[논문]국내 귀리의Fusarium속 균의 다양성 및 독소 화학형

최정혜; 나주영; 진현숙; 임수빈; 백지선; 이미정; 장자영; 이데레사; 홍성기; 김점순

doi:10.5423/rpd.2019.25.4.157

국내 귀리의Fusarium속 균의 다양성 및 독소 화학형
Identification and Chemotype Profiling of Fusarium Species in Korean Oat 원문보기

Research in plant disease = 식물병연구, v.25 no.4, 2019년, pp.157 - 163

최정혜 (국립농업과학원 유해생물팀) , 나주영 (국립농업과학원 유해생물팀) , 진현숙 (국립농업과학원 유해생물팀) , 임수빈 (국립농업과학원 유해생물팀) , 백지선 (국립농업과학원 유해생물팀) , 이미정 (국립농업과학원 유해생물팀) , 장자영 (국립농업과학원 유해생물팀) , 이데레사 (국립농업과학원 유해생물팀) , 홍성기 (국립농업과학원 작물보호과) , 김점순 (국립농업과학원 유해생물팀)

초록
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본 연구에서는 귀리에서 독성곰팡이 발생현황을 평가하기 위해 2017년 2018년 4월부터 6월까지 귀리 재배지 강진, 정읍을 정기적으로 모니터링 하였다. 총 745개의 곰팡이 균주를 형태학적 방법으로 분리한 후 마커 유전자 염기서열을 분석하여 동정하였다. 분리된 곰팡이의 약 92%가 Fusarium속 균주였고, Penicillium속(5.9%)과 Aspergillus속(2.1%) 순으로 분리되었다. Fusarium속 균주의 대부분이 F. asiaticum (83.1%)이었고, F. incarnatum (5.4%), F. proliferatum (3.5%), F. fujikuroi (2.8%), F. tricinctum species complex (FTSC) 11 (1.5%), F. graminearum (1.0%) 순으로 많이 분리되었다. F. asiaticum의 약 97%가 nivalenol 독소화학형이 있었고, 3-acetyl deoxynivalenol (3.2%) 독소화학형과 15-acetyl deoxynivalenol (0.4%) 독소화학형도 발견되었다. 선발된 Fusarium 균들의 병원성 실험결과 F. asiaticum이 실험에 사용된 모든 식물체에서 다양한 범위의 병원성을 나타내었다. 병증이 있는 종실에서 분리된 F. graminearum and FTSC 11 균주들은 쌀귀리에서 강한 병원성을 나타내었다. 또한 FTSC 11 균주를 제외한 모든 균주들이 쌀배지에서 nivalenol (0.2-7.6 ㎍/g), deoxynivalenol (0.03-6.1 ㎍/g), zearalenone (0.1-27.0 ㎍/g)을 생성하였다. 본 연구는 국내에서는 처음 보고되는 F. asiaticum에 의한 귀리의 붉은 곰팡이병 사례이다. 본 연구의 결과는 밀, 보리, 벼와 마찬가지로 F. asiaticum이국내귀리에서우점종임을보여준다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study aimed to assess the incidence and distribution of toxigenic fungi in Korean oat. Toxigenic fungi were isolated from oat samples collected from 12 oat fields from heading to harvest in 2017 and 2018. A total of 745 fungal colonies were isolated based on morphology and identified using marker genes. About 92% of the fungal isolates were Fusarium spp. and others were Penicillium (5.9%) and Aspergillus (2.1%). Fusarium isolates comprised mostly of F. asiaticum (83.1%), followed by F. incarnatum (5.4%), F. proliferatum (3.5%), F. fujikuroi (2.8%), F. tricinctum species complex (FTSC) 11 (1.5%) and F. graminearum (1.0%). About 97% of F. asiaticum was nivalenol type, and 3-acetyl deoxynivalenol (3.2%) and 15-acetyl deoxynivalenol (0.4%) types also were found. Pathogenicity test of the selected Fusarium isolates revealed that F. asiaticum isolates have a wide range of virulence depending on the tested plants. F. graminearum and FTSC 11 isolates from blighted spikelets were the most virulent in naked oat. All Fusarium isolates (n=18) except one (FTSC 11) produced nivalenol (0.2-7.6 ㎍/g), deoxynivalenol (0.03-6.1 ㎍/g), and zearalenone (0.1-27.0 ㎍/g) on rice medium. This study is first report that F. asiaticum causes Fusarium head blight disease of oat in Korea. These findings demonstrate the dominance of F. asiaticum in oat agroecosystems as in rice, wheat and barley in Korea.

주제어

표/그림 (6)

표 Table 1. Species diversity and composition of Fusarium isolated from Korean oat
그림 Fig. 1. A maximum likelihood tree of Fusarium species derived from combined sequences of EF-1α and RPB2 genes.
표 Table 2. Trichothecene chemotypes of Fusarium species isolated from Korean oat
그림 Fig. 2. Fusarium head blight symptom in naked oat (A), hulled oat (B), wheat (C), and barley (D).
표 Table 3. Pathogenicity of Fusarium species isolated from Korean oat
그림 Fig. 3. Level of mycotoxin production of Fusarium species isolated from Korean oat.

AI 본문요약
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문제 정의

국내의 경우 귀리는 벼의 윤작 작물로서 밀, 보리가 재배되는 지역에서 동일한 시기에 재배되어, 벼, 밀, 보리에서 발생되는 붉은곰팡이병의 발생이 우려된다. 따라서 본 연구에서는 2017년과 2018년 귀리 재배지에서 귀리를 수집하여 Fusarium 균주를 분리 동정하였고, 독소생성 및 병원성검정 등을 통해 우점종인 c F. asiaticum의 국내 귀리에서의 생화학적 특성을 평가하였다.
0 μg/g)을 생성하였다. 본 연구는 국내에서는 처음 보고되는 F. asiaticum에 의한 귀리의 붉은곰팡이병 사례이다. 본 연구의 결과는 밀, 보리, 벼와 마찬가지로 F.
본 연구에서는 귀리에서 독성곰팡이 발생현황을 평가하기 위해 2017년 2018년 4월부터 6월까지 귀리 재배지 강진, 정읍을 정기적으로 모니터링 하였다. 총 745개의 곰팡이 균주를 형태학적 방법으로 분리한 후 마커 유전자 염기서열을 분석하여 동정하였다.

제안 방법

100립을 무작위로 취하여 potato dextrose agar (PDA; streptomycin 600 μg/ml)에 치상하여 25°C 항온기에서 5일 동안 배양후 곰팡이 감염 현황을 조사하였다.
1) 프로그램을(Schloss 등, 2009) 이용하여 동일한 염기서열(99% 유사도)을 가지는 것을 대표균주로 MEGA-X 프로그램을(Kumar 등, 2018) 사용하여 maximum likelihood법으로 계통수를 작성하였다. Trichothecene은 TRI12와 TRI13 유전자(Ward 등, 2008)를 이용하여 Fusarium 균주의 독소화학형 분석을 실시하였다. 계통수 작성에 이용된 대표균주 염기서열은 GenBank (accession number MN810528–MN810557)에 등록하였다.
균 동정 및 다양성 분석을 위해 translation elongation factor 1-alpha (TEF-1α) (O’Donnell 등, 1998), internal transcribed spacers regions (White 등, 1990), RNA polymerase II (RPB2) (Liu 등, 1999) 유전자 염기서열을 분석하였다.
그리고 DON 또는 NIV를 생성하는 17개 균주 모두가 0.14–26.9 μg/g의 범위에서 ZEA를 생성하였다.
단일 colony를 형성한 Fusarium 속 균주를 귀리 종실로부터 분리하여 포자형성을 위해 carnation leaf agar에 균총을 접종 후 near ultraviolet이 12시간/1일 조사되는 25°C 항온기에서 2주간 배양하였다.
붉은곰팡이병 증상을 나타낸 귀리에서 분리된 균주들 중 12개의 Fusarium 균주를 선발하여 쌀귀리(조양), 겉귀리(삼한), 밀(금강), 보리(다향)에 대하여 병원성 검정을 실시하였다. 이전 연구를 통해, 밀, 보리, 벼, 옥수수에서 분리된 Fusarium 6개 균주를 선발하여 대조구로 교차실험을 실시하였다.
붉은곰팡이병을 나타낸 귀리에서 분리한 12개 Fusarium 균주와 다른 식물체에서 분리된 6개의 대조 균주를 선발하여 병원성 검정을 실시하였다. 병원성 검정에 사용된 균주는 F.
이전 연구를 통해, 밀, 보리, 벼, 옥수수에서 분리된 Fusarium 6개 균주를 선발하여 대조구로 교차실험을 실시하였다. 선발된 균주는 carboxymethyl celluose 액체배지에서 5일간 현탁배양하여 포자를 형성시킨 후 원심분리를 이용하여 포자를 포집하였다. 포자현탁액은 농도 1×10⁵ spores/ml로 적정 후 개화기 식물체에 분무하였다.
붉은곰팡이병 증상을 나타낸 귀리에서 분리된 균주들 중 12개의 Fusarium 균주를 선발하여 쌀귀리(조양), 겉귀리(삼한), 밀(금강), 보리(다향)에 대하여 병원성 검정을 실시하였다. 이전 연구를 통해, 밀, 보리, 벼, 옥수수에서 분리된 Fusarium 6개 균주를 선발하여 대조구로 교차실험을 실시하였다. 선발된 균주는 carboxymethyl celluose 액체배지에서 5일간 현탁배양하여 포자를 형성시킨 후 원심분리를 이용하여 포자를 포집하였다.
포자현탁액은 농도 1×10⁵ spores/ml로 적정 후 개화기 식물체에 분무하였다. 접종 후 식물체는 비닐을 덮어 3일간 수분을 유지하였으며, 20일 동안 온실에서 유지시킨 후 이병립률 평가를 통해 병원성을 조사하였다. 병원성 검정에 이용한 F.
본 연구에서는 귀리에서 독성곰팡이 발생현황을 평가하기 위해 2017년 2018년 4월부터 6월까지 귀리 재배지 강진, 정읍을 정기적으로 모니터링 하였다. 총 745개의 곰팡이 균주를 형태학적 방법으로 분리한 후 마커 유전자 염기서열을 분석하여 동정하였다. 분리된 곰팡이의 약 92%가 Fusarium속 균주였고, Penicillium 속(5.
단일 colony를 형성한 Fusarium 속 균주를 귀리 종실로부터 분리하여 포자형성을 위해 carnation leaf agar에 균총을 접종 후 near ultraviolet이 12시간/1일 조사되는 25°C 항온기에서 2주간 배양하였다. 형성된 분생포자는 water agar에 도말 후 실체현미경을 이용하여 단포자 분리를 실시하였다.

대상 데이터

2017년과 2018년 4월부터 6월까지 강진과 정읍의 귀리 재배지 12개 포장에서 생육단계에 따라 출수기, 개화기, 유숙기, 황숙기, 수확기에 귀리 종실을 수집하였다. 총 101개의 시료는 1% NaOCl 용액으로 2분간 표면 소독, 2회 멸균수 세척, 멸균 여과지로 수분을 제거하였다.
붉은곰팡이병을 나타낸 귀리에서 분리한 12개 Fusarium 균주와 다른 식물체에서 분리된 6개의 대조 균주를 선발하여 병원성 검정을 실시하였다. 병원성 검정에 사용된 균주는 F. asiaticum, F. graminearum, F. vorosii, FTSC 11 등 4개 Fusarium 종이다. 접종 20일 후 종실의 갈변이 확인되었으며, 심한 경우 균체가 응집되거나 종실이 고사하였다(Fig.
병원성 검정에 이용한 F. asiaticum (P4, P8, P14), FTSC 11 (O121), F. graminearum (O517), F. vorosii (S33)등 6개 대표균주는 농업유전자원정보센터(Korean Agricultural Culture Collection: 기탁번호 KACC 48824–48829)에 기탁하였다.
병원성 실험에서 선발된 18개 균주는 쌀배지에서 생성되는 독소를 분석하였다. PDA에 5일간 배양한 균주는 cork borer (직경 5 mm)로 잘라 멸균된 쌀배지(장립종 쌀 30 g, 물 18 ml)에 접종하여 25ºC에서 3주간 배양하였다.
2017년과 2018년 4월부터 6월까지 강진과 정읍의 귀리 재배지 12개 포장에서 생육단계에 따라 출수기, 개화기, 유숙기, 황숙기, 수확기에 귀리 종실을 수집하였다. 총 101개의 시료는 1% NaOCl 용액으로 2분간 표면 소독, 2회 멸균수 세척, 멸균 여과지로 수분을 제거하였다. 100립을 무작위로 취하여 potato dextrose agar (PDA; streptomycin 600 μg/ml)에 치상하여 25°C 항온기에서 5일 동안 배양후 곰팡이 감염 현황을 조사하였다.

이론/모형

Fusarium 균주 배양체로부터 genomic DNA를 Chi 등(2009)의 방법을 이용하여 추출하였다. 균 동정 및 다양성 분석을 위해 translation elongation factor 1-alpha (TEF-1α) (O’Donnell 등, 1998), internal transcribed spacers regions (White 등, 1990), RNA polymerase II (RPB2) (Liu 등, 1999) 유전자 염기서열을 분석하였다.
Nivalenol (NIV), deoxynivalenol (DON), zearalenone (ZEA)은 면역친화성 컬럼(immune-affinity column)법을 이용하여 전처리하였으며, liquid chromatography–mass spectrometry를 이용하여 독소를 정량분석하였다(Jang 등, 2018).
TEF-1α (634 bp)와 RPB2 (860 bp) 유전자 염기서열은 DNASTAR (Lasergene 15, Madison, WI, USA)를 이용하여 교정 후 MOTHUR (v.1.35.1) 프로그램을(Schloss 등, 2009) 이용하여 동일한 염기서열(99% 유사도)을 가지는 것을 대표균주로 MEGA-X 프로그램을(Kumar 등, 2018) 사용하여 maximum likelihood법으로 계통수를 작성하였다.
계통수 작성에 이용된 대표균주 염기서열은 GenBank (accession number MN810528–MN810557)에 등록하였다.

성능/효과

독소화학형에 따른 병원성의 차이를 비교한 결과, DON 화학형의 균주들이 NIV 화학형의 균주들과 비교해 모든 실험 식물체에서 강한 병원성을 나타내었다. 15ADON 화학형의 F. graminearum O517이 쌀귀리에 대해 81.9%, 밀에 대해 45.0%의 이병종자율을 보였다. 3ADON 화학형의 F.
Alternaria, Epicoccum, Cladosporium속 균은 채집된 모든 시료에서 검출되었으며, 각 속의 발생빈도는 시료의 74.2±22.7% (mean±standard deviation), 46.9±29.1%, 33.5±34.0%로 나타났다.
0%) 순으로 많이 분리되었다. F. asiaticum의 약 97%가 nivalenol 독소화학형이 있었고, 3-acetyl deoxynivalenol (3.2%) 독소화학형과 15-acetyl deoxynivalenol (0.4%) 독소화학형도 발견되었다. 선발된 Fusarium 균들의 병원성 실험결과 F.
각 귀리 시료에서 종실 100립 중 3개 속들에 의한 감염율은 Fusarium속이 19.3±25.0%, Aspergillus속이 1.8±1.0%, Penicillium속은 2.0±1.7%로 나타났다.
강진과 정읍에서 귀리 성장단계에 따라 종실을 수집하여 곰팡이 감염률을 조사한 결과 Alternaria, Epicoccum, Cladosporium, Fusarium속 순으로 우점하였다. Alternaria, Epicoccum, Cladosporium속 균은 채집된 모든 시료에서 검출되었으며, 각 속의 발생빈도는 시료의 74.
귀리 시료로부터 분리한 총 685개의 Fusarium 속 균주들의 TEF-1α 유전자와 RPB2 유전자 염기서열을 병합하여 계통수를 작성한 결과 대부분의 균주들이 FSAMSC, F. incarnatum-equiseti 종 복합체(F. incarnatum-equiseti species complex, FIESC) 그리고 F. fujikuroi 종 복합체 내에서 유전적 그룹을 형성하였다(Fig. 1).
asiaticum가 실험에 사용된 모든 식물체에서 다양한 범위의 병원성을 나타내었다(Table 3). 귀리에서 분리된 F. asiaticum 10개 균주는 쌀귀리에서 강한 병원성을 나타내었고, 밀, 겉귀리, 보리 순이었다. 귀리에서 분리된 F.
asiaticum 10개 균주는 쌀귀리에서 강한 병원성을 나타내었고, 밀, 겉귀리, 보리 순이었다. 귀리에서 분리된 F. graminearum O517 균주와 FTSC 11 O121균주는 쌀귀리에서 70% 이상의 이병종자율을 나타내었고, 겉귀리의 경우에도 O121 균주가 36.2%의 이병종자율을 나타내었다. 밀과 벼에서 분리된 F.
귀리에서 분리된 Fusarium속 균주의 독소화학형을 분석한 결과 국내의 귀리는 NIV 화학형의 F. asiaticum이 96.4%의 높은 비율로 우점하였다(Table 2). 3-Acetyl deoxynivalenol (3ADON)과 15-acetyl deoxynivalenol (15ADON) 화학형의 F.
asiaticum인 Bh는 쌀귀리에서 병원성이 강했고, 다른 3개 식물체에 대해서는 비슷한 수준의 병원성을 확인하였다. 독소화학형에 따른 병원성의 차이를 비교한 결과, DON 화학형의 균주들이 NIV 화학형의 균주들과 비교해 모든 실험 식물체에서 강한 병원성을 나타내었다. 15ADON 화학형의 F.
2). 병원성 검정 결과, 귀리에서 분리된 F. asiaticum가 실험에 사용된 모든 식물체에서 다양한 범위의 병원성을 나타내었다(Table 3). 귀리에서 분리된 F.
병원성 검정에 사용한 선발균주 18종에 대한 쌀배지에서의 DON, NIV, ZEA 독소생성능을 정량분석한 결과 FTSC 11을 제외한 모든 균주가 독소를 생성하였다(Fig. 3). NIV 화학형의 13개 균주는 0.
asiaticum이 실험에 사용된 모든 식물체에서 다양한 범위의 병원성을 나타내었다. 병증이 있는 종실에서 분리된 F. graminearum and FTSC 11 균주들은 쌀귀리에서 강한 병원성을 나타내었다. 또한 FTSC 11 균주를 제외한 모든 균주들이 쌀배지에서 nivalenol (0.
asiaticum에 의한 귀리의 붉은곰팡이병 사례이다. 본 연구의 결과는 밀, 보리, 벼와 마찬가지로 F. asiaticum이 국내 귀리에서 우점종임을 보여준다.
1). 분리된 Fusarium 속 균주는 F. asiaticum이 83.1% (569 균주)로 가장 우점하였으며, F. incarnatum, F. proliferatum, F. fujikuroi, FTSC 11, F. graminearum 순으로 분리되었다(Table 1). FIESC 내에서는 3개 균주만이 F.
총 745개의 곰팡이 균주를 형태학적 방법으로 분리한 후 마커 유전자 염기서열을 분석하여 동정하였다. 분리된 곰팡이의 약 92%가 Fusarium속 균주였고, Penicillium 속(5.9%)과 Aspergillus속(2.1%) 순으로 분리되었다. Fusarium속 균주의대부분이F.
또한 총 745개의 곰팡이 균주를 분리, 동정하였다. 분리된 곰팡이의 약 92%가 Fusarium속 균주였고, Penicillium속(5.9%)과 Aspergillus속(2.1%) 순으로 분리되었다(Supplementary Table 1).
4%) 독소화학형도 발견되었다. 선발된 Fusarium 균들의 병원성 실험결과 F. asiaticum이 실험에 사용된 모든 식물체에서 다양한 범위의 병원성을 나타내었다. 병증이 있는 종실에서 분리된 F.
0%로 나타났다. 주요 독성곰팡이인 Fusarium, Aspergillus, Penicillium속의 경우, 각각 80%, 15.6%, 31.2%의 귀리시료가 감염된 것으로 나타났다. 각 귀리 시료에서 종실 100립 중 3개 속들에 의한 감염율은 Fusarium속이 19.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	귀리의 주된 사용 용도는?	)는 옥수수, 벼, 밀, 보리, 수수와 더불어 세계적으로 재배되는 작물 중의 하나이다. 유럽, 아메리카 등이 주 재배지이며, 대부분 사료용으로 재배되나, 일부 식용으로도 재배되고 있다. 2018년 현재 세계 귀리 총생산량은 지난 20년 동안 30% 감소하였고, 지속적으로 감소하고 있는 추세이다(Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2017).
	귀리란 무엇인가?	귀리(Avena sativa L.)는 옥수수, 벼, 밀, 보리, 수수와 더불어 세계적으로 재배되는 작물 중의 하나이다. 유럽, 아메리카 등이 주 재배지이며, 대부분 사료용으로 재배되나, 일부 식용으로도 재배되고 있다.
	귀리가 함유하는 기능성물질은?	이는 귀리가 ‘슈퍼푸드’로 알려지면서 국내에서 소비가 늘고 있기 때문이다. 귀리는 필수아미노산, 칼슘의 함량이 높고, 섬유질(b-glucan), 폴리페놀, 비타민, 불포화지방산 등 다양한 기능성물질을 함유하고 있다(Charalampopoulos 등, 2002; Juvonen 등, 2009; Maki 등, 2003).

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동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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