The purpose of this study was to analyze the hazard of fungi in Garaetteok (Korean rice cake) by isolating and identifying of fungi contaminated with Garaetteok and investigating the possibility of mycotoxin production. Garaetteok used in this study were the ones that were returned back to the manufacturers in Jeollanam-do due to the presence of foreign matters presumed to be fungi. The fungi foreign matter was collected and inoculated on Potato dextrose agar, Malt extract agar, and Czapek yeast extract agar, and then cultured at 25℃ for 7 days. The micro-structure was observed under an optical microscope for the colonies in which pure isolation was confirmed. The gene sequencing of the product of amplified PCR was analyzed using the ITS primer. Colony-1 and 2 maintained the same properties in each tray, confirming that they were purely isolated. Budding cells were observed from the Colony-1, thus, it was determined to be yeast. Colony-2 was determined to be a fungus that belongs to Fusarium spp. as fusiform conidia were observed. As a result of gene sequencing, a total of 76 cases of fungi of Fusarium spp. were found, among which Fusarium solani was the most observed cases (53 cases). From the morphological and genetic identification, Colony-2 was identified as Fusarium spp., specifically, Fusarium solani. The fungi found in Fusarium spp. produce mycotoxins such as nivalenol, zearalenone, and fumonisin, which may cause vomiting, diarrhea, and cancer. Conclusively, the results confirm the possibility of mycotoxin production by Fusarium spp. isolated from Garaetteok. Consequently, when an unknown fungus was found, it is necessary to isolate and identify the fungus, determine whether it is a mycotoxin producing species, and strengthen relative administrative measures, accordingly.
Fifty-three isolates of Fusarium graminearum were obtained from corn and barley samples in several provinces of Korea. Gas chromatography-mass spectrometric analysis of trichothecenes produced by these isolates revealed that 37 and 16 isolates were nivalenol (NIV)- and deoxynivalenol (DON)-chemotypes, respectively. Two hundred and seventy-five nitrate-nonutilizing (nit) mutants were obtained from the isolates. Of these mutants, 187 were identified as nit1, nit3, or NitM, but 88 could not be identified as one of these classes. The highest frequency of nit mutant was nit1 (65%), followed by nit3 (20%) and NitM (15%). Higher frequency of NitM was observed in DON-chemotypes than in NIV-chemotypes. The mutants were used for vegetative compatibility group (VCG) analysis by examining heterokaryosis using complementary mutant pairs. No heterokaryon formation was observed among all 1,248 pairwise combinations, suggesting that all isolates tested belong to different VCGs. Higher frequency of self-incompatibility was observed in NIV-chemotypes than in DON-chemotypes. These results suggest that the like-lihood of asexual genetic recombination may be very low I F. graminearum under the field condition.
In order to develop an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) for deoxynivalenol (DON) in com, we produced a specific monocl- onal antibody and established ELISA conditions. After the spleen cells from mice immunized with DON-bovine serum albumin conjugate were fused with S$_{p}$2/0 myeloma cells, a hybridoma cell 3G7 producing anti-DON antibody was screened by ELISA. From the standard curve of competitive direct ELISA (cdELISA) using 3G7 monoclonal antibody and DON-HRP conjugate, the detection range of DON showed 3-3,000 ng/ml (ppb). The monoclonal antibody showed some cross-reactivities against DON analogues such as 15 acetyl-DON (110%), nivalenol (5.0%), 3 acetyl-DON (1.7%), fusarenon-x (0.72%), and T-2 (0.59%). When the cdELISA was applied to the spiked coms after extracting with 60% methanol and diluting 5- fold with washing buffer, the assay recoveries of DON were 313, 163, 106, and 88.9% (av., 168%) in the levels of 200, 600, 2,000, and 6,000ng/g, respectively. For the quantitation of DON in coms, 30 samples kept under two different storage conditions of cold and room temperature were assayed by cdELISA. The mean detection concentrations were 595 (detection range, 0-2,750) and 2,448 (detection range, 0-4,500) ppb, respectively.
We performed diagnostic PCR assays and a phylogenetic analysis using partial sequences of TEF1 (translation elongation factor-1) to determine the trichothecene chemotypes and genetic diversity of F. graminearum isolates from maize and rice samples collected in 2009 in Korea. PCR using a species-specific primer set revealed a total of 324 isolates belonging to the putative F. graminearum species complex. PCR with trichothecene chemotypespecific primers revealed that the nivalenol (NIV) chemotype was predominant among the fungal isolates from rice (95%) in all provinces examined. In contrast, the predominant chemotype among the corn isolates varied according to region. The deoxynivalenol (DON) chemotype was found more frequently (66%) than the NIV chemotype in Gangwon Province, whereas the NIV chemotype (70%) was predominant in Chungbuk Province. Phylogenetic analysis showed that all DON isolates examined were clustered into lineage 7, while the NIV isolates resided within lineage 6 (F. asiaticum). Compared with previous studies, the lineage 6 isolates in rice have been predominantly maintained in southern provinces, while the dominance of lineage 7 in maize has been evident in Gangwon at a slightly reduced level.
Inspection of deteriorated rices in Korea for fungal occurrence revealed that Aspergillus was the most frequently observed genus and some isolates of the Aspergillus spp. turned out to produce aflatoxin. Diverse fungal genera including Fusarium, Aspergillus, Penicillium, or Alternaria spp. were observed in most of the rice samples. Aflatoxin occurred infrequently and the levels of aflatoxin present in the rice samples were lower than regulatory limit but Fusarium toxins such as deoxynivalenol, nivalenol, zearalenone, and fumonisin occurred frequently. In rice processing complexes, fungal and mycotoxin contamination of rice decreased by milling process, resulting in the lowest level of mycotoxin and fungi in polished rice. Currently, it appears that Korean rice and milled by-products need a safety control for Fusarium toxins rather than aflatoxin.
To investigate Fusarium mycotoxin contamination in rice samples from rice processing complexes (RPCs), paddy rice and rice-milling products such as husks, brown rice, blue-tinged rice, broken rice, rice bran, discolored rice, and polished rice were collected from nationwide in 2012. Three hundred seventy one samples of rice and its by-products were analyzed for three trichothethenes including nivalenol (NIV), deoxynivalenol (DON), and zearalenone (ZEA) by LC/MS. Discolored rice samples were found to have the highest contamination of DON, NIV or ZEA, followed by broken rice. Polished rice samples were largely free from mycotoxins, except three samples which were contaminated with NIV or DON at safety level. The rice byproduct samples were contaminated at higher level and frequencies than polished rice samples.
Mycotoxins are toxic secondary metabolites produced by fungi. They can be present in where agricultural-based commodities are contaminated with toxigenic fungi. These mycotoxins cause various toxicoses in human and livestock when consumed. Small grains including corn, barley, rice or wheat are frequently contaminated with mycotoxins due to infection mainly by toxigenic Fusarium species and/or under environment favorable to fungal growth. One of the most well-known Fusarium toxin groups in cereals is trichothecenes consisting of many toxic compounds. Deoxynivalenol (DON), nivalenol (NIV), T-2 toxin, and various derivatives belong to this group. Zearalenone and fumonisin (FB) are also frequently produced by many species of the same genus. In order to monitor Korean cereals for contamination with Fusarium and other mycotoxigenic fungal species as well, barley, corn, maize, rice grains, and soybean were collected from fields at harvest or during storage for several years. The fungal colonies outgrown from the grain samples were identified based on morphological and molecular characteristics. Trichothecene chemotypes of Fusarium species or presence of FB biosynthetic gene were determined using respective diagnostic PCR to predict possible toxin production. Heavy grain contamination with fungi was detected in barley, rice and wheat. Predominant fungal genus of barley and wheat was Alternaria (up to 90%) while that of rice was Fusarium (~40%). Epicoccum also appeared frequently in barley, rice and wheat. While frequency of Fusarium species in barley and wheat was less than 20%, the genus mainly consisted of Fusarium graminearum species complex (FGSC) which known to be head blight pathogen and mycotoxin producer. Fusarium composition of rice was more diverse as FGSC, Fusarium incarnatum-equiseti species complex (FIESC), and Fusarium fujikuroi species complex (FFSC) appeared all at considerable frequencies. Prevalent fungal species of corn was FFSC (~50%), followed by FGSC (<30%). Most of FFSC isolates of corn tested appeared to be FB producer. In corn, Fusarium graminearum and DON chemotype dominate within FGSC, which was different from other cereals. Soybeans were contaminated with fungi less than other crops and Cercospora, Cladosporium, Alternaria, Fusarium etc. were detected at low frequencies (up to 14%). Other toxigenic species such as Aspergillus and Penicillium were irregularly detected at very low frequencies. Multi-year survey of small grains revealed dominant fungal species of Korea (barley, rice and wheat) is Fusarium asiaticum having NIV chemotype.
Fusarium graminearum species complex (FGSC) causes Fusarium head blight in small grain cereals. To date, four species (F. graminearum, F. asiaticum, F. boothii, and F. meridionale ) belonging to FGSC frequently occur in Korean cereals. In addition, we first reported the occurrence of additional species (F. vorosii ) within FGSC, which was isolated from barley, corn, and rice in Korea. Phylogenetic analysis of the Fusarium isolates of this group using combined multigene sequences confirmed species identification. Moreover, the macroconidia produced by these isolates were morphologically similar to those of the F. vorosii holotype. Chemical analysis indicated that the F. vorosii isolates produced various trichothecenes such as nivalenol and deoxynivalenol with their acetyl derivatives along with zearalenone. Pathogenicity tests demonstrated that all of the F. vorosii isolates examined were pathogenic on barley, corn, and rice with variation in aggressiveness. This study is the first report of F. vorosii in Korean cereals, their pathogenicity towards barley and corn, and their ability to produce trichothecenes and zearalenone.
Seul Gi, Baek;Jin Ju, Park;Sosoo, Kim;Mi-Jeong, Lee;Ji-Seon, Paek;Jangnam, Choi;Ja Yeong, Jang;Jeomsoon, Kim;Theresa, Lee
The Plant Pathology Journal
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v.38
no.6
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pp.637-645
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2022
Fusarium head blight (FHB) is one of the most serious diseases in barley and wheat, as it is usually accompanied by the production of harmful mycotoxins in the grains. To identify FHB-resistant breeding resources, we evaluated 60 elite germplasm accessions of barley (24) and wheat (36) for FHB and mycotoxin accumulation. Assessments were performed in a greenhouse and five heads per accession were inoculated with both Fusarium asiaticum (Fa73, nivalenol producer) and F. graminearum (Fg39, deoxynivalenol producer) strains. While the accessions varied in disease severity and mycotoxin production, four wheat and one barley showed <20% FHB severity repeatedly by both strains. Mycotoxin levels in these accessions ranged up to 3.9 mg/kg. FHB severity was generally higher in barley than in wheat, and Fa73 was more aggressive in both crops than Fg39. Fg39 itself, however, was more aggressive toward wheat and produced more mycotoxin in wheat than in barley. FHB severity by Fa73 and Fg39 were moderately correlated in both crops (r = 0.57/0.60 in barley and 0.42/0.58 in wheat). FHB severity and toxin production were also correlated in both crops, with a stronger correlation for Fa73 (r = 0.42/0.82 in barley, 0.70 in wheat) than for Fg39.
Fusarium species are worldwide causal agents of Fusarium head blight (FHB) in cereals such as barley and wheat. Their toxigenic potential is a health risk for both humans and animals. To survey the natural occurrence of FHB and mycotoxins produced by Fusarium, total 126 barley or wheat grains grown in 2009-2010 season in Korea were collected. The incidence of FHB was 30.7% in silage barley, 26.9% in wheat, 20.7% in naked barley, 19.4% in malting barley, 16.4% in unhulled barley. Overall FHB incidence of barley and wheat in 2010 was 23.0% and 10% higher than that of 2009. The incidences and level of deoxynivalenol (DON), nivalenol (NIV), and zearalenone (ZEA) were 34%, 0.89 mg/kg, 84.9%, 1.86 mg/kg, and 10.3%, 0.06 mg/kg respectively. The both levels and incidences of NIV were found to be highest in barley, whereas the level of DON was found to be highest in wheat. Incidences of DON and NIV and the level of NIV in the samples from southern regions of Korea were higher than those from central region, whereas the level of DON from central region was higher than that from southern regions. This is the first paper demonstrating regional difference in natural occurrence of DON and NIV in wheat and barley.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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