Ji Min Woo;Hyun Seung Kim;In Kyu Lee;Eun Jeong Byeon;Won Jun Chang;Youn Su Lee
The Plant Pathology Journal
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v.40
no.4
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pp.346-357
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2024
This study was carried out to screen the antifungal activity against Colletotrichum acutatum, Colletotrichum dematium, and Colletotrichum coccodes. Bacterial isolate GP-P8 from pepper soil was found to be effective against the tested pathogens with an average inhibition rate of 70.7% in in vitro dual culture assays. 16S rRNA gene sequencing analysis result showed that the effective bacterial isolate as Bacillus siamensis. Biochemical characterization of GP-P8 was also performed. According to the results, protease and cellulose, siderophore production, phosphate solubilization, starch hydrolysis, and indole-3-acetic acid production were shown by the GP-P8. Using specific primers, genes involved in the production of antibiotics, such as iturin, fengycin, difficidin, bacilysin, bacillibactin, surfactin, macrolactin, and bacillaene were also detected in B. siamensis GP-P8. Identification and analysis of volatile organic compounds through solid phase microextraction/gas chromatography-mass spectrometry (SPME/GC-MS) revealed that acetoin and 2,3-butanediol were produced by isolate GP-P8. In vivo tests showed that GP-P8 significantly reduced the anthracnose disease caused by C. acutatum, and enhanced the growth of pepper plant. Reverse transcription polymerase chain reaction analysis of pepper fruits revealed that GP-P8 treated pepper plants showed increased expression of immune genes such as CaPR1, CaPR4, CaNPR1, CaMAPK4, CaJA2, and CaERF53. These results strongly suggest that GP-P8 could be a promising biocontrol agent against pepper anthracnose disease and possibly a pepper plant growth-promoting agent.
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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v.33
no.5
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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.
For the development of a multifunctional biocontrol agent, the siderophore-producing strain GL7 was isolated from a rhizosphere on chrome azurol S agar. The GL7 was identified as a strain of Pseudomonas fluorescents on the basis of their reactions to standard physicochemcial tests from Bergey's manual, API diagnostic test, and fatty acid analysis. P. fluorescents GL7 considerably inhibited spore germination and hyphal growth of phytopathogenic fungus Funsarium solani in a dual culture. In pot trials of bean with P. fluorescens GL7, the disease incidence was significantly reduced down to 5% from 70% of incidence in the untreated control. P. fluorescens GL7 also enhanced plant growth to nearly 1.5 times than that of the untreated control, promoting elongation and development of the roots. These results suggest that the plant growth-promoting P. fluorescens GL7 can play an important role in the biological control of soil-borne plant disease in a rhizosphere.
Application of rhizospheric fungi is an effective and environmentally friendly method of improving plant growth and controlling many plant diseases. The current study was aimed to identify phytohormone-producing fungi from soil, to understand their roles in sesame plant growth, and to control Fusarium disease. Three predominant fungi (PNF1, PNF2, and PNF3) isolated from the rhizospheric soil of peanut plants were screened for their growth-promoting efficiency on sesame seedlings. Among these isolates, PNF2 significantly increased the shoot length and fresh weight of seedlings compared with controls. Analysis of the fungal culture filtrate showed a higher concentration of indole acetic acid in PNF2 than in the other isolates. PNF2 was identified as Penicillium sp. on the basis of phylogenetic analysis of ITS sequence similarity. The in vitro biocontrol activity of Penicillium sp. against Fusarium sp. was exhibited by a 49% inhibition of mycelial growth in a dual culture bioassay and by hyphal injuries as observed by scanning electron microscopy. In addition, greenhouse experiments revealed that Fusarium inhibited growth in sesame plants by damaging lipid membranes and reducing protein content. Co-cultivation with Penicillium sp. mitigated Fusarium-induced oxidative stress in sesame plants by limiting membrane lipid peroxidation, and by increasing the protein concentration, levels of antioxidants such as total polyphenols, and peroxidase and polyphenoloxidase activities. Thus, our findings suggest that Penicillium sp. is a potent plant growth-promoting fungus that has the ability to ameliorate damage caused by Fusarium infection in sesame cultivation.
Members of the genus Bacillus are known to play an important role in promoting plant growth and protecting plants against phytopathogenic microorganisms. In this study, 21 isolates of Bacillus spp. were obtained from the root micro-ecosystem of Suaeda glauca. Analysis of the 16S rRNA genes indicated that the isolates belong to the species Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus velezensis, Bacillus subtilis, Bacillus pumilus, Bacillus aryabhattai and Brevibacterium frigoritolerans. One of the interesting findings of this study is that the four strains B1, B5, B16 and B21 are dominant in rhizosphere soil. Based on gyrA, gyrB, and rpoB gene analyses, B1, B5, and B21 were identified as B. amyloliquefaciens and B16 was identified as B. velezensis. Estimation of antifungal activity showed that the isolate B1 had a significant inhibitory effect on Fusarium verticillioides, B5 and B16 on Colletotrichum capsici (syd.) Butl, and B21 on Rhizoctonia cerealis van der Hoeven. The four strains grew well in medium with 1-10% NaCl, a pH value of 5-8, and promoted the growth of Arabidopsis thaliana. Our results indicate that these strains may be promising agents for the biocontrol and promotion of plant growth and further study of the relevant bacteria will provide a useful reference for the development of microbial resources.
Kim, Tack-Soo;Ko, Min-Jung;Lee, Se-Weon;Han, Ji-Hee;Park, Kyung-Seok;Park, Jin-Woo
The Korean Journal of Pesticide Science
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v.15
no.4
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pp.495-501
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2011
Bacterial strains were isolated from forest soils of Halla mountain, Jeju island in Korea. The soil samples were collected at each altitude of 100m from 1,000 m above sea level. Total 398 strains were isolated and tested for their physiological characteristics of antagonistic and proteolytic activities, and auxin production. Among the isolates, 172 strains were selected as antifungal strains showing antagonistic activity against at least one of 8 plant fungal pathogens (Alternaria alternata, Botrytis cinerea, Collectotrichum acutatum, Fusarium oxysporum, Phytophthora capsici, Pythium ultimum and Sclerotinia sclerotiorum). In addition 203 strains for proteolytic activity and 26 strains for auxin production were characterized for further study. Je28-4 (Rhodococcus sp.) were showed 80% of control value against tomato gray mold in vivo. Thus, it is suggested that soil bacteria isolated from forest soils of Halla mountain can be important sources of bioactive compounds for improving plant growth or promising biocontrol agents.
Lee, Theresa;Park, Dami;Kim, Kihyun;Lim, Seong Mi;Yu, Nan Hee;Kim, Sosoo;Kim, Hwang-Yong;Jung, Kyu Seok;Jang, Ja Yeong;Park, Jong-Chul;Ham, Hyeonheui;Lee, Soohyung;Hong, Sung Kee;Kim, Jin-Cheol
The Plant Pathology Journal
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v.33
no.5
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pp.499-507
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2017
In an attempt to develop a biological control agent against mycotoxigenic Fusarium species, we isolated Bacillus amyloliquefaciens strain DA12 from soil and explored its antimicrobial activities. DA12 was active against the growth of mycotoxigenic F. asiaticum, F. graminearum, F. proliferatum, and F. verticillioides both in vitro and in planta (maize). Further screening using dual culture extended the activity range of strain DA12 against other fungal pathogens including Botrytis cinerea, Colletotrichum coccodes, Endothia parasitica, Fusarium oxysporum, Raffaelea quercus-mongolicae, and Rhizoctonia solani. The butanol extract of the culture filtrate of B. amyloliquefaciens DA12 highly inhibited the germination of F. graminearum macroconidia with inhibition rate 83% at a concentration of $31.3{\mu}g/ml$ and 100% at a concentration of $250{\mu}g/ml$. The antifungal metabolite from the butanol extract was identified as iturin A by thin layer chromatography-bioautography. In addition, volatile organic compounds produced by DA12 were able to inhibit mycelial growth of various phytopathogenic fungi. The volatile compounds were identified as 2-heptanone, 5-methyl heptanone and 6-methyl heptanone by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analysis. These results indicate that the antagonistic activity of Bacillus amyloliquefaciens DA12 was attributable to iturin A and volatile heptanones, and the strain could be used as a biocontrol agent to reduce the development of Fusarium diseases and mycotoxin contamination of crops.
An antifungal substance was purified from culture broth of Pseudomonas flulorescens 2112 that showed a broad-spectrum antagonistic activity against various phytopathogenic fungi including capsici. The substance was identified as 2,4-diacetylphloro-glucinol basd on NMR analysis. The 2,4-diacetylphloroglcinol showed antibiotic activity in broad acidic range from pH 1.0 to pH 9.0. About 83% of initial activity was remained after incubation for 30min ar $60^{\circ}C$, however, the activity was dropped up to 50% after 30 min incubation in $80^{\circ}C$. When the nucleotides of P. capsici treated with 2,4-diacetylphloroglucinol were labeled with[$^{3}$ H]-Adenin, the newly synthesized and radioactive-labeled RNA was significantly reduced than those of untreated P. capsici. indicating that the 2,4-diacetylphloroglucinol inhibits RNA synthesis.
Cotton plants were sampled and ranked according to their resistance to Verticillium wilt. In total, 642 endophytic fungi isolates representing 27 genera were recovered from Gossypium hirsutum root, stem, and leaf tissues, but were not uniformly distributed. More endophytic fungi appeared in the leaf (391) compared with the root (140) and stem (111) sections. However, no significant difference in the abundance of isolated endophytes was found among resistant cotton varieties. Alternaria exhibited the highest colonization frequency (7.9%), followed by Acremonium (6.6%) and Penicillium (4.8%). Unlike tolerant varieties, resistant and susceptible ones had similar endophytic fungal population compositions. In three Verticillium-wilt-resistant cotton varieties, fungal endophytes from the genus Alternaria were most frequently isolated, followed by Gibberella and Penicillium. The maximum concentration of dominant endophytic fungi was observed in leaf tissues (0.1797). The evenness of stem tissue endophytic communities (0.702) was comparatively more uniform than the other two tissues. Eighty endophytic fungi selected from 27 genera were evaluated for their inhibition activity against highly virulent Verticillium dahliae isolate Vd080 in vitro. Thirty-nine isolates exhibited fungistasis against the pathogen at varying degrees. Seven species, having high growth inhibition rates (${\geq}75%$), exhibited strong antifungal activity against V. dahliae. The antifungal activity of both volatile and nonvolatile metabolites was also investigated. The nonvolatile substances produced by CEF-818 (Penicillium simplicissimum), CEF-325 (Fusarium solani), CEF-714 (Leptosphaeria sp.), and CEF-642 (Talaromyces flavus) completely inhibited V. dahliae growth. These findings deepen our understanding of cotton-endophyte interactions and provide a platform for screening G. hirsutum endophytes with biocontrol potential.
Antifungal bacterium against Colletotrichum coccodes causing black dot disease of potatoes and anthracnose of tomatoes was isolated from sewage sludge. The isolate showed a 99% sequence homology of partial 16S rRNA of Bacillus methylotrophicus CBMB205 and Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum FZB42. The isolate was identified as Bacillus sp. SW29-2, using the neighbor-joining phylogenetic tree, BlastN sequence analysis, and morphological and cultural characteristics. Bacillus sp. SW29-2 is an aerobic, Gram-positive, endospore-forming bacterium, of which the morphological and physiological characteristics were the same as those of type strain B. lichniformis CBMB205, except for the cell growth of over 4% NaCl. The cell growth of the temperature and the initial pH of the medium was shown at $18-47^{\circ}C$ (opt. ca. $38^{\circ}C$) and 3-9 (opt. ca. 6.0), respectively. The inhibition size (diameter) of Bacillus sp. SW29-2 against four strains of C. coccodes ranged from 23 to 29 mm. Also, the isolate showed antifungal activity against penicillium rot-causing Penicillium expansum in apples. Thus far, any report on the antifungal activity of Baciilus spp. against C. coccodes has not been found. These results suggest that the Bacillus sp. SW29-2 isolate could be used as a possible biocontrol agent against C. coccodes, and further applied to other plant pathogenic fungi.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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