Erwinia pyrifoliae, which causes black shoot blight in apple and pear trees, was first identified in Korea in 1995. Extensive measures are typically used to control the disease by eradicating trees in diagnosed orchards, owing to the detrimental impact of the disease on apple and pear production. However, despite governmental efforts, the disease has continuously spread. In this study, we analyzed the current status of the black shoot blight occurrence in apple and pear orchards between 1995 to 2022. Our findings reveal that over the past 28 years, black shoot blight has occurred in 26 cities and districts across five Korean provinces. The affected regions are predominantly concentrated in the northern part of Korea, including the Gangwon and Gyeonggi provinces. Furthermore, black shoot blight has gradually expanded to the northern provincial regions of Chungbuk, Chungnam, and Gyeongbuk, which are centrally situated in Korea. Furthermore, the occurrence pattern of black shoot blight differed between apple and pear orchards; in apple orchards, black shoot blight occurred consistently each year, with a sudden increase in cases in 2020; however, in pear orchards, it has considerably decreased since 2007. To the best of our knowledge, this is the first comprehensive report on the occurrence of black shoot blight in apple and pear trees in 28 years, and the results will provide valuable insights for future disease management strategies.
축엽세균병으로 알려진 피해뽕나무에서 진균인 Fusarium spp. 균이 분리되어 이를 구명하고 그 피해정도를 조사한 결과 1. 신소썩음증상은 세로로 긴 갈색의 병무늬가 시간이 경과할 수록 암갈색으로 변하고 흰곰팡이가 생기며, 축엽세균병증상은 잎이 말리고 신소에 수침상의 병반과 bacterial ooze가 보인다. 그러나 시간이 경과하면 구분이 어렵다. 2. 신소썩음증상의 피해율은 7.5%, 축엽세균병의 피해율은 4.4%였다. 3. Fusarium spp. 균의 분리는 신소썩음증상에서 높았고, Pseudomonas균의 분리는 축엽세균병 증상에서 많았다. 또한 병원성도 같은 경향을 보였다. 4. 수원 등 3지역 모두에서 부위별 병원성 Fusarium spp. 균의 분리율은 병반에서 30cm 부위에서 보다 병진전부위에서 더 높았다. 5. 수원 등 3지역 모두에서 개량뽕의 신소썩음증상 피해가 가장 많았다. 그러나 청올뽕의 신소썩음증상 피해는 조사 품종중에 가장 적었다.
Fast and accurate diagnosis is needed to eradicate and manage economically important and invasive diseases like fire blight. Loop-mediated isothermal amplification (LAMP) is known as the best on-site diagnostic, because it is fast, highly specific to a target, and less sensitive to inhibitors in samples. In this study, LAMP assay that gives more consistent results for on-site diagnosis of fire blight than the previous developed LAMP assays was developed. Primers for new LAMP assay (named as DS-LAMP) were designed from a histidine-tRNA ligase gene (EAMY_RS32025) of E. amylovora CFBP1430 genome. The DS-LAMP amplified DNA (positive detection) only from genomic DNA of E. amylovora strains, not from either E. pyrifoliae (causing black shoot blight) or from Pseudomonas syringae pv. syringae (causing shoot blight on apple trees). The detection limit of DS-LAMP was 10 cells per LAMP reaction, equivalent to $10^4$ cells per ml of the sample extract. DS-LAMP successfully diagnosed the pathogens on four fire-blight infected apple and pear orchards. In addition, it could distinguish black shoot blight from fire blight. The $B{\ddot{u}}hlmann$-LAMP, developed previously for on-site diagnosis of fire blight, did not give consistent results for specificity to E. amylovora and on-site diagnosis; it gave positive reactions to three strains of E. pyrifoliae and two strains of P. syringae pv. syringae. It also, gave positive reactions to some healthy sample extracts. DS-LAMP, developed in this study, would give more accurate on-site diagnosis of fire blight, especially in the Republic of Korea, where fire blight and black shoot blight coexist.
Bacterial blight occurred on the flowers, leaves, twigs and branches of apple trees (Malus domestica Borkh) in Chunchon, Kangwon-Do. Infected flowers and leaves turned brownish black, and they were fallen down or remained hanging in the trees. Under humid conditions during postblossom period, the casual bacterium spreaded along twigs and killed them. However, killing of branches was very rare. The symptoms on apple trees were very similar to symptoms of fire blight. But the causal organism isolated from the lesions was identified as Pseudomonas syringae based on physiological and chemical characteristics. This is the first described bacterium that causes apple shoot blight in Korea.
본 연구에서는 경상북도 북부지역의 주요 사과 산지를 대상으로 재배 중에 발생하는 병해의 발병상황을 조사하고 병원균을 조사하였다. 경북 북부지역의 주요 사과 재배지에서 발병하는 주요 병은 탄저병, 겹무늬썩음병, 점무늬낙엽병, 갈색무늬병, 가지마름병이었다. 특히 2013년에 비해 2014년에는 갈색무늬병이 증가하였으며, 이는 10월의 강수량과 정의 상관관계가 인정된다. 점무늬낙엽병과 탄저병, 겹무늬썩음병도 모든 포장에서 발병되었다. 또한 P. syringae pv. syringae에 의한 가지마름병의 발병이 지역에 따라 10-20% 정도 발병하였다. 이러한 결과는 사과 재배에 있어 주요병해에 대한 중점 방제 대상 병해를 선정하여 관리하여야 하며, 또한 근래 문제되지 않았던 P. syringae pv. syringae에 의한 가지마름병에 대한 생태학적 연구 및 방제 연구가 수행하여야 할 것으로 판단된다.
Bacterial strains were isolated from diseased samples of shoot blight collected from different pear growing orchards of Chuncheon, Korea from 1995 to 1998. Forty-nine strains showed their pathogenicity on immature fruit and shoot of pear. Microbiological, physiological, and biochemical tests were performed on these pathogenic strains. One strain, designated as WT3 in this study, was selected as a representative strain as it was collected from the first outbreak area in Jichonri, Chuncheon in 1995. Further detailed characterization of the strain WT3 was done by PCR amplification using specific primers described previously for distinguishing Erwinia pyrifoliae from its close pathogen Erwinia amylovora. Based on phenotypical, biochemical, and molecular analyses, strain WT3 was identified as a shoot blight pathogen which was the same as E. pyrifoliae Ep16 previously described by a German group in 1999.
Black shoot blight disease caused by Erwinia pyrifoliae has serious impacts on quality and yield in pear production in Korea; therefore, rapid and accurate methods for its detection are needed. However, traditional detection methods require a great deal of time and fail to achieve absolute quantification. In the present study, we developed a droplet digital polymerase chain reaction (ddPCR) method for the detection and absolute quantification of E. pyrifoliae using a pair of species-specific primers. The detection range was 103-107 copies/ml (DNA templates) and cfu/ml (cell culture templates). This new method exhibited good linearity and repeatability and was validated by absolute quantification of E. pyrifoliae DNA copies from samples of artificially inoculated immature pear fruits. Here, we present the first study of ddPCR assay for the detection and quantification of E. pyrifoliae. This method has potential applications in epidemiology and for the early prediction of black shoot blight outbreaks.
Erwinia amylovora and Erwinia pyrifoliae cause fire blight and black-shoot blight, respectively, in apples and pears. E. pyrifoliae is less pathogenic and has a narrower host range than that of E. amylovora. Fire blight and black-shoot blight exhibit similar symptoms, making it difficult to distinguish one bacterial disease from the other. Molecular tools that differentiate fire blight from black-shoot blight could guide in the implementation of appropriate management strategies to control both diseases. In this study, a primer set was developed to detect and distinguish E. amylovora from E. pyrifoliae by conventional polymerase chain reaction (PCR). The primers produced amplicons of different sizes that were specific to each bacterial species. PCR products from E. amylovora and E. pyrifoliae cells at concentrations of 104 cfu/ml and 107 cfu/ml, respectively, were amplified, which demonstrated sufficient primer detection sensitivity. This primer set provides a simple molecular tool to distinguish between two types of bacterial diseases with similar symptoms.
최근 한국에서 화상병이 발생하였으며, 그 이후로 이병에 대한 박멸프로그램이 가동되고 있다. 본 연구에서는 2가지 항혈청기반 진단 스트립의 국내 분리 화상병균 Erwinia amylovora (Ea)에 대한 특이성과 검출민감도 그리고 현장진단에 적용을 평가하였다. 상업화된 Ea AgriStrip과 본 연구에서 개발한 EB strip은 검정에 사용한 모든 한국 Ea 균주들과 가지검은마름병을 일으키는 대부분의 Erwinia pyrifoliae (Ep)에 양성반응을 보여주었다. 사과나무 가지마름병을 일으키는 Pusedomonas syringae pv. syringae (Pss)의 사용한 모든 균주에 음성반응을 보여주었다. 2 스트립 사이에 검출민감도는 유사하였다. 현장진단의 경우, 2가지 스트립은 화상병이 발생한 모든 과수원에서 채취한 화상병징 세균추출액에 대하여 양성반응을 보였다. 그러나 겨울철에 진행된 한 곳의 화상병 현장진단에서는 화상병병징 세균추출액에 음성반응을 보였다. 또한 2가지 스트립은 가지검은마름병이 발생한 과수원에서 채집한 가지검은마름병징 세균추출액에 대해서 양성반응을 보여주었다. 이상의 결과는 Ea AgriStrip과 EB strip이 화상병 현장진단에 유용할 것으로 암시한다.
Erwinia amylovora and E. pyrifoliae are the causative agents of destructive diseases in both apple and pear trees viz. fire blight and black shoot blight, respectively. Since the introduction of fire blight in Korea in 2015, the occurrence of both pathogens has been independently reported. The co-incidence of these diseases is highly probable given the co-existence of their pathogenic bacteria in the same trees or orchards in a city/district. Hence, this study evaluated whether both diseases occurred in neighboring orchards and whether they occurred together in a single orchard. The competition and virulence of the two pathogens was compared using growth rates in vitro and in planta. Importantly, E amylovora showed significantly higher colony numbers than E. pyrifoliae when they were co-cultured in liquid media and co-inoculated into immature apple fruits and seedlings. In a comparison of the usage of major carbon sources, which are abundant in immature apple fruits and seedlings, E. amylovora also showed better growth rates than E. pyrifoliae. In virulence assays, including motility and a hypersensitive response (HR), E. amylovora demonstrated a larger diameter of travel from the inoculation site than E. pyrifoliae in both swarming and swimming motilities. E. amylovora elicited a HR in tobacco leaves when diluted from 1:1 to 1:16 but E. pyrifoliae does not elicit a HR when diluted at 1:16. Therefore, E. amylovora was concluded to have a greater competitive fitness than E. pyrifoliae.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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