The rice blast disease, caused by the fungal pathogen, Magnaporthe oryzae (syn. Pyricularia oryzae), poses a significant threat to the global rice production. Understanding how this disease impacts the plant's microbial communities is crucial for gaining insights into host-pathogen interactions. In this study, we investigated the changes in communities of bacterial and fungal endophytes inhabiting different compartments in healthy and diseased plants. We found that both alpha and beta diversities of endophytic communities do not change significantly by the pathogen infection. Rather, the type of plant compartment appeared to be the main driver of endophytic community structures. Although the overall structure seemed to be consistent between healthy and diseased plants, our analysis of differentially abundant taxa revealed the specific bacterial and fungal operational taxonomic units that exhibited enrichment in the root and leaf compartments of infected plants. These findings suggest that endophyte communities are robust to the changes at the early stage of pathogen infection, and that some of endophytes enriched in infected plants might have roles in the defense against the pathogen.
Xueqin Xu;Qianqian Wang;Longyan Yang;Zhiyan Chen;Yun Zhou;Hui Feng;Peng Zhang;Jie Wang
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.34
no.8
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pp.1727-1737
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2024
The quality of tobacco is directly affected by macromolecular content, fermentation is an effective method to improve biochemical properties. In this study, we utilized CBHA (cellobiohydrolase A) glycosylase, which was expressed by Pichia pastoris, as an additive for fermentation. The contents of main chemical components of tobacco leaves after fermentation were determined, and the changes of microbial community structure and abundance in tobacco leaves during fermentation were analyzed. The relationship between chemical composition and changes in microbial composition was investigated, and the function of bacteria and fungi in fermentation was predicted to identify possible metabolic pathways. After 48 h of CBHA fermentation, the contents of starch, cellulose and total nitrogen in tobacco leaf decreased by 17.60%, 28.91% and 16.05%, respectively. The microbial community structure changed significantly, with Aspergillus abundance decreasing significantly, while Filobasidum, Cladosporium, Bullera, Komagataella, etc., increased in CBHA treated group. Soluble sugar was most affected by microbial community in tobacco leaves, which was negatively correlated with starch, cellulose and total nitrogen. During the fermentation process, the relative abundance of metabolism-related functional genes increased, and the expressions of cellulase and endopeptidase also increased. The results showed that the changes of bacterial community and dominant microbial community on tobacco leaves affected the content of chemical components in tobacco leaves, and adding CBHA for fermentation had a positive effect on improving the quality of tobacco leaves.
To understand the efficient process of biological nitrogen removal (BNR) system, the structure of bacterial communities in nitrification reactors was analyzed using PCR and terminal restriction fragment length poly morphism (I-RFLP) methods. In this study, we used an advanced treatment system with plotting media, Nutrient Removal Laboratory system, or the rumination type sequencing batch reactor (SBR) system. The terminal restriction fragments of ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and other $\beta-proteobacteria$ were observed in all of three BNR systems. The nucleotide sequence analysis of terminal restriction fragments showed that Nitrosomonas and Nitrosolobus were major populations of AOB in SBR system, whereas uncultured $\beta-proteobacteria$ and Cardococcus australiensis were the predominant groups in other two BNR systems. Also the SBR system may be more efficient to enrich AOB. These results indicate that the different structure of bacterial community may be developed depending on the wastewater treatment systems, although the same influent is used.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.32
no.3
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pp.227-233
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2010
This study examined microbial community structures (MCSs) according to environmental factors through DGGE analysis and comparison in various soils collected from near army bases and gas stations. As a result, the similarities based on DGGE band profiles showed the closer relationship in regional properties than in pollution characteristics, probably due to the degree of weak contamination. The highly contaminated samples with oil revealed low MCS similarities with others in the same region and very low with all the other samples in the other regions. Thus the microbial community structure would more be affected by region-based natural factors than by contamination factors in case of minor pollution. All the dominant culturable bacterial species were involved in firmicutes or high GC Gram+ in a major portion of soil samples and the highly oil-contaminated samples contained Arthrobacter, Bacillus, Methylobacterium, Clavibacter, Streptomyces and Nocardia as reported genera, and Leifsonia as a unreported genus.
Pajarillo, Edward Alain B.;Chae, Jong Pyo;Balolong, Marilen P.;Kim, Hyeun Bum;Seo, Kang-Seok;Kang, Dae-Kyung
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.28
no.4
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pp.584-591
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2015
This study characterized the fecal bacterial community structure and inter-individual variation in 30-week-old Duroc pigs, which are known for their excellent meat quality. Pyrosequencing of the V1-V3 hypervariable regions of the 16S rRNA genes generated 108,254 valid reads and 508 operational taxonomic units at a 95% identity cut-off (genus level). Bacterial diversity and species richness as measured by the Shannon diversity index were significantly greater than those reported previously using denaturation gradient gel electrophoresis; thus, this study provides substantial information related to both known bacteria and the untapped portion of unclassified bacteria in the population. The bacterial composition of Duroc pig fecal samples was investigated at the phylum, class, family, and genus levels. Firmicutes and Bacteroidetes predominated at the phylum level, while Clostridia and Bacteroidia were most abundant at the class level. This study also detected prominent inter-individual variation starting at the family level. Among the core microbiome, which was observed at the genus level, Prevotella was consistently dominant, as well as a bacterial phylotype related to Oscillibacter valericigenes, a valerate producer. This study found high bacterial diversity and compositional variation among individuals of the same breed line, as well as high abundance of unclassified bacterial phylotypes that may have important functions in the growth performance of Duroc pigs.
This study investigated the effects of acarbose addition on changes in ruminal fermentation characteristics and the composition of the ruminal bacterial community in vitro using batch cultures. Rumen fluid was collected from the rumens of three cannulated Holstein cattle fed forage ad libitum that was supplemented with 6 kg of concentrate. The batch cultures consisted of 8 mL of strained rumen fluid in 40 mL of an anaerobic buffer containing 0.49 g of corn grain, 0.21 g of soybean meal, 0.15 g of alfalfa and 0.15g of Leymus chinensis. Acarbose was added to incubation bottles to achieve final concentrations of 0.1, 0.2, and 0.4 mg/mL. After incubation for 24 h, the addition of acarbose linearly decreased (p<0.05) the total gas production and the concentrations of acetate, propionate, butyrate, total volatile fatty acids, lactate and lipopolysaccharide (LPS). It also linearly increased (p<0.05) the ratio of acetate to propionate, the concentrations of isovalerate, valerate and ammonia-nitrogen and the pH value compared with the control. Pyrosequencing of the 16S rRNA gene showed that the addition of acarbose decreased (p<0.05) the proportion of Firmicutes and Proteobacteria and increased (p<0.05) the percentage of Bacteroidetes, Fibrobacteres, and Synergistetes compared with the control. A principal coordinates analysis plot based on unweighted UniFrac values and molecular variance analysis revealed that the structure of the ruminal bacterial communities in the control was different to that of the ruminal microbiota in the acarbose group. In conclusion, acarbose addition can affect the composition of the ruminal microbial community and may be potentially useful for preventing the occurrence of ruminal acidosis and the accumulation of LPS in the rumen.
An, Nan-Hee;Park, Jong-Ho;Han, Eun-Jung;Hong, Sung-Jun;Kim, Yong-Ki;Jee, Hyeong-Jin
Korean Journal of Organic Agriculture
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v.19
no.spc
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pp.190-193
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2011
Organic and chemical fertilizer amendments are an important agricultural practice for increasing crop yields. In order to maintain the soil sustainability, it is important to monitor the effects of fertilizer applications on the shift of soil microorganism, which control the cycling of many nutrients in the soils. Here, culture-dependent and culture-independent approaches were used to analyze the soil microorganism and community structure under six fertilization treatments, including green manure, rice straw compost, rapeseed cake, pig mature compost, NPK +pig mature compost, NPK and control. Both organic and chemical fertilizers caused a shift of the cultural microorganism CFUs after treatments. Bacterial CFUs of the organic fertilization treatments were significantly higher than that of chemical fertilization treatments. The DGGE profiles of the bacterial communities of the samples showed that the green manure treatment was a distinct difference in bacterial community, with a greater complexity of the band pattern than other treatments. Cluster analyses based on the DGGE profile showed that rice straw compost and pig mature compost had a similar banding pattern and clustered together firstly. Rapeseed cake, NPK, NPK +pig manure compost and control clustered together in other sub-cluster and clearly distinguished from green manure.
When quicklime is added into soil for various purposes, abrupt changes in soil chemistry may affect essential ecological functions played by indigenous bacterial communities in soil. The magnitude of influence was estimated by observing changes in abundance and diversity of soil bacteria after quicklime treatment. When several soil samples were treated up to 20% (w/w) quicklime, plate count of viable cells ranged $10^2{\sim}10^3$ CFU $g^{-1}$, showing a reduction of more than $10^4$ times from viable counts of the untreated sample. Diversity of the bacterial isolates that survived after quicklime treatment was analyzed by conducting $GTG_5$ rep-PCR fingerprinting. There were only two types of fingerprints common to both 5% and 20% quicklime samples, implying that bacteria surviving at different strength of quicklime treatment differed depending on their tolerance to quicklime-treated condition. Isolates surviving the quicklime treatments were further characterized by Gram staining and endospore staining. All isolates were found to be Gram positive bacteria, and 85.4% of them displayed endospores state. In conclusion, most bacteria surviving quicklime treatment appear to be endospores. This finding suggests that most of ecological functions of bacteria in soil are lost with quicklime treatment.
The present study compared the microbial diversity and activity during the application of various bioremediation processes to crude oil-contaminated soil. Five different treatments, including natural attenuation (NA), biostimulation (BS), biosurfactant addition (BE), bioaugmentation (BA), and a combined treatment (CT) of biostimulation, biosurfactant addition, and bioaugmentation, were used to analyze the degradation rate and microbial communities. After 120 days, the level of remaining hydrocarbons after all the treatments was similar, however, the highest rate (k) of total petroleum hydrocarbon (TPH) degradation was observed with the CT treatment (P<0.05). The total bacterial counts increased during the first 2 weeks with all the treatments, and then remained stable. The bacterial communities and alkane monooxygenase gene fragment, alkB, were compared by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE). The DGGE analyses of the BA and CT treatments, which included Nocardia sp. H17-1, revealed a simple dominant population structure, compared with the other treatments. The Shannon-Weaver diversity index (H') and Simpson dominance index (D), calculated from the DGGE profiles using 16S rDNA, showed considerable qualitative differences in the community structure before and after the bioremediation treatment as well as between treatment conditions.
Recently, the population of toxic and/or unusable jellyfish is increasing during summer along the east coast of Korea, causing massive economical and ecological damage to fisheries, nuclear power plant and marine environment. To solve this problem, this study was carried out using jellyfish as a potential soil additive for horticulture. The jellyfish was solidified and homogenized, then mixed with a commercial bed soil. Allium tuberosum ROTH was planted to control bed soil (BS) and jellyfish powder mixed bed soil groups (Mixed bed soil, MBS), and following parameters were measured during five weeks: water content, electrical conductivity and growth of leaves. At the end of the experiment, bacterial community structures of each pot were analyzed by DGGE. The relative water adsorption of jellyfish powder was about 2.5 times greater compared to its dry weight. The water content of MBS group was significantly higher than BS group 6.5 to 14.2%, and the electric conductivity of MBS group was measured around 2.8 dS/m where BS group was resulted average of 1.8 dS/m. However, the leaves of BS group were grown 30% longer compared to MBS group. DGGE analysis of MBS group was shown in high number of phylum Bacteroidetes and increased diversity of Sphingobacteriia compared to BS group. Jellyfish powder as a soil additive surely will be a good candidate as humectant and microbiota stimulator, although there are several obstacles such as high electrical conductivity and residual alum salt which used for solidification of jellyfish.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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