrated that the newly isolated freshwater agarolytic bacterium KY-YJ-3 was a Cellvibrio sp., and could produce an extracellular ${\beta}$-agarase, which hydrolyzed agarose to yield neoagarobiose, neoagarotetraose, and neoagarohexaose as the main products.
Probiotics, including Enterococcus faecium, confer a health benefit on the host. An Enterococcus strain was isolated from healthy chicken cecum, identified as E. faecium by 16S rDNA gene sequence analysis, and designated as E. faecium L11. To evaluate the potential of E. faecium L11 as a probiotic, the gastrointestinal tolerance, immunomodulatory activity, and lifespan extension properties of the strain were assayed. E. faecium L11 showed >66% and >62% survival in artificial gastric juice (0.3% pepsin, pH 2.5) and simulated small intestinal juice (0.5% bile salt and 0.1% pancreatin), respectively. Heat-killed E. faecium L11 significantly (p < 0.05) increased immune cell proliferation compared with controls, and stimulated the production of cytokines (IL-6 and $TNF-{\alpha}$) by activated macrophages obtained from ICR mice. In addition, E. faecium L11 showed a protective effect against Salmonella Typhimurium infection in Caenorhabditis elegans. In addition, feeding E. faecium L11 significantly (p < 0.05) extended the lifespan of C. elegans compared with the control. Furthermore, genes related to aging and host defense were upregulated in E. faecium L11-fed worms. In conclusion, E. faecium L11, which prolongs the lifespan of C. elegans, may be a potent probiotic supplement for livestock.
In this study, the microbial community succession and the protein hydrolysis of donkey meat during refrigerated (4℃) storage were investigated. 16S rDNA sequencing method was used to analyze the bacteria community structure and succession in the level of genome. Meanwhile, the volatile base nitrogen (TVB-N) was measured to evaluate the degradation level of protein. After sorting out the sequencing results, 1,274,604 clean data were obtained, which were clustered into 2,064 into operational taxonomic units (OTUs), annotated to 32 phyla and 527 genus. With the prolonging of storage time, the composition of microorganism changed greatly. At the same time, the diversity and richness of microorganism decreased and then increased. During the whole storage period, Proteobacteria was the dominant phyla, and the Photobacterium, Pseudompnas, and Acinetobacter were the dominant genus. According to correlation analysis, it was found that the abundance of these dominant bacteria was significantly positively correlated with the variation of TVB-N. And Pseudomonas might play an important role in the production of TVB-N during refrigerated storage of donkey meat. The predicted metabolic pathways, based on PICRUSt analysis, indicated that amino metabolism in refrigerated donkey meat was the main metabolic pathways. This study provides insight into the process involved in refrigerated donkey meat spoilage, which provides a foundation for the development of antibacterial preservative for donkey meat.
Cockroaches inhabit various habitats, which will influence their microbiome. Although the microbiome can be influenced by the diet and environmental factors, it can also differ between species. Therefore, we conducted 16S rDNA-targeted high-throughput sequencing to evaluate the overall bacterial composition of the microbiomes of 3 cockroach species, Periplaneta americana, P. japonica, and P. fuliginosa, raised in laboratory for several generations under the same conditions. The experiments were conducted using male adult cockroaches. The number of operational taxonomic units (OTUs) was not significantly different among the 3 species. With regard to the Shannon and Pielou indexes, higher microbiome values were noted in P. americana than in P. japonica and P. fuliginosa. Microbiome composition was also evaluated, with endosymbionts accounting for over half of all OTUs in P. japonica and P. fuliginosa. Beta diversity analysis further showed that P. japonica and P. fuliginosa had similar microbiome composition, which differed from that of P. americana. However, we also identified that P. japonica and P. fuliginosa host distinct OTUs. Thus, although microbiome compositions may vary based on multiple conditions, it is possible to identify distinct microbiome compositions among different Periplaneta cockroach species, even when the individuals are reared under the same conditions.
Objective: This study identified the major lactic acid bacteria (LAB) strains from different fermented total mixed rations (FTMRs) via metataxonomic analysis and evaluated the ability of their standard strain as ensiling inoculants for corn stover silage. Methods: The bacterial composition of eight FTMRs were analyzed by 16S rDNA sequencing. Corn stover was ensiled without LAB inoculation (control) or with 1×106 cfu/g LAB standard strain (Lactobacillus vaginalis, Lactobacillus reuteri, Lactobacillus helveticus, or Lactobacillus paralimentarius) selected from the FTMRs or 10 g/t commercial silage inoculant (CSI) around 25℃ for 56 days. For each inoculation, a portion of the silage was sampled to analyze ensiling characteristics at time intervals of 0, 1, 3, 7, 14, 28, and 56 days, gas production (GP), microbial crude protein and volatile fatty acids as the measurements of rumen fermentation characteristics were evaluated in vitro with the silages of 56 days after 72 h incubation. Results: Lactobacillus covered >85% relative abundance of all FTMRs, in which L. pontis, L. vaginalis, L. reuteri, L. helveticus, and L. paralimentarius showed >4% in specific FTMRs. CSI, L. helveticus, and L. paralimentarius accelerated the decline of silage pH. Silage inoculated with L. paralimentarius and CSI produced more lactic acid the early 14 days. Silage inoculated with L. paralimentarius produced less acetic acid and butyric acid. For the in vitro rumen fermentation, silage inoculated with CSI produced more potential GP, isobutyric acid, and isovaleric acid; silage inoculated with L. helveticus produced more potential GP and isovaleric acid, silage inoculated with L. paralimentarius or L. reuteri produced more potential GP only. Conclusion: The standard strain L. paralimentarius (DSM 13238) is a promising ensiling inoculant for corn stover silage. The findings provide clues on strategies to select LAB to improve the quality of silage.
Kim Sun-Hee;Lee Sang-Cheol;Park In-Hye;Yoo Ju-Soon;Joo Woo-Hong;Hwang Cher-Won;Choi Young-Lark
Journal of Life Science
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v.15
no.5
s.72
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pp.679-684
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2005
The objective of this study was investigate the characteristic of biosurfactant produced from the iso-lated strain. The strain was isolated from soli samples of Duck-Yu Mountain and it was identified as Bacillus atrophaeus DYL-130 by 16S rDNA and gyrA gene nucleotide sequence analysis. The surface ten-sion of culture filtrate of Bacillus atrophaeus DYL-130 decreased to 28 mN/m and its biosurfactant con-centration was determined by diluting the culture filtrate until the critical micelle concentration (CMC). The emulsifying activity and stability of crude biosurfactant was measured by using water-immiscible hydrocarbons and oils as substrate. The biosurfactant was purified by affinity chromatography and the surface activity of purified biosurfactant was measured by drop-collapsing method and it could be effectively emulsify toluene.
Endophytic bacteria associated with the roots of coastal sand dune plants were isolated, taxonomically characterized, and tested for their plant growth-promoting activities. Ninety-one endophytic bacterial isolates were collected and assigned to 17 different genera of 6 major bacterial phyla based on partial 16S rDNA sequence analyses. Gammaproteobacteria represented the majority of the isolates (65.9%), and members of Pseudomonas constituted 49.5% of the total isolates. When testing for antagonism towards plant pathogenic fungi, 25 strains were antagonistic towards Rhizoctonia solani, 57 strains were antagonistic towards Pythium ultimum, 53 strains were antagonistic towards Fusarium oxysporum, and 41 strains were antagonistic towards Botrytis cinerea. Seven strains were shown to produce indole acetic acid (IAA), 33 to produce siderophores, 23 to produce protease, 37 to produce pectinase, and 38 to produce chitinase. The broadest spectra of activities were observed among the Pseudomonas strains, indicating outstanding plant growth-promoting potential. The isolates from C. kobomugi and M. sibirica also exhibited good plant growth-promoting potential. The correlations among individual plant growth-promoting activities were examined using phi coefficients, and the resulting data indicated that the production of protease, pectinase, chitinase, and siderophores was highly related.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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