[국내논문]리그노셀룰로오스 생물학적 분해를 이용한 간단한 양송이 육종효율 우수 균주 선발 A simple screening method using lignoceullulose biodegradation for selecting effective breeding strains in Agaricus bisporus원문보기
양송이의 국내 생산량은 9,732톤으로 5번째로 가장 많이 생산되는 버섯이다. 양송이가 속한 주름버섯속은 리그노셀룰로오스 분해력을 가진 버섯으로 알려져 있다. 양송이의 영양생장과 생식생장동안 기본적으로 셀룰로오스, 해미셀룰로오스, 리그닌 성분의 분해는 변화한다. 우리는 양송이에서 celluase, xylanase, ligninolytic enzyme의 세포외효소 활성도로 효과적인 생물학적 분해력을 가진 균주를 선발하였다. 각 효소의 생물학적 분해는 0.5% CMC-MMP ((malt-mops-peptone), 0.5% Xylan-MMP, 0.5% ligin-MMP 배지에서 14일 동안 균주들을 배양하여 측정하였다. 그리고 배양된 균사체는 0.2% trypan blue에 염색되었다. MMP배지내 각 효소의 생물학적 분해의 효율성에 따라 선발된 균주 18점은 6개로 그룹화되었다. 또한 이 균주들은 볏짚발효퇴비배지에서의 균사생장과 세포외효소 활성도의 연관성을 알아보기 위해 볏짚발효퇴비배지에서 10일, 20일 각각 배양되었다. 본 연구로 ligninolytic enzyme 활성도가 볏짚발효퇴비배지에서의 균사배양과 상관도가 가장 높아 균주내 ligninolytic enzyme의 활성도 비교로 볏짚발효퇴비배지에서 균사배양이 우수한 균주를 간단하게 선발 할 수 있다고 사료된다.
양송이의 국내 생산량은 9,732톤으로 5번째로 가장 많이 생산되는 버섯이다. 양송이가 속한 주름버섯속은 리그노셀룰로오스 분해력을 가진 버섯으로 알려져 있다. 양송이의 영양생장과 생식생장동안 기본적으로 셀룰로오스, 해미셀룰로오스, 리그닌 성분의 분해는 변화한다. 우리는 양송이에서 celluase, xylanase, ligninolytic enzyme의 세포외효소 활성도로 효과적인 생물학적 분해력을 가진 균주를 선발하였다. 각 효소의 생물학적 분해는 0.5% CMC-MMP ((malt-mops-peptone), 0.5% Xylan-MMP, 0.5% ligin-MMP 배지에서 14일 동안 균주들을 배양하여 측정하였다. 그리고 배양된 균사체는 0.2% trypan blue에 염색되었다. MMP배지내 각 효소의 생물학적 분해의 효율성에 따라 선발된 균주 18점은 6개로 그룹화되었다. 또한 이 균주들은 볏짚발효퇴비배지에서의 균사생장과 세포외효소 활성도의 연관성을 알아보기 위해 볏짚발효퇴비배지에서 10일, 20일 각각 배양되었다. 본 연구로 ligninolytic enzyme 활성도가 볏짚발효퇴비배지에서의 균사배양과 상관도가 가장 높아 균주내 ligninolytic enzyme의 활성도 비교로 볏짚발효퇴비배지에서 균사배양이 우수한 균주를 간단하게 선발 할 수 있다고 사료된다.
The white button mushroom, Agaricus bisporus, is commercially the fifth most important edible mushroom, accounting for the production of 9,732 tons of mushrooms in Korea in 2015. The genus Agaricus has been known for its potential to degrade lignocellulosic materials. Chemical analyses carried out d...
The white button mushroom, Agaricus bisporus, is commercially the fifth most important edible mushroom, accounting for the production of 9,732 tons of mushrooms in Korea in 2015. The genus Agaricus has been known for its potential to degrade lignocellulosic materials. Chemical analyses carried out during the cultivation of A. bisporus indicated that the cellulose, hemicellulose, and lignin fractions were changed preferentially for both vegetative growth and sexual reproduction. We screened A. bisporus strains for effective biodegradation through extracellular enzyme activity using cellulase, xylanase, and ligninolytic enzymes. The enzyme biodegradations were conducted as follows: mycelia of collected strains were incubated in 0.5% CMC-MMP (malt-mops-peptone), 0.5 Xylan-MMP, and 0.5% lignin-MMP media for 14 days. Incubated mycelia were stained with 0.2% trypan blue. Eighteen strains were divided into 8 groups based on different extracellular enzyme activity in MMP media. These strains were then incubated in sterilized compost and compost media for 20 days to identify correlations between mycelial growth in compost media and extracellular enzyme activity. In this study, the coefficient of determination was the highest between mycelial growth in compost media and ligninolytic enzyme activity. It is suggested that comparison with ligninolytic enzyme activity of the tested strains is a simple method of screening for rapid mycelial growth in compost to select good mother strains for the breeding of A. bisporus.
The white button mushroom, Agaricus bisporus, is commercially the fifth most important edible mushroom, accounting for the production of 9,732 tons of mushrooms in Korea in 2015. The genus Agaricus has been known for its potential to degrade lignocellulosic materials. Chemical analyses carried out during the cultivation of A. bisporus indicated that the cellulose, hemicellulose, and lignin fractions were changed preferentially for both vegetative growth and sexual reproduction. We screened A. bisporus strains for effective biodegradation through extracellular enzyme activity using cellulase, xylanase, and ligninolytic enzymes. The enzyme biodegradations were conducted as follows: mycelia of collected strains were incubated in 0.5% CMC-MMP (malt-mops-peptone), 0.5 Xylan-MMP, and 0.5% lignin-MMP media for 14 days. Incubated mycelia were stained with 0.2% trypan blue. Eighteen strains were divided into 8 groups based on different extracellular enzyme activity in MMP media. These strains were then incubated in sterilized compost and compost media for 20 days to identify correlations between mycelial growth in compost media and extracellular enzyme activity. In this study, the coefficient of determination was the highest between mycelial growth in compost media and ligninolytic enzyme activity. It is suggested that comparison with ligninolytic enzyme activity of the tested strains is a simple method of screening for rapid mycelial growth in compost to select good mother strains for the breeding of A. bisporus.
따라서 이를 보완할 정확하고 균일한 균주 선발방법이 필요하였다. 본 연구에서는 CDA배지의 단점을 보완할 수 있는 리그노셀룰로오스 분해력인 세포외효소 활성도를 이용하여 균사배양이 우수한 균주를 하고자 하였다.
제안 방법
하지만, 버섯재배시에는 후발효까지 완료된 배지를 사용한다(Yoo, 2015). 따라서 실질적으로 사용되는 볏짚발효퇴비배지와 세포외효소 활성도에 따른 균사배양의 상관도를 측정하기 위해, 우선 대조구로 살균된 볏짚발효퇴비배지와 무살균 볏짚발효퇴비배지의 균사배양 정도를 산술평균으로 비교하였다. 8개로 그룹화된 균주와 농촌진흥청에서 개발한 ‘새아’ (2010), ‘새도’ (2012), ‘새한’ (2013)을 대조구로 각 선발된 균주들은 균사배양길이 측정이 용이하기 위해 시험관에서 배양하였다.
대상 데이터
각 균주의 생물학적 분해력인 celluase, xylanase, ligninolytic enzyme 활성방법을 구축하기 위해 양송이균주는 ‘새도’품종으로, 대조구로는 Trichoderma harzianum (T. harzianum)를 사용하였다. 주로 양송이 균사를 배양하는 합성배지인 MMP배지는 10 g/l Malt-extract(BD Biosciences), 5 g/l Mycological peptone(BD Biosciences), 2.
1). 이 방법을 토대로 1966년부터 농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부 버섯과에서 수집한 균주 179점으로 실험을 진행하였다. 각 세포외활성도는 환의 크기를 산술 통계 처리한 것으로, celluase는 평균 10.
데이터처리
Table 2는 각 그룹에서 선발된 균주의 cellulase, xylanase, ligninolytic enzyme의 활성도를 산술평균한 수치이다. 또한 SAS프로그램을 활용하여 각 효소에서 그룹간 비교를 Duncan’s multiple range test로 표기하였다. 배양 초기인 7일째에서는 cellase와 xylanase의 활성도는 CA그룹에서 차이가 났고, 각 활성도가 낮은 그룹은 차이가 나지 않았다.
이론/모형
4). 이 결과를 토대로 각 세포외효소활성도와 발효볏짚퇴비배지내 균사배양의 상관도를 Excel 회귀분석으로 측정하였다. 각 세포외 효소 활성도를 나타내는 환의 크기와 발효볏짚퇴비배지내 균사배양길이의 상관관계를 조사한 결과 ligninolytic enzyme이 회귀분석 결정계수가 0.
성능/효과
본 연구로 xylanase 활성도가 높은 균주들이 살균 볏짚발효퇴비배지에서는 균사배양이 효과적이지만, 실질적으로 양송이 재배시 사용되는 볏짚발효퇴비배지에서는 ligninolytic enzyme 활성도가 높은 균주들이 균사배양이 잘되고, 활성도와 균사배양의 상관도도 높아 균주내 ligninolytic enzyme 활성도가 높은 균주를 선발하는 것이 볏짚발효퇴비배지에서 균사배양이 좋은 균주를 선발할 것으로 사료된다. 본 연구는 볏짚발효퇴비배지에서 균사배양이 우수한 균주를 생물학적 분해력을 측정하는 세포외효소 활성도 조사로 간단하게 균주를 선발할 수 있는 방법을 제공할 것으로 기대한다.
이때 무살균배지는 오염에 주의해야 한다. 측정한 결과 살균 볏짚발효퇴비배지에서는 xylanase 활성도가 높은 그룹의 균사배양길이가 10일과 20일 모두 길었으며, 모든 효소의 활성도가 낮은 그룹의 균사배양길이가 가장 짧았다. 그러나 무살균 볏짚발효퇴비배지에서 배양은 ligninolytic enzyme 활성도가 높은 그룹의 균사배양길이가 10일, 20일 모두 가장 길었다 (Fig.
후속연구
본 연구로 xylanase 활성도가 높은 균주들이 살균 볏짚발효퇴비배지에서는 균사배양이 효과적이지만, 실질적으로 양송이 재배시 사용되는 볏짚발효퇴비배지에서는 ligninolytic enzyme 활성도가 높은 균주들이 균사배양이 잘되고, 활성도와 균사배양의 상관도도 높아 균주내 ligninolytic enzyme 활성도가 높은 균주를 선발하는 것이 볏짚발효퇴비배지에서 균사배양이 좋은 균주를 선발할 것으로 사료된다. 본 연구는 볏짚발효퇴비배지에서 균사배양이 우수한 균주를 생물학적 분해력을 측정하는 세포외효소 활성도 조사로 간단하게 균주를 선발할 수 있는 방법을 제공할 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
양송이의 분류학적 위치는?
양송이는 담자균문, 담자균강, 담자균목, 주름버섯과, 주름버섯속에 속하는 버섯이다 (Cooke, 1871). 양송이가 속해 있는 주름버섯은 오랫동안 리그노셀룰로오스 분해력을 가진다고 알려져 있다 (Waksman and Nissen 1931; Gerrits et al, 1967).
양송이에 있는 리그닌 분해 효소는?
양송이재배에서는 볏짚이나 밀짚과 같은 리그노셀룰로오스 성분을 가진 재료로 영양분을 공 급하는 배지를 사용하기에, 리그노셀룰로오스 분해력은 양송이 재배에 매우 중요하다. 특히, 리그닌은 양송이 균사 배양하는 동안 주로 분해되며 (Durrant et al. 1991), laccase 분비에 의해 좌우되는 것으로 알려져 있다 (Wood, 1980).
CDA배지의 단점은 무엇인가?
국내 육성 품종을 지속적으로 개발하기 위해 효율적인 육종방법이 한데, 그 중 육종 모본이 되는 우수 유전자원의 선발 방법이 필요하다. 현재까지 발효퇴비배지(compost dextrose agar, CDA)를 활용하였지만, 이 배지의 주 재료인 퇴비배지의 상태에 따라 배지의 영양성분이 달라져, 일정한 균사배양이 어려운 단점이 있었다. 따라서 이를 보완할 정확하고 균일한 균주 선발방법이 필요하였다.
참고문헌 (10)
Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs. 2015. Production of crop for a special purpose in 2015.
Yoo Y. B. 2015. Mushroom (Cultivation and functionality). 35-38.
Cooke MC. 1871. Handbook of British Fungi. Macmilan and Co. London.
Durrant AJ, Wood DA, Cain RB. 1991. Lignocellulose biodegradation by Agaricus bisporus during solid substrate fermentation. J Gen Microbiol 137:751-755.
Oh YL, Jang KY, Kong WS, Shin PG, Oh MJ, Choi IG. 2016. Cultural and Morphological Characteristics of a New White Button Mushroom Cultivar 'Saedo'. Kor J Mycol 44(2):94-99.
Sonenberg ASM, Baars JJP, Hedrickx PM, Lavrijssen B, Gao W, Weijn A, Mes JJ. 2011. Breeding and strain protection in the button mushroom Agaricus bisporus, p.7-15. Proceedings of the 7th International Conference of the World Society for Mushroom Biology and Mushroom Products. France.
Waksman SA, Nissen W. 1931. Lignin as a nutrient for the cultivated mushroom Agaricus campestiris. Science 74:271-272.
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