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.
Pine wilt disease, caused by the nematode Bursaphelenchus xylophilus, is one of the most devastating conifer diseases decimating several species of pine trees on a global scale. Here, we report the draft genome of Raoultella ornithinolytica MG, which is isolated from mountain-cultivated ginseng plant as an bacterial endophyte and shows nematicidal activity against B. xylophilus. Our analysis of R. ornithinolytica MG genome showed that it possesses many genes encoding potential nematicidal factors in addition to some secondary metabolite biosynthetic gene clusters that may contribute to the observed nematicidal activity of the strain. Furthermore, the genome was lacking key components of avermectin gene cluster, suggesting that nematicidal activity of the bacterium is not likely due to the famous anthelmintic agent of wide-spread use, avermectin. This genomic information of R. ornithinolytica will provide basis for identification and engineering of genes and their products toward control of pine wilt disease.
Pedraza, Luz Adriana;Bautista, Jessica;Uribe-Velez, Daniel
The Plant Pathology Journal
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제34권5호
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pp.393-402
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2018
Rice world production is affected due to the growing impact of diseases such as bacterial panicle blight, produced by Burkholderia glumae. The pathogen-induced symptoms include seedling rot, grain rot and leafsheath browning in rice plants. It is currently recognized the entrance of this pathogen to the plant, from infected seeds and from environmental sources of the microorganism. However, it is still not fully elucidated the dynamics and permanence of the pathogen in the plant, from its entry until the development of disease symptoms in seedlings or panicles. In this work it was evaluated the infection of B. glumae rice plants, starting from inoculated seeds and substrates, and its subsequent monitoring after infection. Various organs of the plant during the vegetative stage and until the beginning of the reproductive stage, were evaluated. In both inoculation models, the bacteria was maintained in the plant as an endophyte between $1{\times}10^1$ and $1{\times}10^5cfu$ of B. $glumae.g^{-1}$ of plant throughout the vegetative stage. An increase of bacterial population towards initiation of the panicle was observed, and in the maturity of the grain, an endophyte population was identified in the flag leaf at $1{\times}10^6cfu$ of B. $glumae.g^{-1}$ fresh weight of rice plant, conducting towards the symptoms of bacterial panicle blight. The results found, suggest that B. glumae in rice plants developed from infected seeds or from the substrate, can colonize seedlings, establishing and maintaining a bacterial population over time, using rice plants as habitat to survive endophyticly until formation of bacterial panicle blight symptoms.
Ginseng has been well-known as a medicinal plant for thousands of years. Bacterial endophytes ubiquitously colonize the inside tissues of ginseng without any disease symptoms. The identification of bacterial endophytes is conducted through either the internal transcribed spacer region combined with ribosomal sequences or metagenomics. Bacterial endophyte communities differ in their diversity and composition profile, depending on the geographical location, cultivation condition, and tissue, age, and species of ginseng. Bacterial endophytes have a significant effect on the growth of ginseng through indole-3-acetic acid (IAA) and siderophore production, phosphate solubilization, and nitrogen fixation. Moreover, bacterial endophytes can protect ginseng by acting as biocontrol agents. Interestingly, bacterial endophytes isolated from Panax species have the potential to produce ginsenosides and bioactive metabolites, which can be used in the production of food and medicine. The ability of bacterial endophytes to transform major ginsenosides into minor ginsenosides using β-glucosidase is gaining increasing attention as a promising biotechnology. Recently, metabolic engineering has accelerated the possibilities for potential applications of bacterial endophytes in producing beneficial secondary metabolites.
An endophytic bacterial strain, Arthrobacter humicola YC6002, was isolated from a surface sterilized root of Korean turf grass (Zoysia japonica) collected from Jinju, Korea. This strain showed inhibitory effect on germination and shoot growth of radish. The inhibition of germination and shoot growth of radish seeds varied depending on the age of culture and the temperature at which it was incubated. The culture filtrate of 1/10-strength Tryptic Soy Broth medium, incubated for 48 hours at $30^{\circ}C$, showed the highest inhibitory effect on radish seed germination and shoot growth (92% inhibition as compared to control). The active compound with seed germination and shoot growth inhibition was purified and identified as 3-phenylpropionic acid. The purified compound had 53% and 93% inhibitory effect on seed germination and shoot growth of radish for 500 and 1000 ppm solutions, respectively.
Fernando Dini;Mortatti, Marcelo-Jose;Souza, Andre-Oliveira de;Walter Maccheroni;Joao Lucio;Welington Luiz
Journal of Microbiology
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제42권3호
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pp.169-173
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2004
Enterobacter cloacae (strain PR2/7), a genetically modified endophyte(GME) in citrus plants, carrying different plasmids (pEC3.0/18, pCelE, pEglA and pGFP), was inoculated into Citrus sinensis seedlings under greenhouse conditions. The impact of this on the indigenous bacterial endophytic community was studied by analyses of 2 different morphologic groups. The germination rates of inoculated seeds were evaluated in greenhouse, and plasmid stability under in vitro conditions. Results demonstrated a great and diverse endophytic community inside plants, and specialization in tissue colonization by some bacterial groups, in different treatments. Shifts in seed germination rate were observed among treatments: in general, the PR2/7 harboring pEglA bacterial- clone significantly reduced seed germination, compared to the PR2/7 harboring pEC3.0/18 clone. This suggests that the presence of the pEglA plasmid changes bacteria-seed interactions. The endophytic community of citrus seedlings changed according to treatment. In seedlings treated with the PR2/7 with pEglA clone, the population of group II decreased significantly, within the context of the total endophytic community. These results indicate that the application of GMEs induces shifts in the endophytic bacterial community of citrus seedlings.
Fire blight disease, caused by Erwinia amylovora, is a devastating affliction in apple cultivation worldwide. Chemical pesticides have exhibited limited effectiveness in controlling the disease, and biological control options for treating fruit trees are limited. Therefore, a relatively large-scale survey is necessary to develop microbial agents for apple trees. Here we collected healthy apple trees from across the country to identify common and core bacterial taxa. We analyzed the endophytic bacterial communities in leaves and twigs and discovered that the twig bacterial communities were more conserved than those in the leaves, regardless of the origin of the sample. This finding indicates that specific endophytic taxa are consistently present in healthy apple trees and may be involved in vital functions such as disease prevention and growth. Furthermore, we compared the community metabolite pathway expression rates of these endophyte communities with those of E. amylovora infected apple trees and discovered that the endophyte communities in healthy apple trees not only had similar community structures but also similar metabolite pathway expression rates. Additionally, Pseudomonas and Methylobacterium-Methylorobrum were the dominant taxa in all healthy apple trees. Our findings provide valuable insights into the potential roles of endophytes in healthy apple trees and inform the development of strategies for enhancing apple growth and resilience. Moreover, the similarity in cluster structure and pathway analysis between healthy orchards was mutually reinforcing, demonstrating the power of microbiome analysis as a tool for identifying factors that contribute to plant health.
Park, Sang-Un;Lim, Hyoun-Sub;Park, Kee-Choon;Park, Young-Hwan;Bae, Han-Hong
Journal of Ginseng Research
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제36권1호
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pp.107-113
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2012
In order to investigate the diversity of endophytes, fungal endophytes in Panax ginseng Meyer cultivated in Korea were isolated and identified using internal transcribed spacer (ITS) sequences of ribosomal DNA. Three cultivars of 3-year-old ginseng roots (Chunpoong, Yunpoong, and Gumpoong) were used to isolate fungal endophytes. Surface sterilized ginseng roots were placed on potato dextrose agar plates supplemented with ampicilin and streptomycin to inhibit bacterial growth. Overall, 38 fungal endophytes were isolated from 12 ginseng roots. According to the sequence analysis of the ITS1-5.8S-ITS2, 38 fungal isolates were classified into 4 different fungal species, which were Phoma radicina, Fusarium oxysporum, Setophoma terrestris and Ascomycota sp. 2-RNK. The most dominant fungal endophyte was P. radicina in 3 cultivars. The percentage of dominant endophytes of P. radicina was 65.8%. The percentage of colonization frequency of P. radicina was 80%, 52.9%, and 75% in Chunpoong, Yunpoong, and Gumpoong, respectively. The second most dominant fungal endophyte was F. oxysporum. The diversity of the fungal endophytes was low and no ginseng cultivar specificity among endophytes was detected in this study. The identified endophytes can be potential fungi for the production of bioactive compounds and control against ginseng pathogens.
Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) have the potential to be used as microbial inoculants to reduce disease incidence and severity and to increase crop yield. Some of the PGPR have been reported to be able to enter plant tissues and establish endophytic populations. Here, we demonstrated an approach to screen bacterial endophytes that have the capacity to promote the growth of pepper seedlings and protect pepper plants against a bacterial pathogen. Initially, out of 150 bacterial isolates collected from healthy stems of peppers cultivated in the Chungcheong and Gyeongsang provinces of Korea, 23 putative endophytic isolates that were considered to be predominating and representative of each pepper sample were selected. By phenotypic characterization and partial 16S rDNA sequence analysis, the isolates were identified as species of Ochrobacterium, Pantoea, Pseudomonas, Sphingomonas, Janthinobacterium, Ralstonia, Arthrobacter, Clavibacter, Sporosarcina, Acidovorax, and Brevundimonas. Among them, two isolates, PS4 and PS27, were selected because they showed consistent colonizing capacity in pepper stems at the levels of $10^6-10^7CFU/g$ tissue, and were found to be most closely related to Pseudomonas rhodesiae and Pantoea ananatis, respectively, by additional analyses of their entire 16S rDNA sequences. Drenching application of the two strains on the pepper seedlings promoted significant growth of peppers, enhancing their root fresh weight by 73.9% and 41.5%, respectively. The two strains also elicited induced systemic resistance of plants against Xanthomonas axonopodis pv. vesicatoria.
Kim, Da-Ran;Kim, Su-Hyeon;Lee, Su In;Kwak, Youn-Sig
The Plant Pathology Journal
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제38권4호
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pp.372-382
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2022
Soybean is an important source of protein and for a wide range of agricultural, food, and industrial applications. Soybean is being affected by Xanthomonas citri pv. glycines, a causal pathogen of bacterial pustule disease, result in a reduction in yield and quality. Diverse microbial communities of plants are involved in various plant stresses is known. Therefore, we designed to investigate the microbial community differentiation depending on the infection of X. citri pv. glycines. The microbial community's abundance, diversity, and similarity showed a difference between infected and non-infected soybean. Microbiota community analysis, excluding X. citri pv. glycines, revealed that Pseudomonas spp. would increase the population of the infected soybean. Results of DESeq analyses suggested that energy metabolism, secondary metabolite, and TCA cycle metabolism were actively diverse in the non-infected soybeans. Additionally, Streptomyces bacillaris S8, an endophyte microbiota member, was nominated as a key microbe in the healthy soybeans. Genome analysis of S. bacillaris S8 presented that salinomycin may be the critical antibacterial metabolite. Our findings on the composition of soybean microbiota communities and the key strain information will contribute to developing biological control strategies against X. citri pv. glycines.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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