• 제목/요약/키워드: Iturin A

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Postharvest Biological Control of Colletotrichum acutatum on Apple by Bacillus subtilis HM1 and the Structural Identification of Antagonists

  • Kim, Hae-Min;Lee, Kui-Jae;Chae, Jong-Chan
    • Journal of Microbiology and Biotechnology
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    • 제25권11호
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    • pp.1954-1959
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    • 2015
  • Bacillus subtilis HM1 was isolated from the rhizosphere region of halophytes for its antifungal activity against Colletotrichum acutatum, the causative agent of anthracnose. Treatment of postharvest apples with the cell culture or with a cell-free culture supernatant reduced disease severity 80.7% and 69.4%, respectively. Both treatments also exhibited antifungal activity against various phytopathogenic fungi in vitro. The antifungal substances were purified and analyzed by acid precipitation, gel filtration, high-performance liquid chromatography, and matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS). Three compounds were identified as fengycin, iturin, and surfactin. The MALDI-TOF/TOF mass spectrum revealed the presence of cyclized fengycin homologs A and B, which were distinguishable on the basis of the presence of either alanine or valine, respectively, at position 6 of the peptide sequence. In addition, the cyclized structure of fengycin was shown to play a critical role in antifungal activity.

Brief Introduction of Research Progresses in Control and Biocontrol of Clubroot Disease in China

  • He, Yueqiu;Wu, Yixin;He, Pengfei;Li, Xinyu
    • 한국균학회소식:학술대회논문집
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    • 한국균학회 2015년도 춘계학술대회 및 임시총회
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    • pp.45-46
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    • 2015
  • Clubroot disease of crucifers has occurred since 1957. It has spread to the whole China, especially in the southwest and nourtheast where it causes 30-80% loss in some fields. The disease has being expanded in the recent years as seeds are imported and the floating seedling system practices. For its effective control, the Ministry of Agriculture of China set up a program in 2010 and a research team led by Dr. Yueqiu HE, Yunnan Agricultural University. The team includes 20 main reseachers of 11 universities and 5 institutions. After 5 years, the team has made a lot of progresses in disease occurrence regulation, resources collection, resistance identification and breeding, biological agent exploration, formulation, chemicals evaluation, and control strategy. About 1200 collections of local and commercial crucifers were identified in the field and by artificiall inoculation in the laboratories, 10 resistant cultivars were breeded including 7 Chinese cabbages and 3 cabbages. More than 800 antagostic strains were isolated including bacteria, stretomyces and fungi. Around 100 chemicals were evaluated in the field and greenhouse based on its control effect, among them, 6 showed high control effect, especially fluazinam and cyazofamid could control about 80% the disease. However, fluzinam has negative effect on soil microbes. Clubroot disease could not be controlled by bioagents and chemicals once when the pathogen Plasmodiophora brassicae infected its hosts and set up the parasitic relationship. We found the earlier the pathogent infected its host, the severer the disease was. Therefore, early control was the most effective. For Chinese cabbage, all controlling measures should be taken in the early 30 days because the new infection could not cause severe symptom after 30 days of seeding. For example, a biocontrol agent, Bacillus subtilis Strain XF-1 could control the disease 70%-85% averagely when it mixed with seedling substrate and was drenching 3 times after transplanting, i.e. immediately, 7 days, 14 days. XF-1 has been deeply researched in control mechanisms, its genome, and development and application of biocontrol formulate. It could produce antagonistic protein, enzyme, antibiotics and IAA, which promoted rhizogenesis and growth. Its The genome was sequenced by Illumina/Solexa Genome Analyzer to assembled into 20 scaffolds then the gaps between scaffolds were filled by long fragment PCR amplification to obtain complet genmone with 4,061,186 bp in size. The whole genome was found to have 43.8% GC, 108 tandem repeats with an average of 2.65 copies and 84 transposons. The CDSs were predicted as 3,853 in which 112 CDSs were predicted to secondary metabolite biosynthesis, transport and catabolism. Among those, five NRPS/PKS giant gene clusters being responsible for the biosynthesis of polyketide (pksABCDEFHJLMNRS in size 72.9 kb), surfactin(srfABCD, 26.148 kb, bacilysin(bacABCDE 5.903 kb), bacillibactin(dhbABCEF, 11.774 kb) and fengycin(ppsABCDE, 37.799 kb) have high homolgous to fuction confirmed biosynthesis gene in other strain. Moreover, there are many of key regulatory genes for secondary metabolites from XF-1, such as comABPQKX Z, degQ, sfp, yczE, degU, ycxABCD and ywfG. were also predicted. Therefore, XF-1 has potential of biosynthesis for secondary metabolites surfactin, fengycin, bacillibactin, bacilysin and Bacillaene. Thirty two compounds were detected from cell extracts of XF-1 by MALDI-TOF-MS, including one Macrolactin (m/z 441.06), two fusaricidin (m/z 850.493 and 968.515), one circulocin (m/z 852.509), nine surfactin (m/z 1044.656~1102.652), five iturin (m/z 1096.631~1150.57) and forty fengycin (m/z 1449.79~1543.805). The top three compositions types (contening 56.67% of total extract) are surfactin, iturin and fengycin, in which the most abundant is the surfactin type composition 30.37% of total extract and in second place is the fengycin with 23.28% content with rich diversity of chemical structure, and the smallest one is the iturin with 3.02% content. Moreover, the same main compositions were detected in Bacillus sp.355 which is also a good effects biocontol bacterial for controlling the clubroot of crucifer. Wherefore those compounds surfactin, iturin and fengycin maybe the main active compositions of XF-1 against P. brassicae. Twenty one fengycin type compounds were evaluate by LC-ESI-MS/MS with antifungal activities, including fengycin A $C_{16{\sim}C19}$, fengycin B $C_{14{\sim}C17}$, fengycin C $C_{15{\sim}C18}$, fengycin D $C_{15{\sim}C18}$ and fengycin S $C_{15{\sim}C18}$. Furthermore, one novel compound was identified as Dehydroxyfengycin $C_{17}$ according its MS, 1D and 2D NMR spectral data, which molecular weight is 1488.8480 Da and formula $C_{75}H_{116}N_{12}O_{19}$. The fengycin type compounds (FTCPs $250{\mu}g/mL$) were used to treat the resting spores of P. brassicae ($10^7/mL$) by detecting leakage of the cytoplasm components and cell destruction. After 12 h treatment, the absorbencies at 260 nm (A260) and at 280 nm (A280) increased gradually to approaching the maximum of absorbance, accompanying the collapse of P. brassicae resting spores, and nearly no complete cells were observed at 24 h treatment. The results suggested that the cells could be lyzed by the FTCPs of XF-1, and the diversity of FTCPs was mainly attributed to a mechanism of clubroot disease biocontrol. In the five selected medium MOLP, PSA, LB, Landy and LD, the most suitable for growth of strain medium is MOLP, and the least for strains longevity is the Landy sucrose medium. However, the lipopeptide highest yield is in Landy sucrose medium. The lipopeptides in five medium were analyzed with HPLC, and the results showed that lipopeptides component were same, while their contents from B. subtilis XF-1 fermented in five medium were different. We found that it is the lipopeptides content but ingredients of XF-1 could be impacted by medium and lacking of nutrition seems promoting lipopeptides secretion from XF-1. The volatile components with inhibition fungal Cylindrocarpon spp. activity which were collect in sealed vesel were detected with metheds of HS-SPME-GC-MS in eight biocontrol Bacillus species and four positive mutant strains of XF-1 mutagenized with chemical mutagens, respectively. They have same main volatile components including pyrazine, aldehydes, oxazolidinone and sulfide which are composed of 91.62% in XF-1, in which, the most abundant is the pyrazine type composition with 47.03%, and in second place is the aldehydes with 23.84%, and the third place is oxazolidinone with 15.68%, and the smallest ones is the sulfide with 5.07%.

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Monitoring of Horizontal Gene Transfer from Agricultural Microorganisms to Soil Bacteria and Analysis of Microbial Community in Soils

  • Kim, Sung-Eun;Moon, Jae-Sun;Choi, Won-Sik;Lee, Sang-Han;Kim, Sung-Uk
    • Journal of Microbiology and Biotechnology
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    • 제22권4호
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    • pp.563-566
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    • 2012
  • To investigate the possibility of horizontal gene transfer between agricultural microorganisms and soil microorganisms in the environment, Bacillus subtilis KB producing iturin and the PGPR recombinant strain Pseudomonas fluorescens MX1 were used as model microorganisms. The soil samples of cucumber or tomato plants cultivated in pots and the greenhouse for a six month period were investigated by PCR, real-time PCR, Southern hybridization, and terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) fingerprinting. Our data from Southern blotting and T-RFLP patterns suggest that the model bacteria do not give significant impacts on the other bacteria in the pots and greenhouse during cultivation.

여러 식물병원성 진균을 억제하는 Streptomyces costaricanus HR391의 항진균능 (Antifungal activity of Streptomyces costaricanus HR391 against some plant-pathogenic fungi)

  • 김혜령;송홍규
    • 미생물학회지
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    • 제52권4호
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    • pp.437-443
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    • 2016
  • 여러 토양에서 분리한 400여 개의 방선균 균주에 대해 4가지 식물병원성 진균에 대한 항진균 활성을 조사하였으며 그 중 Streptomyces costaricanus HR391 균주는 PDB 배지에서 식물병원성 진균인 Fusarium oxysporum f. sp. raphani, F. oxysporum f. sp. niveum, F. oxysporum f. sp. lycopersici와 Rhizoctonia solani의 균사 생장을대조군과 비교하여 각각 26.5, 26.2, 21.2와 23.8% 저해하였다. S. costaricanus HR391은 항진균물질인 siderophore를 $98{\mu}M$을 생성할 뿐만 아니라 유화활성을 나타내며 막지질을 파괴할 수 있는 생물계면활성제인 rhamnolipid와 lipopeptide인 iturin A와 surfactin를 생성하였다. 또한 진균 세포막을 분해할 수 있는 chitinase와 glucanase 활성도 나타내었으며 병원균의 막을 파괴하는 AMP와 항생물질 phenazine도 분비하였다. 이외에도 식물생장 촉진활성을 갖는 zeatin, gibberellin과 indole acetic acid 같은 식물호르몬도 생성하였다. 이와 같이 항진균 활성을 나타내는 S. costaricanus HR391 균주는 다양한 종류의 항진균 물질의 상승작용과 더불어 높은 생물계면활성이 본 균주의 항진균 활성에 큰 역할을 하는 것으로 보이며 친환경적인 생물학적 항진균제로서 활용이 가능할 것으로 기대된다.

인삼 뿌리썩음병에 길항력이 있는 Bacillus 균의 분리 동정 및 특성 조사 (Isolation and Characterization of Bacillus Species Possessing Antifungal Activity against Ginseng Root Rot Pathogens)

  • 김병용;안재형;원항연;송재경;김성일;김완규
    • 농약과학회지
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    • 제16권4호
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    • pp.357-363
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    • 2012
  • 인삼 뿌리썩음병을 일으키는 병원균의 생물적 방제를 위해서 토양에서 유용미생물을 분리하여 항균 활성과 생화학적 특성을 조사하였다. 이를 위해 강원도 인삼재배 토양에서 총 439균주의 세균을 분리하여 이 중에서 항균 활성이 가장 우수한 3균주(GP4-1, GR2-2, GR4-5)의 미생물을 최종 선발하였다. 주요 인삼 뿌리 썩음병원균인 5종(Cylindrocarpon destructans, Fusarium oxysporum, Fusarium solani, Rhizoctonia solani, Sclerotinia nivalis)에 대한 생장 억제능을 조사한 결과, 선발 균주들이 매우 높은 항균 활성을 갖는 것을 확인하였다. 최종 선발 균주들의 정확한 동정을 위해서 16S rRNA 유전자 염기 서열로 계통 유전학적 분석을 하였고, 모든 균주들이 Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum $FZB42^T$과 가장 높은 상동성(99.9 %)이 있음을 보였다. 선발 균주들이 생산하는 2차 대사물질 구명을 위해 주요 Bacillus 대사산물의 생합성 유전자를 PCR 반응으로 검정하였다. 모든 선발 균주들에서 iturin A와 surfactin의 생합성 유전자가 검출되었으며, GR4-5 균주에서는 bacillomycin D의 생합성 유전자도 추가로 검출되었다. 생화학적 특성 조사에서는 선발 균주들이 섬유소 분해 효소와 단백질 분해 효소의 활성이 있음을 확인하였다. 본 연구를 통해 인삼재배 토양에서 분리한 토양 미생물들이 인삼 뿌리썩음병의 생물적 방제를 위한 미생물제제로서의 활용가치가 높음을 제시하였다.

복합기능성 Bacillus sp. GH1-13 균주의 특징 (Characterization of Multifunctional Bacillus sp. GH1-13)

  • 김상윤;상미경;원항연;전영아;류재환;송재경
    • 농약과학회지
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    • 제20권3호
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    • pp.189-196
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    • 2016
  • 바실러스는 토양 및 반추동물의 소화기관과 같은 다양한 곳에서 분리되고 있으며, 작물의 생육 촉진과 병방제를 위한 미생물 재제로서 널리 사용되고 있다. 바실러스 GH1-13 균주는 전남 완도의 간척지 논에서 분리되었으며, 16S rRNA 유전자와 gyrB 유전자를 이용하여 계통유전학적으로 분석한 결과 Bacillus velezensis인 것으로 동정되었다. GH1-13 균주의 특성을 분석한 결과 생육촉진에 관련된 IAA를 생성할 뿐 아니라 벼 뿌리의 생육을 촉진하는 것을 확인하였다. 또한 벼의 주요 병원균의 생육을 억제할 뿐 아니라 작물의 병원균인 다양한 곰팡이의 생육을 저해하였다. 더불어 식물병원 진균 및 세균의 생육 억제와 밀접하게 관련된 것으로 판단되는 bacillomycin, bacilycin, fengycin, iturin, surfactin을 생성하는 생합성유전자를 보유한 것으로 확인되었다. 본 연구는 GH1-13균주가 작물의 생육촉진과 병 방제를 동시에 해결할 수 있는 강력한 복합기능성 미생물제로의 가능성이 있음을 보여주었다.

Bacillus amyloliquefaciens IUB158-03이 생산하는 항진균물질의 생화학적 특성 및 독성 (Toxicity and Characteristics of Antifungal Substances Produced by Bacillus amyloliquefaciens IUB158-03)

  • 김혜영;이태수
    • 생명과학회지
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    • 제19권11호
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    • pp.1672-1678
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    • 2009
  • B. amyloliquefaciens IUB158-03균주에서 정제된 항진균물질은 극성인 용매에 잘 용해되고, pH 6.0~10.0와 $-70{\sim}121^{\circ}C$에서와 같이 넓은 범위의 온도 및 pH에서 안정성을 보였다. 항진균물질의 FAB-MS, UV 흡수 스펙트럼, 아미노산 조성 등을 분석한 결과 분자량은 1,042 이었고, TLC를 이용하여 분석한 결과 ninhydrin solution에서 보라색으로 발색되었다. UV 스펙트럼은 220 nm, 277 nm에서 ${\lambda}max$를 보였으며, $Asn_3$, $Gln_2$, $Ser_1$ $Gly_1$, $Tyr_1$의 아미노산 조성을 갖는 것으로 나타났다. 그리고 $^1H$-NMR spectrum, $^1H$-COSY, HMQC 을 분석한 결과 iturin A계에 속하는 물질로 확인되었다. NIH3T3 섬유아세포에 대해 항진균물질이 세포독성을 나타내지 않는 것은 물론 마우스에 항진균물질을 경구투여하여 장기 내의 변화와 백혈구 수, 생체내의 생리적인 기능면에서 정상 마우스와 차이를 보이지 않았으므로 생체독성이 없는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구를 통하여 B. amyloliquefaciens IUB158-03에서 분리된 항진균물질이 앞으로 고추탄저병의 생물적 방제제로 이용될 수 있는 잠재성을 갖고 있는 것으로 사료된다.

다기능 PGPR 균주들의 기작별 상호보완형 컨소시엄 구성을 통한 고추역병 방제 및 고추생장촉진 (Development of the Microbial Consortium for the Environmental Friendly Agriculture by the Antagonistic Rhizobacteria)

  • 임종희;정희영;김상달
    • Journal of Applied Biological Chemistry
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    • 제52권3호
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    • pp.116-120
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    • 2009
  • 본 연구에서는 생물농약용으로 연구 개발된 길항미생물의 균주들을 이용하여 친환경농업용 길항미생물 컨소시엄을 개발하고자 하였으며, 개별 길항미생물의 항생능력, 항진균성 siderophore 및 ${\beta}$-glucannase 생산능, auxin생산능, 인산가용능 등 각 기작별 상호 보완형 미생물균주의 컨소시엄 후보군을 구성하였다. 구성된 컨소시엄 후보군 중 컨소시엄 No. 11이 in vivo pot test에서 가장 좋은 고추생장촉진능과 교추역병 방제능을 발휘하였다. 최적 컨소시엄인 No. 11 컨소시엄내 두 길항미생물인 B. subtilis AH18과 B. licheniformis K11은 기작별 상호보완형으로 모두 auxin생산능, 항진균성siderophore 및 ${\beta}$-glucannase생산능을 가지며, 특히 B. licheniformis K11는 고추역병을 길항하는 항생물질인 iturin을 생산한다. 고추역병방제용 최적컨소시엄 구성균주들간의 상호 비경쟁적 상리공생 여부를 조사하기 위하여 개별균주인 B. subtilis AH18과 B. licheniformis K11을 각각 단독으로 배양한 것과 두 균주를 동시에 접종하여 배양한 것 그리고, 각각 단독으로 배양한 것을 접종시에 혼용하는 것의 3가지 처리를 실시하였다. 그 결과 동시 배양한 것은 각각을 단독을 배양한 것과 비교하였을 때 방제능과 생육촉진능 모두 시너지 효과를 나타내지 않았다. 하지만, 단독배양 후 혼용한 처리구에서는 시너지 효과를 크게 나타내었는데 방제능도 가지면서 뿌리, 줄기, 잎의 생장촉진효과에서 모두 개별 단독배양 후 처리 또는 동시배양 후 처리에서 보다 50% 이상 시너지 효과를 발휘하였다.

생물적 방제균 Bacillus amyloliquefaciens LM11의 유래 생물계면활성물질과 항균활성과의 상관관계 (Correlation between Biosurfactants and Antifungal Activity of a Biocontrol Bacterium, Bacillus amyloliquefaciens LM11)

  • 강범용;김용환;남효송;김영철
    • 식물병연구
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    • 제23권2호
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    • pp.177-185
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    • 2017
  • 장수풍뎅이 유충의 장내세포에서 분리한 Bacillus amyloliquefaciens LM11은 surfactin, iturin, fengycin 같은 biosurfactants lipopeptide를 생산하여 식물병원성 곰팡이의 성장을 강하게 억제하였다. LM11균주 성장단계에 따라 biosurfactant 생산과 surface tension은 상당히 유의한 차이가 있었다. 항균 물질인 surfactin, iturin, fengycin의 생합성 유전자는 정지기에 도달하면서 집중적으로 발현되었고 그 생산량도 높았다. 또한 LM11균주를 제거한 배양 상등액 함량의 농도에 따라 고추 탄저병원균의 포자발아와 높은 부의 상관관계가 있었다(R=0.761, P<0.001). 식물병원성 곰팡이의 균사 생장억제를 위한 최소 surface tension 수준은 38.5 mN/m였다(R=0.951-0.977, P<0.001). 본 연구 결과는 B. amyloliquefaciens LM11의 biosurfactant가 식물병에 대한 생물학적 방제에 중요한 항진균 대사물질로 작용하며, 배양액의 surface tension 측정은 생물학적 방제제의 최적 사용을 위한 기초 지표로 사용될 수 있음을 보여 주었다.

Biocontrol Traits and Antagonistic Potential of Bacillus amyloliquefaciens Strain NJZJSB3 Against Sclerotinia sclerotiorum, a Causal Agent of Canola Stem Rot

  • Wu, Yuncheng;Yuan, Jun;Raza, Waseem;Shen, Qirong;Huang, Qiwei
    • Journal of Microbiology and Biotechnology
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    • 제24권10호
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    • pp.1327-1336
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    • 2014
  • Bacillus amyloliquefaciens strain NJZJSB3 has shown antagonism of several phytopathogens in vitro, especially Sclerotinia sclerotiorum. Both the broth culture and cell suspension of strain NJZJSB3 could completely protect the detached leaves of canola (Brassica napus) from S. sclerotiorum infection. In pot experiments, the application of strain NJZJSB3 cell suspension ($10^8CFU/ml$) decreased the disease incidence by 83.3%, a result similar to commercially available fungicide (Dimetachlone). In order to investigate the potential biocontrol mechanisms of strain NJZJSB3, the nonvolatile antifungal compounds it produces were identified as iturin homologs using HPLC-ESI-MS. Antifungal volatile organic compounds were identified by gas chromatography-mass spectrometry. The detected volatiles toluene, phenol, and benzothiazole showed antifungal effects against S. sclerotiorum in chemical control experiments. Strain NJZJSB3 also produced biofilm, siderophores and cell-wall-degrading enzymes (protease and ${\beta}$-1,3-glucanase). These results suggest that strain NJZJSB3 can be a tremendous potential agent for the biological control of sclerotinia stem rot.