2,3-부탄디올의 다양한 식물병에 대한 방제효과 조사 및 작용기작 구명 Disease control efficacy of 2,3-butanediol against various plant diseases and elucidation of its action mechanism원문보기
김채령
(Chonnam National University
Department of Agricultural Chemistry
국내석사)
특정 식물생장촉진근권세균에 의해 생성되는 2,3-부탄디올은 주요한 휘발성 유기 물질 중 하나이다. 이는 식물의 저항성 기작 중 하나인 ISR 기작을 유도하는 것으로 알려져 있다. 2,3-부탄디올은 총 세 가지 입체이성질체로 구성되어 있는데, 이는 두 가지 거울상이성질체인 2R,3R-부탄디올과 2S,3S-부탄디올, 그리고 하나의 메조 화합물인 2R,3S-부탄디올이다. 본 연구에서는 2,3-부탄디올 이성질체들의 세균, 곰팡이, 선충 및 바이러스 ...
특정 식물생장촉진근권세균에 의해 생성되는 2,3-부탄디올은 주요한 휘발성 유기 물질 중 하나이다. 이는 식물의 저항성 기작 중 하나인 ISR 기작을 유도하는 것으로 알려져 있다. 2,3-부탄디올은 총 세 가지 입체이성질체로 구성되어 있는데, 이는 두 가지 거울상이성질체인 2R,3R-부탄디올과 2S,3S-부탄디올, 그리고 하나의 메조 화합물인 2R,3S-부탄디올이다. 본 연구에서는 2,3-부탄디올 이성질체들의 세균, 곰팡이, 선충 및 바이러스 식물병에 대한 방제효과를 온실과 포장에서 조사하였다. 벼 도열병과 벼 잎집무늬마름병, 토마토 잿빛곰팡이병, 토마토 역병, 밀 붉은녹병, 보리 흰가루병 그리고 고추 탄저병에 대한 온실실험 결과, 2,3-부탄디올은 항진균 활성을 보이지 않았다. 반면, 2R,3R-부탄디올-액제 (활성성분 최종 처리 농도 0.1 mM)과 2R,3S-부탄디올-액제 (활성성분 최종 농도 1.0 mM)은 Ralstonia solanacearum에 의해 발병하는 토마토 풋마름병의 발병을 매우 효과적으로 억제하였다. 이러한 경향성은 포장시험에서도 재현되었으며, 특히 2R,3S-부탄디올-액제 (활성성분 최종 처리농도 1 mM)의 경우 대조약제인 다조멧 입제보다도 우수한, 86.6%의 아주 높은 방제효과를 나타내었다. 한편, Sclerotinia homoeocarpa에 의해 발병하는 잔디 동전마름병에 대한 온실실험 결과, 2,3-부탄디올은 어느 정도의 방제효과가 있음이 확인되었다. 또한 2,3-부탄디올은 고추 세균성 점무늬병과 담배 모자이크 바이러스병의 발병 역시 억제시켰다. 효능 평가를 실시한 식물병 중에서 2,3-부탄디올의 방제효과가 가장 우수하게 나타난 토마토 풋마름병에 대해 2,3-부탄디올의 작용기작을 분자생물학적으로 구명하고자 qRT-PCR을 수행하였다. 토마토 저항성 관련 유전자의 발현 정도를 시료 처리 1일 후와 병원균 (R. solanacearum) 접종 1일 후에 대하여 각각 비교·조사한 결과, 세 가지 2,3-부탄디올 이성질체의 처리에 의해 무처리구에 비하여 salicylic acid 경로와 관련된 저항성 유전자의 발현량이 유의하게 증가되었음을 확인하였다. 본 연구결과는 2,3-부탄디올은 넓은 적용범위를 가진 새로운 생화학 생물농약 개발에 크게 사용될 수 있음을 나타낸다.
특정 식물생장촉진근권세균에 의해 생성되는 2,3-부탄디올은 주요한 휘발성 유기 물질 중 하나이다. 이는 식물의 저항성 기작 중 하나인 ISR 기작을 유도하는 것으로 알려져 있다. 2,3-부탄디올은 총 세 가지 입체이성질체로 구성되어 있는데, 이는 두 가지 거울상이성질체인 2R,3R-부탄디올과 2S,3S-부탄디올, 그리고 하나의 메조 화합물인 2R,3S-부탄디올이다. 본 연구에서는 2,3-부탄디올 이성질체들의 세균, 곰팡이, 선충 및 바이러스 식물병에 대한 방제효과를 온실과 포장에서 조사하였다. 벼 도열병과 벼 잎집무늬마름병, 토마토 잿빛곰팡이병, 토마토 역병, 밀 붉은녹병, 보리 흰가루병 그리고 고추 탄저병에 대한 온실실험 결과, 2,3-부탄디올은 항진균 활성을 보이지 않았다. 반면, 2R,3R-부탄디올-액제 (활성성분 최종 처리 농도 0.1 mM)과 2R,3S-부탄디올-액제 (활성성분 최종 농도 1.0 mM)은 Ralstonia solanacearum에 의해 발병하는 토마토 풋마름병의 발병을 매우 효과적으로 억제하였다. 이러한 경향성은 포장시험에서도 재현되었으며, 특히 2R,3S-부탄디올-액제 (활성성분 최종 처리농도 1 mM)의 경우 대조약제인 다조멧 입제보다도 우수한, 86.6%의 아주 높은 방제효과를 나타내었다. 한편, Sclerotinia homoeocarpa에 의해 발병하는 잔디 동전마름병에 대한 온실실험 결과, 2,3-부탄디올은 어느 정도의 방제효과가 있음이 확인되었다. 또한 2,3-부탄디올은 고추 세균성 점무늬병과 담배 모자이크 바이러스병의 발병 역시 억제시켰다. 효능 평가를 실시한 식물병 중에서 2,3-부탄디올의 방제효과가 가장 우수하게 나타난 토마토 풋마름병에 대해 2,3-부탄디올의 작용기작을 분자생물학적으로 구명하고자 qRT-PCR을 수행하였다. 토마토 저항성 관련 유전자의 발현 정도를 시료 처리 1일 후와 병원균 (R. solanacearum) 접종 1일 후에 대하여 각각 비교·조사한 결과, 세 가지 2,3-부탄디올 이성질체의 처리에 의해 무처리구에 비하여 salicylic acid 경로와 관련된 저항성 유전자의 발현량이 유의하게 증가되었음을 확인하였다. 본 연구결과는 2,3-부탄디올은 넓은 적용범위를 가진 새로운 생화학 생물농약 개발에 크게 사용될 수 있음을 나타낸다.
2,3-Butanediol produced by certain strains of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) is the major component of volatile organic compounds (VOCs). 2,3-Butanediol was known to elicit induced systemic resistance (ISR) as the plant defense mechanism. There are three stereoisomers of 2,3-butanediol,...
2,3-Butanediol produced by certain strains of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) is the major component of volatile organic compounds (VOCs). 2,3-Butanediol was known to elicit induced systemic resistance (ISR) as the plant defense mechanism. There are three stereoisomers of 2,3-butanediol, two enantiomers, 2R,3R-butanediol and 2S,3S-butanediol, and one meso compound 2R,3S-butanediol. In this study, the control efficacies of 2,3-butanediol isomers against various plant diseases such as bacteria, fungi, nematode, and virus diseases were evaluated in pot and field experiments. As the results, 2,3-butanediol did not show in vivo antifungal activity against rice blast, rice sheath blight, tomato gray mold, tomato late blight, wheat leaf rust, barley powdery mildew, and red pepper anthracnose in pot experiments. However, the treatment of the soluble concentrate formulations of 2R,3R-buanediol (GSL-SL) (active ingredient treated concentration = 0.1 mM) and 2R,3S-2,3-butanediol (GSM-SL) (active ingredient treated concentration = 1 mM) effectively suppressed the disease severity of bacterial wilt in tomato caused by Ralstonia solanacearum in pot experiments. Similarly, in the field trial, GSM-SL (active ingredient treated concentration = 1 mM) showed the strongest effect with control value of 86.6%, higher than Dazomet as a positive control treatment. 2,3-Butanediol also displayed a moderate disease control efficacy against dollar spot caused by Sclerotinia homoeocarpa in pot experiments. The 2,3-butanediol isomers also suppressed the development of bacterial spot disease on red pepper seedlings and tobacco mosaic virus (TMV) disease on the tomato seedlings. In order to elucidate the action mechanism of 2,3-butanediol against tomato bacterial wilt, the expression of the defense-related genes by 2,3-butanediol technical chemical was examined at the time of 1 day after treatment and 1 day after inoculation. As the results, treatment with 2,3-butanediol upregulated the expression of plant defense related genes associated of the salicylic acid pathway compared with untreated control. These results suggest that 2,3-butanediol may be a useful source to develop new biochemical fungicides with broad spectra.
2,3-Butanediol produced by certain strains of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) is the major component of volatile organic compounds (VOCs). 2,3-Butanediol was known to elicit induced systemic resistance (ISR) as the plant defense mechanism. There are three stereoisomers of 2,3-butanediol, two enantiomers, 2R,3R-butanediol and 2S,3S-butanediol, and one meso compound 2R,3S-butanediol. In this study, the control efficacies of 2,3-butanediol isomers against various plant diseases such as bacteria, fungi, nematode, and virus diseases were evaluated in pot and field experiments. As the results, 2,3-butanediol did not show in vivo antifungal activity against rice blast, rice sheath blight, tomato gray mold, tomato late blight, wheat leaf rust, barley powdery mildew, and red pepper anthracnose in pot experiments. However, the treatment of the soluble concentrate formulations of 2R,3R-buanediol (GSL-SL) (active ingredient treated concentration = 0.1 mM) and 2R,3S-2,3-butanediol (GSM-SL) (active ingredient treated concentration = 1 mM) effectively suppressed the disease severity of bacterial wilt in tomato caused by Ralstonia solanacearum in pot experiments. Similarly, in the field trial, GSM-SL (active ingredient treated concentration = 1 mM) showed the strongest effect with control value of 86.6%, higher than Dazomet as a positive control treatment. 2,3-Butanediol also displayed a moderate disease control efficacy against dollar spot caused by Sclerotinia homoeocarpa in pot experiments. The 2,3-butanediol isomers also suppressed the development of bacterial spot disease on red pepper seedlings and tobacco mosaic virus (TMV) disease on the tomato seedlings. In order to elucidate the action mechanism of 2,3-butanediol against tomato bacterial wilt, the expression of the defense-related genes by 2,3-butanediol technical chemical was examined at the time of 1 day after treatment and 1 day after inoculation. As the results, treatment with 2,3-butanediol upregulated the expression of plant defense related genes associated of the salicylic acid pathway compared with untreated control. These results suggest that 2,3-butanediol may be a useful source to develop new biochemical fungicides with broad spectra.
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