A strain of bacterium producing antifungal antibiotic was isolated and identification of the strain was attempted. We could identify the bacterium as being a Bacillus sp., based on morphological observation, physiological characteristics, and 16S rDNA sequence analysis, thus leading us to designate the strain as Bacillus sp. AH-E-1. The strain showed potent antibiotic activity against phytopathogenic and human pathogenic fungi by inducing mycelial distortion and swelling and inhibiting spore germination. The antibiotic metabolite produced by the strain demonstrated excellent thermal and pH (2-11) stability, but was labile to autoclaving. From these results, we could find a broader antifungal activity of Bacillus genus. Isolation and characterization of the active agent produced by the strain are under progress.
A new strain, SD12, was isolated from tannery waste polluted soil and identified as Pseudomonas aeruginosa on the basis of phenotypic traits and by comparison of 16S rRNA sequences. This bacterium exhibited broad-spectrum antagonistic activity against phytopathogenic fungi. The strain produced phosphatases, cellulases, proteases, pectinases, and HCN and also retained its ability to produce hydroxamate-type siderophore. A bioactive metabolite was isolated from P. aeruginosa SD12 and was characterized as 1-hydroxyphenazine ((1-OH-PHZ) by nuclear magnetic resonance (NMR) spectral analysis. The strain was used as a biocontrol agent against root rot and wilt disease of pyrethrum caused by Rhizoctonia solani. The stain is also reported to increase the growth and biomass of Plantago ovata. The purified compound, 1-hydroxyphenazine, also showed broad-spectrum antagonistic activity towards a range of phytopathogenic fungi, which is the first report of its kind.
Kim, Hye-Jin;Kim, Min-Kyung;Kim, Young-Woo;Kim, Eung-Soo
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제24권9호
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pp.1226-1231
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2014
The rare actinomycete Pseudonocardia autotrophica was previously shown to produce a solubility-improved toxicity-reduced novel polyene compound named $\underline{N}ystatin$-like $\underline{P}seudonocardia$$\underline{P}olyene$ (NPP). The low productivity of NPP in P. autotrophica implies that its biosynthetic pathway is tightly regulated. In this study, $wblA_{pau}$ was isolated and identified as a novel negative regulatory gene for NPP production in P. autotrophica, which showed approximately 49% amino acid identity with a global antibiotic down-regulatory gene, wblA, identified from various Streptomycetes species. Although no significant difference in NPP production was observed between P. autotrophica harboring empty vector and the S. coelicolor wblA under its native promoter, approximately 12% less NPP was produced in P. autotrophica expressing the wblA gene under the strong constitutive $ermE^*$ promoter. Furthermore, disruption of the $wblA_{pau}$ gene from P. autotrophica resulted in an approximately 80% increase in NPP productivity. These results strongly suggest that identification and inactivation of the global antibiotic down-regulatory gene wblA ortholog are a critical strategy for improving secondary metabolite overproduction in not only Streptomyces but also non-Streptomyces rare actinomycete species.
Taiwan, formerly known as Formosa, located on tropical and subtropical climate zones with abundant biological resources. According to the latest version of the Flora of Taiwan, there are 4339 species of vascular plants including 1054 endemic species. First, Taiwania (Taiwania cryptomerioides), named after its native island of Taiwan, have been isolated more than 500 secondary metabolites, including lignans, terpenoids, steroids, and flavonoids. Several of the metabolites are reported to have antibacterial, antifungal, antimite, antitermite and antitumor activities. In order to investigate plant secondary metabolic diversity toward industrial applications, we established deep transcriptome resources for non-model plants and fungi to produce terpenoid metabolites of economic importance. Second, many plants of Lauraceae have been utilized in folk medicine for their exciting bioactivities. The twigs and leaves from 27 tree species of Lauraceae grown in Taiwan were performed to evaluate potential bioactivity. The leaves of Cinnamomum osmophloeum are traditionally used in folk medicines, and many biological activities have been identified, such as antibacterial, antifungal, antitermite, antidiabetic, antihyperuricemia, antiinflammatory, and antioxidant activities. However, C. osmophloeum has nine chemotypes with various secondary metabolite profiles. In order to efficiently produce active compounds, we established the genetic markers to identify the chemotype plants. Finally, Cinnamomum kanehirae is the host of the medicinal mushroom Antrodia cinnamomea. Several in vivo and in vitro studies indicated that A. cinnamomea possesses a diverse range of biological activities. Because of the potential pharmacological application, we established the transformation system to enhance the triterpenoid contents production.
Kim, Jisu;Kwon, Young Sang;Bae, Dong-Won;Kwak, Youn-Sig
The Plant Pathology Journal
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제36권2호
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pp.185-191
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2020
Streptomyces griseus S4-7, a well-characterized keystone taxon among strawberry microbial communities, shows exceptional disease-preventing ability. The whole-genome sequence, functional genes, and bioactive secondary metabolites of the strain have been described in previous studies. However, proteomics studies of not only the S4-7 strain, but also the Streptomyces genus as a whole, remain limited to date. Therefore, in the present study, we created a proteomics reference map for S. griseus S4-7. Additionally, analysis of differentially expressed proteins was performed against a wblE2 mutant, which was deficient in spore chain development and did not express an antifungal activity-regulatory transcription factor. We believe that our data provide a foundation for further in-depth studies of functional keystone taxa of the phytobiome and elucidation of the mechanisms underlying plant-microbe interactions, especially those involving the Streptomyces genus.
Jeong-Hoon Kim;Chan Mi Park;Hae Chan Jeong;Gyeong Han Jeong;Gun Su Cha;Sungbeom Lee;Chul-Ho Yun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제34권3호
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pp.725-734
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2024
CYP102A1 from Bacillus megaterium is an important enzyme in biotechnology, because engineered CYP102A1 enzymes can react with diverse substrates and produce human cytochrome P450-like metabolites. Therefore, CYP102A1 can be applied to drug metabolite production. Terpinen-4-ol is a cyclic monoterpene and the primary component of essential tea tree oil. Terpinen-4-ol was known for therapeutic effects, including antibacterial, antifungal, antiviral, and anti-inflammatory. Because terpenes are natural compounds, examining novel terpenes and investigating the therapeutic effects of terpenes represent responses to social demands for eco-friendly compounds. In this study, we investigated the catalytic activity of engineered CYP102A1 on terpinen-4-ol. Among CYP102A1 mutants tested here, the R47L/F81I/F87V/E143G/L188Q/N213S/E267V mutant showed the highest activity to terpinen-4-ol. Two major metabolites of terpinen-4-ol were generated by engineered CYP102A1. Characterization of major metabolites was confirmed by liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS), gas chromatography-MS, and nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR). Based on the LC-MS results, the difference in mass-to-charge ratio of an ion (m/z) between terpinen-4-ol and its major metabolites was 16. One major metabolite was defined as 1,4-dihydroxyp-menth-2-ene by NMR. Given these results, we speculate that another major metabolite is also a mono-hydroxylated product. Taken together, we suggest that CYP102A1 can be applied to make novel terpene derivatives.
Bacillus amyloliquefaciens is an important plant disease-preventing and growth-promoting microorganism. B. amyloliquefaciens WS-8 can stimulate plant growth and has strong antifungal properties. In this study, we sequenced the complete genome of B. amyloliquefaciens WS-8 by Pacific Biosciences RSII (PacBio) Single Molecule Real-Time (SMRT) sequencing. The genome consists of one chromosome (3,929,787 bp) and no additional plasmids. The main bacteriostatic substances were determined by genome, transcriptome, and mass spectrometry data. We thereby laid a theoretical foundation for the utilization of the strain. By genomic analysis, we identified 19 putative biosynthetic gene clusters for secondary metabolites, most of which are potentially involved in the biosynthesis of numerous bioactive metabolites, including difficidin, fengycin, and surfactin. Furthermore, a potential class II lanthipeptide biosynthetic gene cluster and genes that are involved in auxin biosynthesis were found. Through the analysis of transcriptome data, we found that the key bacteriostatic genes, as predicted in the genome, exhibited different levels of mRNA expression. Through metabolite isolation, purification, and exposure experiments, we found that a variety of metabolites of WS-8 exert an inhibitory effect on the necrotrophic fungus Botrytis cinerea, which causes gray mold; by mass spectrometry, we found that the main substances are mainly iturins and fengycins. Therefore, this strain has the potential to be utilized as an antifungal agent in agriculture.
Lim, Seong Mi;Yoon, Mi-Young;Choi, Gyung Ja;Choi, Yong Ho;Jang, Kyoung Soo;Shin, Teak Soo;Park, Hae Woong;Yu, Nan Hee;Kim, Young Ho;Kim, Jin-Cheol
The Plant Pathology Journal
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제33권5호
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pp.488-498
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2017
The aim of this study was to identify volatile and agardiffusible antifungal metabolites produced by Bacillus sp. G341 with strong antifungal activity against various phytopathogenic fungi. Strain G341 isolated from four-year-old roots of Korean ginseng with rot symptoms was identified as Bacillus velezensis based on 16S rDNA and gyrA sequences. Strain G341 inhibited mycelial growth of all phytopathogenic fungi tested. In vivo experiment results revealed that n-butanol extract of fermentation broth effectively controlled the development of rice sheath blight, tomato gray mold, tomato late blight, wheat leaf rust, barley powdery mildew, and red pepper anthracnose. Two antifungal compounds were isolated from strain G341 and identified as bacillomycin L and fengycin A by MS/MS analysis. Moreover, volatile compounds emitted from strain G341 were found to be able to inhibit mycelial growth of various phytopathogenic fungi. Based on volatile compound profiles of strain G341 obtained through headspace collection and analysis on GC-MS, dimethylsulfoxide, 1-butanol, and 3-hydroxy-2-butanone (acetoin) were identified. Taken together, these results suggest that B. valezensis G341 can be used as a biocontrol agent for various plant diseases caused by phytopathogenic fungi.
The fungal strain SW-3 having antimicrobial activity was isolated from soil of crucified plants in Pocheon, Kyungki-Do, Korea. Strain SW-3 was identified as Alternaria brassicicola by its morphological characteristics, and confirmed by the analysis of the 18S gene and ITS regions of rDNA. The fungus showed a similarity of 99% with Alternaria brassicicola in the 18S rDNA sequence analysis. A. brassicicola has been reported to produce an antitumor compound, called depudecin. We found that strain SW-3 produced antimicrobial metabolites, in addition to depudecin, during sporulation under different growth conditions. The metabolite of the isolated fungus was found to have strong antifungal activity against Microsporium canis and Trichophyton rubrum, and antibacterial activity against Staphylococcus aureus and Pseudomonas aerogenes. The amount and kind of metabolites produced by the isolate were affected by growth conditions such as nutrients and growth periods.
인삼은 한국을 포함한 여러 국가에서 경제적으로 중요한 약용작물이다. 인삼에서 흔히 발생하는 뿌리썩음 병균을 친환경적으로 방제하기 위해서 병원균에 대해서 항균성이 있는 미생물을 탐색하였다. 토양에서 분리한 방선균 BK185균주는 인삼에 뿌리썩음병을 일으키는 병원균들(Cylindrocarpon, Fusarium, Rhizoctonia, Sclerotinia)에 대해서 높은 항균 활성을 보였다. 선발 균주 BK185의 동정을 위해서 16S rRNA 유전자 염기서열을 분석한 결과 Streptomyces 속에 해당하는 것으로 분석되었다. 특히, S. sporoclivatus 및 S. geldanamycininus와 99.6% 이상으로 매우 높은 유사도를 보였다. 선발 균주가 생산하는 2차 대사물질을 예측하기 위해서, 생산에 관여하는 생합성 유전자인PKS (Type-I polyketide synthase)와 NRPS (Non-ribosomal polypeptide synthetase) 유전자를 PCR반응을 통해 검출하였다. 검출된 유전자는 클로닝을 통해 염기서열을 결정하였다. 또한 최적 배양조건하에서 생산된 대사물질을 LC/MS로 분석하였고, geldanamycin 계열의 항생물질이 생산됨을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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