Kim, Jiwon;Roy, Mehwish;Ahn, Sung-Ho;Shanmugam, Gnanendra;Yang, Ji Sun;Jung, Ho Won;Jeon, Junhyun
The Plant Pathology Journal
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v.38
no.4
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pp.313-322
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2022
Seed-borne pathogens in crops reduce the seed germination rate and hamper seedling growth, leading to significant yield loss. Due to the growing concerns about environmental damage and the development of resistance to agrochemicals among pathogen populations, there is a strong demand for eco-friendly alternatives to synthetic chemicals in agriculture. It has been well established during the last few decades that plant seeds harbor diverse microbes, some of which are vertically transmitted and important for plant health and productivity. In this study, we isolated culturable endophytic bacteria and fungi from soybean seeds and evaluated their antagonistic activities against common bacterial and fungal seed-borne pathogens of soybean. A total of 87 bacterial isolates and 66 fungal isolates were obtained. Sequencing of 16S rDNA and internal transcribed spacer amplicon showed that these isolates correspond to 30 and 15 different species of bacteria and fungi, respectively. Our antibacterial and antifungal activity assay showed that four fungal species and nine bacterial species have the potential to suppress the growth of at least one seed-borne pathogen tested in the study. Among them, Pseudomonas koreensis appears to have strong antagonistic activities across all the pathogens. Our collection of soybean seed endophytes would be a valuable resource not only for studying biology and ecology of seed endophytes but also for practical deployment of seed endophytes toward crop protection.
Cellulases are a group of biocatalyst enzymes that are capable of degrading cellulosic biomass present in the natural environment and produced by a large number of microorganisms, including bacteria and fungi, etc. In the current study, we isolated, screened and characterized cellulase-producing bacteria from soil. Three cellulose-degrading species were isolated based on clear zone using Congo red stain on carboxymethyl cellulose (CMC) agar plates. These bacterial isolates, named as HB2, HS5 and HS9, were subsequently characterized by morphological and biochemical tests as well as 16S rRNA gene sequencing. Based on 16S rRNA analysis, the bacterial isolates were identified as Bacillus cerus, Bacillus subtilis and Bacillus stratosphericus. Moreover, for maximum cellulase production, different growth parameters were optimized. Maximum optical density for growth was also noted at pH 7.0 for 48 h for all three isolates. Optical density was high for all three isolates using meat extract as a nitrogen source for 48 h. The pH profile of all three strains was quite similar but the maximum enzyme activity was observed at pH 7.0. Maximum cellulase production by all three bacterial isolates was noted when using lactose as a carbon rather than nitrogen and peptone. Further studies are needed for identification of new isolates in this region having maximum cellulolytic activity. Our findings indicate that this enzyme has various potential industrial applications.
BACKGROUND: Methane is a major greenhouse gas attributed to global warming partly contributed by agricultural activities from ruminant fermentation and rice paddy fields. Methanotrophs are microorganisms that utilize methane. Their unique metabolic lifestyle is enabled by enzymes known as methane monooxygenases (MMOs) catalyzing the oxidation of methane to methanol. Rice absorbs, transports, and releases methane directly from soil water to its stems and the micropores and stomata of the plant epidermis. Methylobacterium species associated with rice are dependent on their host for metabolic substrates including methane. METHODS AND RESULTS: Methylobacterium spp. isolated from rice were evaluated for methane oxidation activities and screened for the presence of sMMO mmoC genes. Qualitatively, the soluble methane monooxygenase (sMMO) activities of the selected strains of Methylobacterium spp. were confirmed by the naphthalene oxidation assay. Quantitatively, the sMMO activity ranged from 41.3 to 159.4 nmol min-1 mg of protein-1. PCR-based amplification and sequencing confirmed the presence and identity of 314 bp size fragment of the mmoC gene showing over 97% similarity to the CBMB27 mmoC gene indicating that Methylobacterium strains belong to a similar group. CONCLUSION(S): Selected Methylobacterium spp. contained the sMMO mmoC gene and possessed methane oxidation activity. As the putative methane oxidizing strains were isolated from rice and have PGP properties, they could be used to simultaneously reduce paddy field methane emission and promote rice growth.
To enhance the bioavailability and bioactivities of mixed herbal medicines (RW), they were fermented with lactic-acid bacteria isolated from kimchi into postbiotics (FRW). Then, from the results of the 16s rRNA sequencing analysis, lactic acid bacteria isolated from kimchi were identified to be of two species, namely Lactobacillus sakei and Leuconostoc mesenteroides. The FRW prepared from the RW were extracted using hot water (HW) and 70% EtOH (EtOH) for comparison of their macrophage-stimulating activities. Based on a comparison of the activities of the FRW extracts, nitric oxide (NO) production of HW was significantly higher than that in EtOH. An analysis of the chemical properties of the extracts showed that HW had higher contents of neutral sugar and uronic acid than EtOH as well as contained a large amount of glucose. In addition, crude polysaccharide (CP) was prepared to enhance the macrophage-stimulating activity. The FRW-CP not only secreted immunostimulatory mediators but also increased the expression of immunostimulatory genes (iNOS, TNF-α, MCP-1, and IL-6). The fractionated FRW-CP contained about 90% neutral sugars, and these sugars were mainly composed of glucose, galacturonic acid, and arabinose. Thus, FRW prepared by fermentation of RW with kimchi lactic acid bacteria were found to be immunostimulatory modulators.
Tae Jin Kim;Min Jae Kim;Bong Sin Kim;Ji Yeon Yoo;Yun Ji Kang;Jeong Hwan Kim
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.50
no.3
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pp.319-327
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2022
γ-Aminobutyric acid (GABA) is a multi-functional compound with broad applications for food industry. GABA producing bacteria were isolated from cabbage kimchi. Among them, B737 was the best GABA producer when culture supernatants were analyzed by TLC. B737 was identified as Levilactobacillus brevis by 16S rRNA gene sequencing. Its glutamate decarboxylase (GAD) gene was cloned by PCR and the nucleotide sequence determined. B737 GAD consisting of 485 amino acids is the largest in size among GADs reported from LAB so far. gadB from L. brevis B737 was overexpressed in Escherichia. coli BL21(DE3) using pET26b(+).pET26b(+). The recombinant GAD was purified and its size was 55 kDa by SDS-PAGE. Maximum GAD activity was observed at pH 5 and 40℃ and the activity was dependent on pyridoxal 5'-phosphate. Km and Vmax of recombinant GAD were 6.2 ± 0.06 mM and 0.34 ± 0.002 mM/min, respectively. L. brevis B737 can be used as a starter for fermented foods with high GABA contents.
Kim, Yerin;Park, Gyulim;Kim, Yedam;Lee, O-Mi;Son, Hong-Joo
Journal of Environmental Science International
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v.31
no.3
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pp.265-274
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2022
Lipoxygenase is an enzyme, mainly produced by plants, capable of converting unsaturated fatty acids to fatty acids. It has vast application potential in the food, pharmaceutical and agricultural industries. The aim of this study was to isolate novel lipoxygenase-producing bacteria from the environment and to investigate the lipoxygenase enzymatic properties for industrial production. The strain, NC1, isolated from cultivation soils, was identified as Bacillus subtilis based on the phenotypic characteristics and 16S rRNA gene sequencing. This strain formed a pink color around the colony when cultured on indamine dye formation plates. The production of lipoxygenase by B. subtilis NC1 was influenced by the composition of the medium and linoleic acid concentrations. The optimum temperature and pH for lipoxygenase activity was determined to be 40 ℃ and pH 6, respectively. The enzyme showed relatively high stability at temperatures ranging from 20-50 ℃ and acid-neutral regions. In addition, the lipoxygenase produced by B. subtilis NC1 was able to degrade commercially available oils including sunflower seed oil and Perilla oil. In this study, a useful indigenous bacterium was isolated, and the fundamental physicochemical data of bacterial lipoxygenase giving it industrial potential are presented.
Ji Min Woo;Hyun Seung Kim;In Kyu Lee;Eun Jeong Byeon;Won Jun Chang;Youn Su Lee
The Plant Pathology Journal
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v.40
no.4
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pp.346-357
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2024
This study was carried out to screen the antifungal activity against Colletotrichum acutatum, Colletotrichum dematium, and Colletotrichum coccodes. Bacterial isolate GP-P8 from pepper soil was found to be effective against the tested pathogens with an average inhibition rate of 70.7% in in vitro dual culture assays. 16S rRNA gene sequencing analysis result showed that the effective bacterial isolate as Bacillus siamensis. Biochemical characterization of GP-P8 was also performed. According to the results, protease and cellulose, siderophore production, phosphate solubilization, starch hydrolysis, and indole-3-acetic acid production were shown by the GP-P8. Using specific primers, genes involved in the production of antibiotics, such as iturin, fengycin, difficidin, bacilysin, bacillibactin, surfactin, macrolactin, and bacillaene were also detected in B. siamensis GP-P8. Identification and analysis of volatile organic compounds through solid phase microextraction/gas chromatography-mass spectrometry (SPME/GC-MS) revealed that acetoin and 2,3-butanediol were produced by isolate GP-P8. In vivo tests showed that GP-P8 significantly reduced the anthracnose disease caused by C. acutatum, and enhanced the growth of pepper plant. Reverse transcription polymerase chain reaction analysis of pepper fruits revealed that GP-P8 treated pepper plants showed increased expression of immune genes such as CaPR1, CaPR4, CaNPR1, CaMAPK4, CaJA2, and CaERF53. These results strongly suggest that GP-P8 could be a promising biocontrol agent against pepper anthracnose disease and possibly a pepper plant growth-promoting agent.
Vo, Nguyen Xuan Que;Kang, Ho-Jeong;Park, Joon-Hong
Environmental Engineering Research
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v.12
no.5
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pp.231-237
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2007
The microbial eco-physiology has been the vital key of microbial ecological research. Unfortunately, available methods for direct identity of microorganisms and for the investigation of their activity in complicated community dynamics are limited. In this study, metagenomics was considered as a promising functional genomics tool for improving our understanding of microbial eco-physiology. Its potential applications and challenges were also reviewed. Because of tremendous diversity in microbial populations in environment, sequence analysis for whole metagenomic libraries from environmental samples seems to be unrealistic to most of environmental engineering researchers. When a target function is of interest, however, sequence analysis for whole metagenomic libraries would not be necessary. For this case, nucleic acids of active populations of interest can be selectively gained using another cutting-edge functional genomic tool, SIP (stable isotope probing) technique. If functional genomes isolated by SIP can be transferred into metagenomic library, sequence analysis for such selected functional genomes would be feasible because the reduced size of clone library may become adequate for sequencing analysis. Herein, integration of metagenomics with SIP was suggested as a novel functional genomics approach to study microbial eco-physiology in environment.
Kim, H.S.;Jeong, S.G.;Ham, J.S.;Chae, H.S.;Lee, J.M.;Ahn, C.N.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.19
no.9
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pp.1335-1341
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2006
We selected a Lactobacillus spp. from Korean healthy infant feces based upon their antioxidant activity. This strain was identified as Lactobacillus gasseri by 16S rDNA sequencing, and named Lactobacillus gasseri NLRI-312. In the present study, we investigate the protective effect of this strain on the $H_2O_2$ induced damage to cellular membrane lipid and DNA in Jurkat cells. To estimate the extent of cellular lipid peroxidation inhibition, MDA (malondialdehyde) was measured, and DNA damage was tested by the comet assay. We also examined probiotic properties including tolerance to acid and bile, antibiotic resistance. From the results obtained, the supplementation of Jurkat cells with NLRI-312 decreased in DNA damage, while no effect was shown on MDA decrease. In probiotic properties, this strain was resistance to both acid and bile, showed considerably higher survival when incubated in pH 2 or 1% bile salts (w/v). We concluded that the NLRI-312 could be used as potential probiotic bacteria, with the effect of reducing DNA damage induced by $H_2O_2$.
Kim, Ji-Yeon;Choe, Gi-Seop;Kim, Geun-Jung;Yu, Yeon-U
한국생물공학회:학술대회논문집
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2001.11a
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pp.625-628
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2001
To isolate novel strains that hydrolyzed the rac-ketoprofen ethyl ester to ketoprofen in the stereospecific manner, we screened broad ecological niches and soil samples in which the activity was expected to be found. From thousands of strains, we isolated a Pseudomonas sp. S34 producing a (S)-stereospecific esterase, and a thermostable esterase with (R)-form selectivity was also 。 btained from Bacillus stearothermophilus JYl44. To further analyse the gene structure and to induce a high level expression, two genes from each strain were cloned and sequenced. BLAST search results with the esterase gene from 534 revealed that both of gene (80-84 %) and amino acid sequences (89- 95 %) were highly conserved in the related esterases from Pseudomonas strains (fluorescens and aeruginosa). The thermostable esterase from JY144, however, revealed a relative low homology (45-52 %) to other esterase and/or lipase from related strains. Obviously, a complete conversion with pure enantiomer (R - or S) were readily achieved by recombinant clones expressing either (R)- or (S)- stereospecific esterase.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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