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F. graminearum 및 F. asiaticum을 비롯한 여러 Fusarium에 의해 발생하는 붉은곰팡이병은 전 세계적으로 밀, 보리, 쌀 등 다양한 곡물에 흔히 발생하는 치명적인 식물병이다. 붉은곰팡이병은 병원균의 포자가 알곡에 직접적으로 침투하여 작물의 수확량을 감소시키고 품질을 저하시키는 등 많은 문제를 일으킨다. 이뿐만 아니라 병원균은 트리코쎄신(trichothecenes)과 지아라레논(zearalenone) 같은 ...

F. graminearum 및 F. asiaticum을 비롯한 여러 Fusarium에 의해 발생하는 붉은곰팡이병은 전 세계적으로 밀, 보리, 쌀 등 다양한 곡물에 흔히 발생하는 치명적인 식물병이다. 붉은곰팡이병은 병원균의 포자가 알곡에 직접적으로 침투하여 작물의 수확량을 감소시키고 품질을 저하시키는 등 많은 문제를 일으킨다. 이뿐만 아니라 병원균은 트리코쎄신(trichothecenes)과 지아라레논(zearalenone) 같은 진균독소를 생성하여 인간과 가축에 큰 피해를 입히고 있어 이를 방제하기 위하여 수십 년 동안 편리하고 높은 방제 효능을 가진 화학 살균제를 사용해왔다. 그러나, 화학 살균제의 장기간 사용은 병원균의 약제 저항성 발현 및 환경 오염과 같은 부작용을 야기하고 있다. 따라서 본 연구에서는 붉은곰팡이병의 친환경적인 방제를 위해 벼에서 분리한 Bacillus velezensis JCK-7158을 선발하였다. B. velezensis JCK-7158은 세포 외 효소(protease, chitinase, gelatinase 및 cellulase), 식물 성장 호르몬인 인돌-3-아세트산(indole-3-acetic acid) 및 2,3-부탄디올(2,3-butanediol; BDO)의 전구체인 아세토인(acetoin)을 생성하였다. B. velezensis JCK-7158은 다양한 식물병원성 진균에 대해 광범위한 항진균 활성을 보였고, 활성 항진균 화합물로서 이투린 에이(iturin A), 설팩틴(surfactin) 및 다양한 휘발성 물질을 생성함을 확인하였다. 또한, PR1 유전자 프로모터가 형질전환된 애기장대 식물을 이용하여 GUS 염색검정법을 수행하여B. velezensis JCK-7158이 식물에 저항성을 유도함을 확인하였다. 온실 실험에서, B. velezensis JCK-7158 배양액 및 이것의 분무 건조물을 이용하여 제제화한 액상수화제는 1,000배 희석액에서 벼 붉은곰팡이병을 각각 50% 및 66% 방제하였다. 또한 현장 실험에서 B. velezensis JCK-7158액상수화제는 1,000배 희석액에서 벼 붉은곰팡이병의 발생을 55% 억제하고 니발레놀(nivalenol)의 생산을 40% 감소시켰다. B. velezensis JCK-7158 처리는 병원체 접종 전후에 살리실산, 자스몬산, 에틸렌 및 ROS 신호전달 경로에 관련된 식물 방어 마커 유전자의 발현을 증가시킴으로써 낮은 농도에서도 벼 붉은곰팡이병에 대한 방제효과가 나타난 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 B. velezensis JCK-7158이 직접적으로 병원균을 억제할 뿐만 아니라 저항성을 유도하는 관련 유전자들을 발현시킴으로써 벼 붉은곰팡이병을 효과적으로 방제할 수 있음을 확인하였다. 따라서 B. velezensis JCK-7158은 붉은곰팡이병 방제를 위한 생물학적 방제제로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Fusarium head blight (FHB) is a destructive disease in wheat, barley, rice, and other cereal crops worldwide caused by several species of Fusarium, most notably F. graminearum and F. asiaticum. In addition, FHB causes extensive yield and quality losses by damaging Fusarium kernels and their associat...

Fusarium head blight (FHB) is a destructive disease in wheat, barley, rice, and other cereal crops worldwide caused by several species of Fusarium, most notably F. graminearum and F. asiaticum. In addition, FHB causes extensive yield and quality losses by damaging Fusarium kernels and their associated mycotoxins, such as trichothecenes and zearalenone, which are toxic to animals and humans. For decades, chemical fungicides have been used to control FHB due to their convenience and high control efficacy. However, the prolonged usage of chemical fungicides has caused adverse effects, such as the emergence of drug resistance to pathogens and environmental pollution. In this study, Bacillus velezensis JCK-7158 isolated from rice was selected as an eco-friendly alternative to chemical disinfectants for FHB management. B. velezensis JCK-7158 produced extracellular enzymes (protease, chitinase, gelatinase, and cellulase), the plant growth hormone indole-3-acetic acid, and acetoin, a precursor of 2,3-BDO. B. velezensis JCK-7158 showed broad antagonistic activity against various phytopathogenic fungi and produced iturin A, surfactin, and volatile substances as active antifungal compounds. B. velezensis JCK-7158 enhanced the PR1 gene expression as a resistance-inducing activity using the transgenic Arabidopsis plants expressing the β-glucuronidase (GUS) fused with the PR1 gene promoter. The treatments of the culture broth and the suspension concentrate type formulation of B. velezensis JCK-7158 at 1,000-fold dilution reduced the development of FHB by 50% and 66%, respectively, under greenhouse conditions. In the field experiment, the suspension concentrate type formulation of B. velezensis JCK-7158, at 1,000-fold dilution, also effectively controlled the development of FHB with control value of 55% and reduced the production of nivalenol by 40%. Interestingly, the treatment with B. velezensis JCK-7158 enhanced the expression of plant defense marker genes in salicylic acid, jasmonic acid, ethylene, and ROS signaling pathways before and after FHB inoculation. Taken together, this study supports that B. velezensis JCK-7158 has the potential as a new biological control agent for FHB control.

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