The GacS/GacA system in the root colonizer Pseudomonas chlororaphis O6 is a key regulatory system of many traits relevant to the plant probiotic nature of this bacterium. The work in this paper elucidates proteins using proteomics approach in P. chlororaphis O6 under the control of the cytoplasmic regulatory protein, GacA. A gacA mutant of P. chlororaphis O6 showed loss in production of phenazines, acyl homoserine lactones, hydrogen cyanide, and protease, changes that were associated with reduced in vitro antifungal activity against plant fungal pathogens. Production of iron-chelating siderophore was significantly enhanced in the gacA mutant, also paralleling changes in a gacS mutant. However, proteomic analysis revealed proteins (13 downregulated and 7 upregulated proteins in the mutant compared to parental strain) under GacA control that were not apparent by a proteomic study of a gacS mutant. The putative identity of the downregulated proteins suggested that a gacA mutant would have altered transport potentials. Notable would be a predicted loss of type-VI secretion and PEP-dependent transport. Study of mutants of these GacA-regulated proteins will indicate further the features required for probiotic potential in this rhizobacterium.
Kim, Chul Hong;Kim, Yong Hwan;Anderson, Anne J.;Kim, Young Cheol
The Plant Pathology Journal
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제30권2호
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pp.220-227
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2014
The GacS/GacA system in the root colonizer Pseudomonas chlororaphis O6 is a key regulator of many traits relevant to the biocontrol function of this bacterium. Proteomic analysis revealed 12 proteins were down-regulated in a gacS mutant of P. chlororaphis O6. These GacS-regulated proteins functioned in combating oxidative stress, cell signaling, biosynthesis of secondary metabolism, and secretion. The extent of regulation was shown by real-time RT-PCR to vary between the genes. Mutants of P. chlororaphis O6 were generated in two GacS-regulated genes, trpE, encoding a protein involved in tryptophan synthesis, and prnA, required for conversion of tryptophan to the antimicrobial compound, pyrrolitrin. Failure of the trpE mutant to induce systemic resistance in tobacco against a foliar pathogen causing soft rot, Pectobacterium carotovorum SCCI, correlated with reduced colonization of root surfaces implying an inadequate supply of tryptophan to support growth. Although colonization was not affected by mutation in the prnA gene, induction of systemic resistance was reduced, suggesting that pyrrolnitrin was an activator of plant resistance as well as an antifungal agent. Study of mutants in the other GacS-regulated proteins will indicate further the features required for biocontrol-activity in this rhizobacterium.
Root colonization by Pseudomonas chlororaphis O6 induces systemic drought tolerance in Arabidopsis thaliana. Microarray analysis was performed using the 22,800-gene Affymetrix GeneChips to identify differentially-expressed genes from plants colonized with or without P. chlororaphis O6 under drought stressed conditions or normal growth conditions. Root colonization in plants grown under regular irrigation condition increased transcript accumulation from genes associated with defense, response to reactive oxygen species, and auxin- and jasmonic acid-responsive genes, but decreased transcription factors associated with ethylene and abscisic acid signaling. The cluster of genes involved in plant disease resistance were up-regulated, but the set of drought signaling response genes were down-regulated in the P. chlororaphis O6-colonized under drought stress plants compared to those of the drought stressed plants without bacterial treatment. Transcripts of the jasmonic acid-marker genes, VSP1 and pdf-1.2, the salicylic acid regulated gene, PR-1, and the ethylene-response gene, HEL, also were up-regulated in plants colonized by P. chlororaphis O6, but differed in their responsiveness to drought stress. These data show how gene expression in plants lacking adequate water can be remarkably influenced by microbial colonization leading to plant protection, and the activation of the plant defense signal pathway induced by root colonization of P. chlororaphis O6 might be a key element for induced systemic tolerance by microbes.
Tagele, Setu Bazie;Lee, Hyun Gu;Kim, Sang Woo;Lee, Youn Su
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제29권1호
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pp.66-78
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2019
In this study, strain KNU17Pc1 was tested for its antifungal activity against Rhizoctonia solani AG-1(IA), which causes banded leaf and sheath blight (BLSB) of maize. KNU17Pc1 was tested further for its broad-spectrum antifungal activity and in vitro plant growth promoting (PGP) traits. In addition, the in vivo effects of KNU17Pc1 on reduction of BLSB severity and seedling growth promotion of two maize cultivars under greenhouse conditions were investigated. On the basis of multilocus sequence analysis (MLSA), KNU17Pc1 was confirmed as P. chlororaphis subsp. aurantiaca. The study revealed that KNU17Pc1 had strong in vitro antifungal activity and was effective toward all in vitro PGP traits except phosphate solubilization. In this study, for the first time, a strain of P. chlororaphis against Colletotrichum dematium, Colletotrichum gloeosporioides, Fusarium oxysporum f.sp. melonis, Fusarium subglutinans and Stemphylium lycopersici has been reported. Further biochemical studies showed that KNU17Pc1 was able to produce both types of phenazine derivatives, PCA and 2-OH-PCA. In addition, solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry (SPME-GC-MS) analysis identified 13 volatile organic compounds (VOCs) in the TSB culture of KNU17Pc1, 1-undecene being the most abundant volatile. Moreover, for the first time, Octamethylcyclotetrasiloxan (D4), dimethyl disulfide, 2-methyl-1,3-butadiene and 1-undecene were detected in P. chlororaphis. Furthermore, this study reported for the first time the effectiveness of P. chlororaphis to control BLSB of maize. Hence, further studies are necessary to test the effectiveness of KNU17Pc1 under different environmental conditions so that it can be exploited further for biocontrol and plant growth promotion.
Kang, Beom-Ryong;Han, Song-Hee;Zdor, Rob E.;Anderson, Anne J.;Spencer, Matt;Yang, Kwang-Yeol;Kim, Yong-Hwan;Lee, Myung-Chul;Cho, Baik-Ho;Kim, Young-Cheol
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제17권4호
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pp.586-593
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2007
Seed coating by a phenazine-producing bacterium, Pseudomonas chlororaphis O6, induced dose-dependent inhibition of germination in wheat and barley seeds, but did not inhibit germination of rice or cucumber seeds. In wheat seedlings grown from inoculated seeds, phenazine production levels near the seed were higher than in the roots. Deletion of the gacS gene reduced transcription from the genes required for phenazine synthesis, the regulatory phzI gene and the biosynthetic phzA gene. The inhibition of seed germination and the induction of systemic disease resistance against a bacterial soft-rot pathogen, Erwinia carotovora subsp. carotovora, were impaired in the gacS and phzA mutants of P chlororaphis O6. Culture filtrates of the gacS and phzA mutants of P. chlororaphis O6 did not inhibit seed germination of wheat, whereas that of the wild-type was inhibitory. Our results showed that the production of phenazines by P. chlororaphis O6 was correlated with reduced germination of barley and wheat seeds, and the level of systemic resistance in tobacco against E. carotovora.
식물유를 탄소원으로 사용하여 medium-chain-length polyhydroxyalkanoates (MCL-PHAs)를 생산할 수 있는 Pseudomonas chlororaphis HS21을 대상으로 대사경로의 변화를 통하여 식물유의 MCL-PHA로의 전환율을 증진시키고 MCL-PHAs의 단위체 조성의 변화를 유도하기 위한 방안을 모색하였다. P. chlororaphis HS21의 MCL-PHAs 생합성은 세포생장과 동시에 일어나는 특징을 보였으며, 팜유를 유일 탄소원으로 사용한 회분배양의 결과 2.4 g/L의 건체량과 건체량의 $40.2\;wt{\%}$에 해당하는 MCL-PHAs를 얻을 수 있었다. 또한 생합성된 MCL-PHAs의 단위체는 3-hydroxyhexanoate($7.0\;mol{\%}$, 3-hydroxyoctanoate ($45.3\;mol{\%}$. 3-hydroxydecanoate ($39.0\;mol{\%}$), 3-hydroxydodecanoate ($6.8\;mol{\%}$) 및 3-hydroxytetradecanoate ($1.9\;mol{\%}$)로 구성되어 있었다. 식물유와는 달리 포도당과 같은 탄수화물은 P. chlororaphis HS21의 생장에는 이용되지만 MCL-PHAs의 생합성에는 거의 이용되지 못하는 탄소원임을 확인하고, 식물유와 함께 포도당을 보조기질로 공급한 결과 식물유의 MCL-PHAs로의 전환율이 크게 증가함으로써, PHA 생산에 직접적으로 이용되지 못하는 보조기질의 사용을 통하여 특정 기능기를 함유하는 기질로부터 해당 기능기를 갖는 MCL-PHAs를 효율적으로 생산할 수 있음을 알 수 있었다. 또한 지방산의 ${\beta}-oxidation$ 회로를 방해하는 아크릴산을 첨가할 경우 아크릴산의 독성에 의하여 세포생장은 저해를 받지만 세포 내 MCL-PHAs의 축적율은 감소하지 않았으며, MCL-PHAs를 구성하는 단위체 중 3-hydroxydo-decanoate 및 3-hydroxytetradecanoate와 같이 탄소수가 보다 큰 단위체의 함량이 크게 증가하였다. 이러한 특징에 의해 해바라기유와 옥수수유로부터는 3-hydroxydodecenoate, 3-hydroxytetradecenoate와 같은 불포화 단위체의 함량이 크게 증가된 기능성 MCL-PHAs를 생산할 수 있었다. 이러한 결과는 아크릴산의 첨가와 같은 PHA 대사경로의 인위적 변화가 새로운 단위체 조성을 갖거나 기능기를 가짐으로써 독특한 물성을 지니는 신규의 MCL-PHAs 개발에 유용할 수 있음을 보여준다.
광산폐수, 산업폐수등으로 부터 Cd, Pb, Zn 및 Cu등의 중금속에 강한 내성을 지니고 있을 뿐만 아니라 균체내 중금속 축적능력이 우수한 중금속 내성 미생물 균주 Pseudomonas putida(Cd), Pseudomonas aeruginosa(Pb), Pseudomonas chlororaphis(Zn) 및 Pseudomonas stutzeri(Cu)를 각각 분리하여, 여러가지 물리화학적인 방법으로 세포를 전처리하여 세포구성성분을 인위적으로 조절한 후 세포내 중금속이온의 흡수 거동 및 조단백질 함량과 중금속 축적관계를 조사한 결과는 다음과 같다. 세포를 알카리로 전처리하였을 경우 세포내 중금속 축적은 매우 감소되었으며, 메탄올과 클로포름으로 전처리하였을 경우에는 중금속 축적에 큰 영향을 미치지 않았으나, 메탄올과 클로로포름으로 전처리한 후 다시 알카리로 재차 처리하였을 경우에는 중금속 축적이 매우 감소되었다. 전처리된 세포내 중금속 축적은 용출되지 않고 남아있는 조단백질 함량이 감소됨에 따라 더 얼마나 크게 감소되었으므로 세포 구성물질중 단백질이 중금속 축적에 중요한 역할을 하는 물질인 것으로 판단되었다.
생물적 방제균인 Pseudomonas chlororaphis O6는 phenazine, protease와 HCN 등과 같은 여러 가지 2차 대사 산물들을 분비하여 식물병원균의 생육을 억제하였다. 또한 O6 균을 밀종자에 접종하였을 때, F. culmorum에 의한 뿌리 썩음병을 방제하는 효과가 있었다. 오이 뿌리 분비액내의 주 유기산은 fumaric acid, malic acid, benzoic acid, succinic acid 였고, 당으로는 glucose와 fructose가 검출되었으며, 유기산의 농도는 당의 농도보다 10배 정도 높았다. O6 균은 오이 뿌리 분비액을 영양원으로 하는 배지에서 생육하였다. 유기산을 흡수하는데 관여할 것으로 추정되는 O6 균의 dctA 유전자는 1,335 bp의 open reading frame을 가지고 있었으며, 444개의 아미노산으로 구성된 약 47 kD 의 pI가 8.2인 단백질을 암호화하였다. DctA 단백질은 10개의 putative trans-membrane domains를 가지고 있어, 세포막에 내재된 단백질로 추정되었다. 오이의 뿌리 분비액 중 유기산이 O6 균의 뿌리 정착에 중요한 물질로 작용한다면 본 연구에 의해 클로닝된 dctA 유전자는 식물 정착이나 생물적 방제균의 유용 형질의 발현을 연구하는데 중요한 유전자로 이용될 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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