[논문]Puccinia sp.에 의한 이팝나무 잎녹병 발생 및 중간기주 보고

유난희; 박애란; 윤혁준; 손연경; 이병희; 김진철

doi:10.5423/rpd.2020.26.3.179

Puccinia sp.에 의한 이팝나무 잎녹병 발생 및 중간기주 보고
First Report of Rust Disease on Fringe Tree by Puccinia sp. and Its Alternative Host 원문보기

Research in plant disease = 식물병연구, v.26 no.3, 2020년, pp.179 - 182

유난희 (전남대학교 농화학과) , 박애란 (전남대학교 농화학과) , 윤혁준 (국립생물자원관 유용자원분석과) , 손연경 (국립생물자원관 유용자원분석과) , 이병희 (국립생물자원관 유용자원분석과) , 김진철 (전남대학교 농화학과)

초록
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2018년 7월 전라남도 강진군의 가로수 전체 이팝나무에 심각한 녹병증상이 발견되어 잎을 채집하였다. 채집한 이팝나무 잎 앞면에서 황색 및 갈색의 병반과 잎 뒷면에서 황색의 녹포자기가 관찰되었고, 현미경아래에서 41.2 ㎛ 크기의 구형 녹포자와 28.84 ㎛ 크기의 구형 하포자가 확인되었다. 이팝나무 녹병균의 부분 small subunit rRNA, internal transcribed spacer (ITS) 1, 5.8S rRNA, ITS2, 부분 large subunit rRNA 염기서열을 이용하여 계통학적 유연관계를 분석한 결과, 대나무 녹병균으로 보고 되어져 있는 Puccinia kusanoi와 가까운 근연관계를 가지고 있었다. 또한 2019년 5월 무위사로 이팝나무 주변에 식재된 대나무에서도 녹병 병징이 관찰되었고, 잎 뒷면에서 동포자퇴와 동포자를 확인하였으며, 대나무에서 채집한 동포자의 염기서열 분석 결과, 이팝나무 녹병균과 100% 일치하였다. 본 논문은 대나무 녹병균으로 알려진 P. kusanoi와 근연관계가 가까운 새로운 종 Puccinia sp. JCK-KCFR1 strain (MT729824)가 국내에서 이팝나무와 대나무를 기주교대하며 녹병을 발생시키는 것을 처음으로 보고한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In July 2018, a serious rust symptom was found throughout the fringe trees planted in Gangjin-gun, Korea. Yellow and brown spots were observed on the adaxial (topside) surface of the collected fringe tree leaves, and yellow color aecia were observed on the abaxial (underside) surface leaves. The size of aeciospore and urediniospores of JCK-KCFR1 strain were measured to 41.2 ㎛ (Φ) and 28.84 ㎛ (Φ) with a light microscope. Phylogenetic analysis of the small subunit rRNA, internal transcribed spacer, and large subunit rRNA region indicated that JCK-KCFR1 strain is novel species of the genus Puccinia and closely related to Puccinia kusanoi, which has been reported a rust pathogen on bamboo. In May 2019, rust symptoms were also discovered on the bamboo leaves planted around the fringe tree on Muwisa-ro, and their telia and teliospores were observed on the abaxial leaf surfaces of the bamboo with 100% sequence homology with the rust of the fringe tree. This is the first report that Puccinia sp. JCK-KCFR1 is a new species that requires both primary (fringe tree) and alternative (bamboo) host plants to complete its life cycle in Korea.

주제어

표/그림 (3)

그림 Fig. 1. Rust disease caused by Puccinia sp. JCK-KCFR1 strain (MT729824) on fringe tree (Chionanthus retusus). (A) Symptoms of rust disease on leaves in July 2018. (B) Aecia of infected leaf back side. (C, D) Urediniospore and aeciospore by light microscope.
그림 Fig. 2. Maximum likelihood phylogeny based on the small subunit rRNA, internal transcribed spacer, large subunit rRNA sequences. Branch support >45% from maximum parsimony bootstrap is indicated. The bootstrap consensus tree was inferred from 1,000 replicate and those above 90% indicated by bold lines. Bar=number of nucleotide substitutions per site.
그림 Fig. 3. Rust disease caused by Puccinia sp. JCK-KCFR1 strain (MT729824) on Bamboo. (A) Symptoms of rust disease on leaves in May 2019. (B) Close-up of infected leaf back side. (C) Teliospores by light microscope.

AI 본문요약
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문제 정의

JCK-KCFR1 strain (MT729824)에 의해 발생하였다는 것을 규명하였다. 더불어 이팝나무와 대나무가 기주교대하면서 병환을 완성하는 것을 처음으로 보고하는 바이다.
본 논문에서는 전라남도 강진군 성전면 무위사로 일대 이팝 나무 가로수에서 하절기 대대적으로 발생하는 녹병 병원균을 염기서열 분석을 통하여 동정하였고, 관찰된 녹병균에 대한 형태적 특징 및 계통학적 유연관계를 분석하고, 이팝나무 녹병균의 동절기 중간기주식물을 확인하여 보고하고자 한다. 또한 본 연구를 바탕으로 이팝나무 녹병의 효과적인 방제연구에 활용하고자 한다.
본 논문에서는 전라남도 강진군 성전면 무위사로 일대 이팝 나무 가로수에서 하절기 대대적으로 발생하는 녹병 병원균을 염기서열 분석을 통하여 동정하였고, 관찰된 녹병균에 대한 형태적 특징 및 계통학적 유연관계를 분석하고, 이팝나무 녹병균의 동절기 중간기주식물을 확인하여 보고하고자 한다. 또한 본 연구를 바탕으로 이팝나무 녹병의 효과적인 방제연구에 활용하고자 한다.

제안 방법

채집한 녹포자에서 NucleoSpin Plant II kit (Macherey-Nagel, Düren, Germany)를 이용한 추출법으로 genomic DNA를 추출하였고, Beenken 등(2012)이 보고한 small subunit rRNA, internal transcribed spacer, large subunit rRNA 부위를 증폭할 수 있는 특이 primer 세트 LRust1R와 LR6로 PCR을 수행하였다. PCR 후 증폭산물을 1% agarose gel에서 전기영동하여 band를 확인한 후, 염기서열 분석을 의뢰하였다(Genotech, Daejeon, Korea). PCR 증폭산물의 크기는 726 bp로 확인되었고, JCK-KCFR1의 염기서열을 NCBI BLAST 진행한 결과, Shen 등(2017)이 보고한 타이완의 옥산죽 Yushan Cane (Yushania niitakayamensis)의 녹병균 Puccinia kusanoi TNM F0029955 (KX610657)과 97.
PCR 후 대나무 동포자의 증폭산물과 726 bp의 이팝나무 녹포자의 증폭산물을 함께 1% agarose gel에서 전기영동한 결과, 두 증폭산물의 DNA 사이즈가 일치하는 것을 확인하였다. 대나무 녹병 동포자에서 얻은 PCR 증폭된 산물의 염기서열 분석 역시 의뢰하였다(Genotech). 그 결과, 대나무 동포자에서 얻은 염기서열이 이팝나무 녹병균의 염기서열 Puccinia sp.
3C). 발병포장에서 채취한 대나무 잎 뒷면 동포자퇴에서 동포자를 채집하여 이팝나무의 녹병 병원균의 염기서열 분석과 같은 방법으로 genomic DNA를 추출하였고, 같은 primer를 사용하여 증폭하였다. PCR 후 대나무 동포자의 증폭산물과 726 bp의 이팝나무 녹포자의 증폭산물을 함께 1% agarose gel에서 전기영동한 결과, 두 증폭산물의 DNA 사이즈가 일치하는 것을 확인하였다.
병원균 형태적 특징은 광학현미경(BX53, Olympus, Tokyo, Japan)을 이용하여 400–1,000배 배율로 관찰하였다.
3A, B). 병원균 형태적 특징을 광학현미경(BX53, Olympus)으로 관찰한 결과, 잎 뒷면에서 동포자퇴와 동포자(teliospore)를 관찰하였다(Fig. 3C). 발병포장에서 채취한 대나무 잎 뒷면 동포자퇴에서 동포자를 채집하여 이팝나무의 녹병 병원균의 염기서열 분석과 같은 방법으로 genomic DNA를 추출하였고, 같은 primer를 사용하여 증폭하였다.
병원균의 계통학적 유연관계 분석. 관찰된 이팝나무 녹병균의 분자계통학적 유연관계를 분석하기 위하여 발병포장에서 채취한 이팝나무 잎 뒷면 녹포자기에서 녹포자를 채집하였다.
채집한 녹포자에서 NucleoSpin Plant II kit (Macherey-Nagel, Düren, Germany)를 이용한 추출법으로 genomic DNA를 추출하였고, Beenken 등(2012)이 보고한 small subunit rRNA, internal transcribed spacer, large subunit rRNA 부위를 증폭할 수 있는 특이 primer 세트 LRust1R와 LR6로 PCR을 수행하였다.

대상 데이터

발병과 병징. 2018년 7월 전라남도 강진군 성전면 무위사로에 식재된 가로수 모든 이팝나무의 잎 표면에서 황색 반점이 심각하게 발생하였다. 특히 잎 앞면과 잎자루에서 황색 반점과 황색 반점 중앙에 갈색 반점이 관찰되었고, 잎 뒷면에서는 황색 돌기 모양의 녹포자기(aecium)가 관찰되었다(Fig.
2018년 7월 전라남도 강진군의 가로수 전체 이팝나무에 심각한 녹병증상이 발견되어 잎을 채집하였다. 채집한 이팝나무 잎 앞면에서 황색 및 갈색의 병반과 잎 뒷면에서 황색의 녹포자기가 관찰되었고, 현미경아래에서 41.
중간기주 확인. 2019년 5월 전라남도 강진군 성전면 무위사로에 식재된 이팝나무 주변 대나무의 잎 앞면에서 녹병 병징을 관찰하였고, 잎 뒷면에서 짙은 갈색으로 돌출되고 산재한 동포자퇴(telium)를 관찰하였다(Fig. 3A, B). 병원균 형태적 특징을 광학현미경(BX53, Olympus)으로 관찰한 결과, 잎 뒷면에서 동포자퇴와 동포자(teliospore)를 관찰하였다(Fig.
병원균의 계통학적 유연관계 분석. 관찰된 이팝나무 녹병균의 분자계통학적 유연관계를 분석하기 위하여 발병포장에서 채취한 이팝나무 잎 뒷면 녹포자기에서 녹포자를 채집하였다. 채집한 녹포자에서 NucleoSpin Plant II kit (Macherey-Nagel, Düren, Germany)를 이용한 추출법으로 genomic DNA를 추출하였고, Beenken 등(2012)이 보고한 small subunit rRNA, internal transcribed spacer, large subunit rRNA 부위를 증폭할 수 있는 특이 primer 세트 LRust1R와 LR6로 PCR을 수행하였다.

데이터처리

이팝나무 녹병균의 726 bp 염기서열은 NCBI GenBank 에 Puccinia sp. JCK-KCFR1 strain (MT729824)으로 등록하였고, BLAST 결과를 통해 상동성이 있는 염기서열들을 이용하여 MEGA 6.0 프로그램의 maximum parsimony 분석법으로 maximum likelihood 계통도를 통하여 근연관계를 분석하였다(Dixon 등, 2010; Tamura 등, 2013). 그 결과, P.

성능/효과

그 결과, 대나무 동포자에서 얻은 염기서열이 이팝나무 녹병균의 염기서열 Puccinia sp. JCKKCFR1 strain (MT729824)과 정확히 일치하는 것을 확인하였다.
PCR 후 증폭산물을 1% agarose gel에서 전기영동하여 band를 확인한 후, 염기서열 분석을 의뢰하였다(Genotech, Daejeon, Korea). PCR 증폭산물의 크기는 726 bp로 확인되었고, JCK-KCFR1의 염기서열을 NCBI BLAST 진행한 결과, Shen 등(2017)이 보고한 타이완의 옥산죽 Yushan Cane (Yushania niitakayamensis)의 녹병균 Puccinia kusanoi TNM F0029955 (KX610657)과 97.53%로 상동성이 가장 높은 것으로 확인되었다. 이팝나무 녹병균의 726 bp 염기서열은 NCBI GenBank 에 Puccinia sp.
발병포장에서 채취한 대나무 잎 뒷면 동포자퇴에서 동포자를 채집하여 이팝나무의 녹병 병원균의 염기서열 분석과 같은 방법으로 genomic DNA를 추출하였고, 같은 primer를 사용하여 증폭하였다. PCR 후 대나무 동포자의 증폭산물과 726 bp의 이팝나무 녹포자의 증폭산물을 함께 1% agarose gel에서 전기영동한 결과, 두 증폭산물의 DNA 사이즈가 일치하는 것을 확인하였다. 대나무 녹병 동포자에서 얻은 PCR 증폭된 산물의 염기서열 분석 역시 의뢰하였다(Genotech).
그 결과, 28.84 µm 크기의 구형의 하포자(urediniospore)와 41.2 µm 크기의 구형의 녹포자(aeciospore)가 관찰되었다(Fig. 1C, D).
8S rRNA, ITS2, 부분 large subunit rRNA 염기서열을 이용하여 계통학적 유연관계를 분석한 결과, 대나무 녹병균으로 보고되어져 있는 Puccinia kusanoi와 가까운 근연관계를 가지고 있었다. 또한 2019년 5월 무위사로 이팝나무 주변에 식재된 대나무에서도 녹병 병징이 관찰되었고, 잎 뒷면에서 동포자퇴와 동포자를 확인하였으며, 대나무에서 채집한 동포자의 염기서열 분석 결과, 이팝나무 녹병균과 100% 일치하였다. 본 논문은 대나무 녹병균으로 알려진 P.
84 µm 크기의 구형 하포자가 확인되었다. 이팝나무 녹병균의 부분 small subunit rRNA, internal transcribed spacer (ITS)1, 5.8S rRNA, ITS2, 부분 large subunit rRNA 염기서열을 이용하여 계통학적 유연관계를 분석한 결과, 대나무 녹병균으로 보고되어져 있는 Puccinia kusanoi와 가까운 근연관계를 가지고 있었다. 또한 2019년 5월 무위사로 이팝나무 주변에 식재된 대나무에서도 녹병 병징이 관찰되었고, 잎 뒷면에서 동포자퇴와 동포자를 확인하였으며, 대나무에서 채집한 동포자의 염기서열 분석 결과, 이팝나무 녹병균과 100% 일치하였다.
채집한 이팝나무 잎 앞면에서 황색 및 갈색의 병반과 잎 뒷면에서 황색의 녹포자기가 관찰되었고, 현미경아래에서 41.2 µm 크기의 구형 녹포자와 28.84 µm 크기의 구형 하포자가 확인되었다.

참고문헌 (15)

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Tamura, K., Stecher, G., Peterson, D., Filipski, A. and Kumar, S. 2013. MEGA6: molecular evolutionary genetics analysis version 6.0. Mol. Biol. Evol. 30: 2725-2729.

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Yoon, M.-Y., Choi, Y. H., Kang, M. S., Lee, J. H., Han, S. S., Myoung, I. S. et al. 2013. Disease control efficacy of the extract of Magnolia officinalis against perilla and zoysiagrass rusts. Res. Plant Dis. 19: 45-48. (In Korean)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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