Chung, Eu Jin;Hossain, Mohammad Tofajjal;Khan, Ajmal;Kim, Kyung Hyun;Jeon, Che Ok;Chung, Young Ryun
The Plant Pathology Journal
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제31권2호
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pp.152-164
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2015
Biological control of major rice diseases has been attempted in several rice-growing countries in Asia during the last few decades and its application using antagonistic bacteria has proved to be somewhat successful for controlling various fungal diseases in field trials. Two novel endophytic Bacillus species, designated strains YC7007 and $YC7010^T$, with antimicrobial, plant growth-promoting, and systemic resistance-inducing activities were isolated from the roots of rice in paddy fields at Jinju, Korea, and their multifunctional activities were analyzed. Strain YC7007 inhibited mycelial growth of major rice fungal pathogens strongly in vitro. Bacterial blight and panicle blight caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (KACC 10208) and Burkholderia glumae (KACC 44022), respectively, were also suppressed effectively by drenching a bacterial suspension ($10^7cfu/ml$) of strain YC7007 on the rhizosphere of rice. Additionally, strain YC7007 promoted the growth of rice seedlings with higher germination rates and more tillers than the untreated control. The taxonomic position of the strains was also investigated. Phylogenetic analyses based on 16S rRNA gene sequences indicated that both strains belong to the genus Bacillus, with high similarity to the closely related strains, Bacillus siamensis KACC $15859^T$ (99.67%), Bacillus methylotrophicus KACC $13105^T$ (99.65%), Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum KACC $17177^T$ (99.60%), and Bacillus tequilensis KACC $15944^T$ (99.45%). The DNA-DNA relatedness value between strain $YC7010^T$ and the most closely related strain, B. siamensis KACC $15859^T$ was $50.4{\pm}3.5%$, but it was $91.5{\pm}11.0%$ between two strains YC7007 and $YC7010^T$, indicating the same species. The major fatty acids of two strains were anteiso-$C_{15:0}$ and iso $C_{15:0}$. Both strains contained MK-7 as a major respiratory quinone system. The G+C contents of the genomic DNA of two strains were 50.5 mol% and 51.2 mol%, respectively. Based on these polyphasic studies, the two strains YC7007 and $YC7010^T$ represent novel species of the genus Bacillus, for which the name Bacillus oryzicola sp. nov. is proposed. The type strain is $YC7010^T$ (= KACC $18228^T$). Taken together, our findings suggest that novel endophytic Bacillus strains can be used for the biological control of rice diseases.
2001년 기상의 특징은 3월부터 5월까지 계속된 극심한 가뭄과 생육기간 내내 계속된 고온현상 그리고 별다른 태풍의 내습 없이 9, 10월 수확기 맑은날의 지속으로 요약할 수 있다. 벼는 순조로운 기상 때문에 잎, 이삭도열병, 세균성벼알마름병, 흰잎마름병, 잎집무늬마름병의 발생이 예년에 비해 경미하였으나, 감비추진 정책에 의해 생육후기 깨씨무늬병이 발생하여 전국적으로 문제시되었으며 그동안 발생이 적었던 줄무늬잎마름병이 경기, 충청, 호남 서해안지역을 중심으로 많이 발생하였다. 고추는 생육기 비가 많이 왔던 전남북 지역에서 역병 발생이 심하였으며 토마토와 오이는 대부분 예년에 비해 병발생이 적었다. 수박의 경우는 꽃자리 부분이 썩는 푸른곰팡이병이 전국적으로 발생하였으며 CGMMV는 전년에 비해 상당폭 발생면적이 감소하였고 노지재배의 경우 탄저병 발생이 예년에 비해 심하였다. 참외와 딸기도 전년에 비하여 병발생이 경미하였으며 예년에 발생이 많았던 참외의 급성위조증상도 발생이 대폭 감소하였다. 마늘·양파의 흑색썩음균핵병은 봄철의 가뭄과 고온현상으로 병발생의 전년의 절반수준으로 감소하였다. 감자의 풋마름병은 발병포장이 증가하는 경향이었으며 고구마의 덩굴쪼김병도 발생이 감소하였다. 사과의 경우 전반적으로 병 발생이 예년에 비해 경미하였으며 배는 흰가루병이 많이 발생하였다. 맥류의 붉은곰팡이병은 예년처럼 거기 발생이 없었다.
벼 흰잎마름병은 세계적으로 벼 재배치에서 가장 문제시되는 병해충의 하나이다. 우리나라의 경우 상습발생지를 중심으로 Xa1과 Xa3 이 저항성 유전자로 활용되었으나, 소수의 저항원이 집중적으로 활용됨으로 인해 최근 이병화가 급속히 진행되고 있다. 특히 최근 Xa1과 Xa3 모두를 침해하는 새로운 균계 K3a가 확인됨에 따라 새로운 저항성 유전자의 동정 및 활용의 중요성이 높아가고 있다. 국내육성 자포니카품종 화성벼와 야생벼 O. minuta 간의 종간교잡을 통해 확립된 수원506호의 흰잎마름병에 대한 유전분석을 실시하였다. 수원506호와 통일계 품종인 밀양23호간의 교잡을 통해 확보한 F2 개체들을 활용하여 흰잎마름균주 HB3011 의 접종에 따른 병반장의 변이와 유전자지도 작성에 사용된 SSR 마커의 유전자형간의 연관성분석을 수행하였다. 수원506호의 흰잎마름병 저항성을 지배하며 우성유전자로 작용하는 주동유전인자가 염색체 4변 하단에서 SSR 마커 RM255 에 의해 표지 되었는데, 해당 염색체영역은 Xa1과 Xa2 및 Xa22 등이 보고되었던 영역과 매우 유사할 것으로 추정되었다.
The purpose of this study is to develop a technology for estimating rice growth and damage effect according to bacterial leaf blight using UAV multi-spectral imagery. For this purpose, we analyzed the change of aerial images, rice growth factors (plant height, dry weight, LAI) and disease effects according to disease occurrence by using UAV images for 3 rice varieties (Milyang23, Sindongjin-byeo, Saenuri-byeo) from 2017 to 2018. The correlation between vegetation index and rice growth factor during vegetative growth period showed a high value of 0.9 or higher each year. As a result of applying the growth estimation model built in 2017 to 2018, the plant height of Milyang23 showed good error withing 10%. However, it is considered that studies to improve the accuracy of other items are needed. Fixed wing unmanned aerial photographs were also possible to estimate the damage area after 2 to 4 weeks from inoculation. Although sensing data in the multi-spectral (Blue, Green, Red, NIR) band have limitations in early diagnosis of rice disease, for rice varieties such as Milyang23 and Sindongjin-byeo, it was possible to construct the equation of infected leaf area ratio and rice yield estimation using UAV imagery in early and mid-September with high correlation coefficient of 0.8 to 0.9. The results of this study are expected to be useful for farming and policy support related to estimating rice growth, rice plant disease and yield change based on UAV images.
식물 특이 NAC (NAM, ATAF, and CUC) 전사인자는 식물 성장, 발달과 스트레스에 대한 저항성에 관여한다고 알려져 있다. 본 연구에서는 벼의 NAC 전사인자 중의 하나인 OsNAC69 유전자를 분리하였으며 유추된 아미노산 서열을 바탕으로 조사해본 결과 이 유전자는 NAC 전사인자의 5개 group 중에서 group II에 속하였다. 흰잎마름병균인 X. oryzae pv. oryzae (Xoo)를 처리하여 발현을 분석한 결과 접종 1시간 이후부터 발현이 현저하게 증가하였다. 따라서 OsNAC69 유전자의 생물학적인 기능을 분석하고자 이 유전자를 과발현시킨 형질전환벼를 만들었으며 형질전환벼의 분석 결과 대조구인 동진벼에 비해 발현이 높은 9개의 계통을 선발하였다. 높은 발현을 보인 이 9개의 계통에 벼흰잎마름병균을 접종한 결과 동진벼에 비해 흰잎마름병에 대한 저항성이 훨씬 더 증대하였음을 보여 주었다. 이것은 OsNAC69 유전자가 흰잎마름병균 침입시 벼의 병저항성 기작을 조절하여 나타난 결과로 추정되며 정확한 기작에 대한 연구를 앞으로 더 해야 할 것이다.
Bacterial leaf blight(BLB), caused by X. oryzae pv. oryzae(Xoo), is one of the most destructive diseases of rice due to its high epidemic potential. Understanding BLB resistance at a genetic level is important to further improve the rice breeding that provides one of the best approaches to control BLB disease. In the present investigation, a collection of 192 accessions was used in the genome-wide association study (GWAS) for BLB resistance loci against four Korean races of Xoo that were represented by the prevailing BLB isolates under Xoo differential system. A total of 192 accessions of rice germplasm were selected on the basis of the bioassay using four isolated races of Xoo such as K1 and K2. The selected accessions was used to prepare 384-plex genotyping by sequencing (GBS) libraries and Illumina HiSeq 2000 pairedend read was used for GBS sequencing. GWAS was conducted using TASSEL 5.0. The TASSEL program uses a mixed linear model (MLM). The results of the bioassay using a selected set of 192 accessions showed that a large number of accessions (93.75%) were resistant to K1 race and K2 resistant germplasm proportion remained between 66.67. The genotypic data produced SNP matrix for a total of 293,379 SNPs. After imputation the missing data was removed, which exhibited 34,724 SNPs for association analysis. GWAS results showed strong signals of association at a threshold of [-log10(P-value)] more than 5 (K1 and K2) for nine of the 39 SNPs, which are plausible candidate loci of resistance genes. These SNP loci were positioned on rice chromosome 2, 9, and 11 for K1 and K2 races. The significant loci detected have also been illustrated and make the CPAS markers for NBS-LRR type disease resistance protein, SNARE domain containing protein, Histone deacetylase 19, NADP-dependent oxidoreductase, and other expressed and unknown proteins. Our results provide a better understanding of the distribution of genetic variation of BLB resistance to Korean pathogen races and breeding of resistant rice.
Xanthomonas oryzae pv. oryzae는 벼 흰잎마름병을 일으키는 세균이며, 벼 흰잎마름병은 벼 주요 재배지에서 꾸준하게 발생하고 있다. 본 연구에서는 벼흰잎마름병균을 신속하고 간편하게 검출하기 위해 등온증폭법 중 하나인 recombinase polymerase amplification (RPA)를 적용하여 현장진단 등을 위한 유전자기반 진단법을 개발하였다. RPA법은 짧은 시간의 등온 조건에서 유전자 증폭이 가능하다는 장점이 있다. 본 연구에서 개발한 벼 흰잎마름병 RPA 진단법은 39℃에서 5분간만 반응하면 목표유전자의 증폭이 이루어지므로 기존 진단법보다 신속하고 간편하며 우리나라에 존재하는 K1-K3a의 4종 레이스에 모두 적용가능하며, DNA 추출 없이 식물체 잎의 즙액으로 증폭반응 수행이 가능하며 기존 Taq 기반 PCR보다 약 10배 검출 민감도가 높고 고가의 thermal cycler 없이도 항온수조, 발열블록 혹은 체온을 이용한 증폭반응 수행이 가능하다. 벼흰잎마름병은 벼의 농작물재해보험 대상재해 병충해 중의 하나이므로 과학적 진단결과가 요구되나, 일선 농촌지도 현장에서는 유전자기반 진단을 위한 장비, 기술 등의 부족으로 분자진단이 어려웠다. 본 연구에서 개발한 벼 흰잎마름병 RPA 진단을 활용한다 면 병징 의심부위 마쇄액을 주형으로, 손으로 5분 동안 반응시키는 것만으로도 신속하고 간편하게 벼 흰잎마름병의 목표유전자 증폭산물을 형성하므로 벼 흰잎마름병 진단의 최일선에서 활용할 수 있을 것이다.
The outbreaks of blast, bacterial blight and viral diseases have been increasing in early maturing rice cultivating areas in the central northern regions, recently. As the occurrence of sudden insects pests and disasters increases due to global climate warming, it is urgent to develop a variety of disaster-tolerant, high-quality varieties in response. This study was carried out to elucidate the characteristics of early-maturing, high-quality and multiple disease resistant rice variety, Cheolweon109 that was adapted to cultivation in the mid-mountainous regions of the central northern regions. Cheolweon109 was derived from a cross between Suweon546, medium maturing variety, and Sangju44 which is early maturing and resistant to blast, bacterial blight and rice stripe virus. The heading date of Cheolweon109 was July 30, 3 days later than Odae. The culm length of Cheolweon109 was 79 cm, which was about 5 cm taller than Odae, and the ripening ratio was 85.1%, which was 10% higher than that of Odae. This variety had 5.54 MT/ha of milled rice productivity, which was 99% of the Odae. Although Cheolweon109 was tall, it was strong against lodging. It was strong against bacterial blight (K1, K2, K3 race), rice stripe virus, and the pre-harvest sprouting which rate was 2.4%. The appearance of the grains of rice was clean, the glossiness was 70.6, and the head rice ratio was 95.3% high. Because Cheolweon109 had superior disease resistance, disaster resistance, and high quality than Odae, it was expected that can be used to expand the diversity of early maturing and high-quality rice varieties in central northern regions.
BACKGROUND: Since 2015, fire blight disease caused by Erwinia amylovora has been devastating apple and pear orchards every year. To quickly block the disease spreading, infected apple and pear trees have been buried in soil. However, concern on the possibility of the pathogen survival urgently requires informative data on the buried host plants. Therefore, this study was conducted to investigate the survival of the pathogen from the buried host plants. METHODS AND RESULTS: Apple trees buried in 42 months ago in a Jecheon site and pear trees buried in 30 months ago in an Anseong site were excavated using an excavator. Plant samples were taken from stems and twigs of the excavated trees. The collected 120 samples were checked for rotting and used for bacterial isolation, using TSA, R2A, and E. amylovora selection media. The purely isolated bacteria were identified based on colony morphology and 16S rDNA sequences. Wood rotting and decay with off smells and discoloring were observed from the samples. A total of 17 genera and 48 species of bacteria were identified but E. amylovora was not detected. CONCLUSION: Our investigation suggests that the survival of E. amylovora doesn't seem possible in the infected hosts which have been buried in soil for at least 30 months. Therefore, the burial control can be considered as a safe method for fire blight disease.
Erwinia pyrifoliae is a Gram-negative bacterial plant pathogen that causes black shoot blight in apple and pear. Although earlier studies reported the genome comparison of Erwinia species, E. pyrifoliae strains for such analysis were isolated in 1996. In 2014, the strain E. pyrifoliae EpK1/15 was newly isolated in the apple tree showing black shoot blight in South Korea. This study aimed to better understand the similarities and differences caused by natural variations at the genomic level between newly isolated E. pyrifoliae EpK1/15 and the strain Ep1/96, which were isolated almost 20 years apart. Several comparative genomic analyses were conducted, and Clusters of Orthologous Groups of proteins (COG) database was used to classify functional annotation for each strain. E. pyrifoliae EpK1/15 had similarities with the Ep1/96 strain in stress-related genes, Tn3 transposase of insertion sequences, type III secretion systems, and small RNAs. The most remarkable difference to emerge from this comparison was that although the draft genome of E. pyrifoliae EpK1/15 was almost conserved, Epk1/15 strain had at least three sorts of structural variations in functional annotation according to COG database; chromosome inversion, translocation, and duplication. These results indicate that E. pyrifoliae species has gone natural variations within almost 20 years at the genomic level, and we can trace their similarities and differences with comparative genomic analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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