Phosphorous (P) is considered to be one of the key essential elements demanded by crop plants. Approximately 70 - 90% of phosphatic fertilizers applied to crops are fixed in soil as Ca, Fe, and Al metal cations, which are insoluble and thus not readily available for plant uptake. Therefore, most soils are deficient in plant available P. This is usually rectified by applying phosphate fertilizers continuously, although this is not economically viable or environmentally acceptable. The present paper reviews the mechanisms involved with phosphate solubilization and mineralization by phosphate solubilizing microorganisms (PSMs) with the associated factors that determine the success. PSMs are effectively involved in mediating the bioavailability of soil P. Their contribution includes mineralization of organic P solubilization of inorganic P minerals, and storing sizable amounts of P in biomass through different mechanisms such as the production of organic and inorganic acids, H2S, siderophores, exopolysaccharides, and production of enzymes such as phosphatases, phytase, and phosphonatases/C-P lyases, which are capable of chelating the metal ions, forming complexes, and making plant available P. PSMs manifest a wide range of metabolic functions in different environments, resulting in significantly higher plant growth, enhanced soil properties, and increased biological activities. Therefore, development of bio-inoculants with efficient novel PSM strains and further investigations on exploring such strains from diverse ecological niches with multifunctional plant-growth-promoting traits are needed.
An, Jung-Hee;Kim, Jae-Sung;Jeong, Jeong-Hag;Oh, Sei-Myoung;Kwon, Soon-Tae
Journal of Plant Biotechnology
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v.30
no.2
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pp.201-206
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2003
Differential responses of red pepper plant and cultured cells to enhanced ${\gamma}$-ray($^{60}$ Co) and ultraviolet(UV) stress were investigated. In seed treatment, 1 Gy of ${\gamma}$-ray increased seedling dry weight up to 19.1%, but 50 Gy treatment markedly ingibited seed germination and subsequent growth of seedling. UV treatment to seed did not change the germination ability of seeds and the growth of seedlings regardless of duration of UV treatment until 24 hrs. In case of UV treatment to seedlings, plant injury was seriously progressed even after the seedlings were returned to no UV condition, and eventually all the leaves showed chlorosis by the stress. However, progress of plant injury by ${\gamma}$-ray stress slower than that caused by UV stress, and even at the high dose of ${\gamma}$-ray 50 Gy, did not caused the cholrosis of stressed plant leaf. Amount of electrolytes leakage from plant leaf by UV treatment for 24hrs was increased up to 28.8 folds in comparison with untreated control, whereas that of 50 Gy of ${\gamma}$-ray was increased only 1.2 folds. UV stress induced the production of capsidiol, antimicrobial phytoalexin, by activation of gene expression involved in capsidiol biosynthesis, such as sesquiterpene cyclase and cyclase and cytochrome P450 hydroxylase in the leaf and cultured cell, but ${\gamma}$-ray stress induced neither the production of capsidiol nor expression of the genes.
Endophytic fungi have received much attention as plant growth promoters as well as biological control agents against many plant pathogens. In this study, 30 endophytic fungal species, isolated from various plants in China, were evaluated using in vitro dual culture assay against Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum, causing wilt in cucumber. The results of the present study clearly showed that all the 30 endophytic fungal isolates were highly capable of inhibiting the mycelial colony growth of Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum with inhibition % over 66% as compared to control treatments. Among all of them, 5 isolates were highly effective such as, Penicillium sp., Guignardia mangiferae, Hypocrea sp., Neurospora sp., Eupenicillium javanicum, and Lasiodiplodia theobromae, respectively. The Penicillium sp. and Hypocrea sp. were highly effective as compared to other isolates. From in vitro results 10 best isolates were selected for greenhouse studies. The results of the greenhouse studies showed that among all of them 3 endophytic fungal isolates successfully suppressed wilt severity when co-inoculation with pathogen Fusarium. oxysporum f. sp. cucumerinum. The endophytic fungi also enhanced plant growth parameters of the host plants, the antagonistic fungal isolates increased over all plant height, aerial fresh, and dry weight as compared to control.
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.
This experiment was carried out to know the effect of media and agar concentrations, aeration and growth regulators on rooting and acclimatization of the shoots harvested from bioreactor culture in Rehmannia glutinosa. Half MS media with 1.2% agar improved rooting and acclimatization of shoots. Shoots were effectively acclimatized and rooted well in case of aeration by using membrane filtered vessels. Shoots acclimatized in vessel with membrane Inter were healthier and had higher ex vitro survival rate than those without membrane Inter on plug tray. Addition of paclobutrazol 0.3-0.4 mg/L, to acclimatization media enhanced shoots growth and root development.
The roots of Korean ginseng (Panax ginseng) have a long history of usage as a medicinal drug. Ginsenosides, a group of triterpenioid saponins in ginseng, have been reported to show important pharmacological effects. Many studies have attempted to identify the ginsenoside synthesis pathways of P. ginseng and to increase crop productivity. Recent studies have shown that exogenous gibberellin (GA) treatments promote storage root secondary growth by integration of the modulating cambium stem cell homeostasis with a secondary cell wall-related gene network. However, the dynamic regulation of ginsenoside synthesis-related genes and their contents by external signaling cues has been rarely evaluated. In this study, we confirmed that GA treatment not only enhanced the secondary growth of P. ginseng storage roots, but also significantly enriched the terpenoid biosynthesis process in RNA-seq analysis. Consistently, we also found that the expression of most genes involved in the ginsenoside synthesis pathways, including those encoding methylerythritol-4-phosphate (MEP) and mevalonate (MVA), and the saponin content in both leaves and roots was increased by exogenous GA application. These results can be used in future development of biotechnology for ginseng breeding and enhancement of saponin content.
This study was conducted to explore the immune activity, anticancer activity and nitrile scavenging activities of methanol extracts from the various organs of four Korean resource plants. The immune responses from both human T and B cell line was significantly enhanced in the cell growth compared to control while the cell growth was influenced at a certain period of culture. The results revealed that the cell growth of both human T and B cell was altered in a time dependent manner. Among tested several resource plants, the flower extract of E. japonicum demonstrated a pronounced cytotoxicity against HCT-116 cell with an IC50 value $132.08{\mu}g\;ml-1$. The flower extract from Corylopsis coreana had a promising scavenging activity against pH 1.2 compared to other species. Taken together, the studied resource plants have influenced significantly in response to immunity and also have the potential cytotoxicity and nitric scavenging activities. However, the species E. japonicum exhibited the pronounced activities from several resource plants. The result from this investigation suggests that the extracts of studied resource plant could be an addition to basic medicine for some diseases.
Effects of mineral salts (N, P, K, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, and $Fe^{3+}$) on the shoot growth and metabolite production of tea tree were studied using in vitro culture techniques. Among mineral s alts, ${H_2PO_4}^-$ was the most important for enhanced growth rate of tea tree, while $Mg^{2+}$ and $Ca^{2+}$ did not affect plant growth. Removal of ${NH_4}^+$ and $NO_3$ from the culture medium enhanced shoot multiplication compared to other treatments. Metabolite production was variable depending on mineral types and concentration. Removal of $Ca^{2+}$ decreased the production of caffeine; however, other treatments did not influence its production. $Ca^{2+}$, ${NH_4}^+$ and $Fe^{3+}$ were important factors for catechin production in tea tree. These results can be used as the basis for development of technical soil controls suitable for tea tree cultivation in the future.
The chemical properties of oak tree wood vinegar and the effect of wood vinegar on the tomato seedling were investigated to apply wood vinegar efficiently to the organic - and natural farming system. On the basis of the results from chemical properties of the oak tree wood vinegar, mineral nutrient contents of wood vinegar was low. Therefore, wood vinegar could not be a suitable nutrient source for the plant growth at 500∼1000 times dilution level. which commonly used in the farming, if only wood vinegar is supplied for the nutrient source for the plant growth. The application of wood vinegar increased root growth up the 500 times dilution level while decreased shoot growth. Furthermore. the anion concentrations such as nitrate and phosphate of the plant were decreased by the application of wood vinegar while cation concentrations such as K. Ca. and Mg were increased. Phenolic compounds of wood vinegar such as chlorogenic acid and ferulic acid enhanced the root growth. Interestingly the application of ferulic acid increased both root and shoot growth at the level of 10$^{-4}$ M concentration. It indicated that the effect of wood vinegar on the production of healthy plant seedling may be due to the beneficial root growth by phenolic compounds such as chlorogenic acid and/or ferulic acid of the wood vinegar. However. the effect of the wood vinegar on the plant growth could be influenced by synergism or antagonism of different phenolic compounds in wood vinegar used. In addition. drench in the soil of wood vinegar may be more beneficial compared to foliar application for the improvement of root activity and plant growth.
Antagonistic microorganisms against $Rhizoctonia$$solani$ were isolated and their antifungal activities were investigated. Two hundred sixteen bacterial isolates were isolated from various soil samples and 19 isolates were found to antagonize the selected plant pathogenic fungi with varying degrees. Among them, isolate C9 was selected as an antagonistic microorganism with potential for use in further studies. Treatment with the selected isolate C9 resulted in significantly reduced incidence of stem-segment colonization by $R.$$solani$ AG2-2(IV) in Zoysia grass and enhanced growth of grass. Through its biochemical, physiological, and 16S rDNA characteristics, the selected bacterium was identified as $Bacillus$$subtilis$ subsp. $subtilis$. Mannitol (1%) and soytone (1%) were found to be the best carbon and nitrogen sources, respectively, for use in antibiotic production. An antibiotic compound, designated as DG4, was separated and purified from ethyl acetate extract of the culture broth of isolate C9. On the basis of spectral data, including proton nuclear magneric resonance ($^1H$ NMR), carbon nuclear magneric resonance ($^{13}C$ NMR), and mass analyses, its chemical structure was established as a stereoisomer of acetylbutanediol. Application of the ethyl acetate extract of isolate C9 to several plant pathogens resulted in dose-dependent inhibition. Treatment with the purified compound (an isomer of acetylbuanediol) resulted in significantly inhibited growth of tested pathogens. The cell free culture supernatant of isolate C9 showed a chitinase effect on chitin medium. Results from the present study demonstrated the significant potential of the purified compound from isolate C9 for use as a biocontrol agent as well as a plant growth promoter with the ability to trigger induced systemic resistance of plants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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