Xanthomonas oryzae pv. oryzae에 의해서 발생하는 벼 흰잎마름병은 세계적으로 벼 재배지역에서 큰 피해를 주고 있다. 그러나, 이 병의 효과적인 방제 수단은 적은 실정이다. 본 연구에서는 국내 벼 재배지의 관개수에서 분리한 Xoo 파지를 이용하여 흰잎마름병을 생물적으로 방제하고자 하였다. 먼저 포장에서의 사용가능성을 확인하기 위하여 pH, 온도, 자외선에 대한 Xoo 파지의 안정성을 조사하였다. Xoo 파지는 pH 5-pH 10 사이에서는 안정적이었고, $50^{\circ}C$에서 1시간 이상 처리시 대부분 불활성화 되었다. 자외선을 조사하였을 때는 약 2분간의 노출에서도 불활성화 되었다. 벼의 유묘에 살포한 파지는 세균이 없이도 7일간 벼 잎에서 활성을 유지하였고, 스킴 밀크에 혼합하여 살포하면 PBS 완충액에 넣어 살포한 것 보다 10배 이상의 생존율을 보였다. 그러나 이러한 생존율의 증가에도 불구하고 포장에서의 방제효과는 저조하였다. 하지만 파지 혼합액을 Tecloftalam WP, ASM 등과 혼합하여 동시에 살포하면 방제효과가 월등히 증가하였다. 이상의 결과는 Xoo 파지가 흰잎마름병의 방제에 사용될 수 있으며, 약제의 사용 빈도나 농도를 줄여 줄 수 있을 것임을 의미한다.
고추 풋마름병 예찰을 위한 개체군 모형을 개발하였다. 이 모델은 포장에서 고추 시들음을 일으키는 풋마름병원균의 월동 후 1차 감염 시기를 예측할 수 있는 모델이다. 이 모델은 감염환 중 병원균의 밀도와 기주에서의 병원성에 관여하는 요인이 발병의 주요소라 가정하여 만든 것이다. 병원균 증식은 재배 지역 토양 내부와 기주뿌리 내부에서 모의하였다. 뿌리에서 풋마름병 발병에 영향을 주는 주된 환경요소는 온도 및 감염 초기의 병원균 밀도로 가정하였고, 이 두 요소의 액체 배양액에서 증식실험을 통해 정량화 하였다. 또한 고추묘에서 온도에 따라 발병이 얼마나 달라지는 정도를 실험실 실험을 통해 접종원의 감염 수준을 정량화하여 감염을 모의하는 발병모형을 만들었다. 토양에 서식하는 병원균은 400 cells/g이상에서 기주 뿌리에 성공적으로 침입하고 뿌리내에서 온도에 따라 증식하다가 $10^9$ cells/g 이상이면 최소 고사율에 도달하므로, 이 시기를 풋마름병이 최초 감염(1차 감염)되는 초발일로 추정하였다. 2010년과 11년 전국 기상청 종관관측 자료를 통해 풋마름병을 예측한 결과 2011년에 초발일은 대부분의 지역에서 7월 중순과 하순이었는데 이는 2010년에 비해 10-15일 빠른 것이었다. 또한 경기도 지역내에서 종관관측 자료와 실제 논과 과수원 포장 관측 기상 자료로 구동된 모델 초발일을 비교한 결과 포장 기상 자료의 초발일이 1-3일 빠르게 나타났다.
시중에 판매되는 대목품종 6종에 대하여 유묘의 뿌리를 병원세균 현탁액에 침지하는 방법으로 접종하여 풋마름병에 대한 저항성을 검정한 결과 저항성에서 '신청강'이 최고이고 'B-블로킹'이 다음이었다. 이들 6종 대목 품종에 '도태랑'을 접목한 묘를 대목에서와 같은 방법으로 풋마름병균을 접종하여 비닐하우스와 노지 포장에 재배하여 풋마름병 발생을 조사하였다. 결과 대목 검정에서와 같이 접목 식물에서도 '신청강' 접목 식물에서 풋마름병 발생이 가장 적었으며, '울트라', '파이팅', 'B블로킹', '스페셜', '커넥션' 접목묘의 순으로 낮은 발병도를 보였다. 접목묘의 발병도는 대목의 발병도, 즉 저항성과 대체로 일치하였다. 무접종 접목묘를 정상적 조건에서 재배하여 대목별 수량 반응을 조사한 결과 접수 토마토의 개화일수와 수량, 그리고 과실의 크기와 당도에 미치는 대목의 영향은 미미하거나 차이가 없었다. 접목묘와 함께 대목품종을 재배하여 대목의 개화일수 등 원예적 형질과 접수 식물의 당해 원예적 형질간의 상관을 분석한 결과 개화일수와 과고에서만 유의의한 부의 상관이 관찰되어 대목의 원예적 형질이 접수의 원예적 형질에 직접적으로 영향을 주지는 않는 것으로 나타났다. 따라서 토마토 풋마름병의 효과적 방제와 수량증대를 위해서는 높은 수준의 저항성과 접수의 생육과 수량을 지원하는 능력이 우수한 품종의 선발 보급이 필요하다.
벼흰빛잎마름병균의 균주를 효과적으로 보관하기 위하여 동결건조, 동결, 액체파라핀, 살균수, 계대배양등의 방법을 사용하여 생존율과 병원성유지 정도를 4개월에 걸쳐 조사하였다. 실험결과 $10\%$ sucrose와 $1\%$ gelatin을 함유한 현탁액에서 가장 높은 생존율을 나타냈으며 병원성은 $2\%$ dextrin, $0.5\%$ ascorbic acid, $0.5\%$ ammonium chloride, $0.5\%$ tguiyrea, $0.85\%$ NaCl 등을 함유한 현탁액에서 가장 잘 유지되었다. 계대배양한 균주는 병원성이 약화되었다. 거친집락형은 동결건조 또는 동결과정에서 모두 나타났으며 이는 정상집락에 반해 주름진 집락모습과 사상형이었다. 거친집락형은 병원성이 매우 약하였으며, 탄소원 요구도가 다양하였으므로 동결건조 과정에서 대사작용의 저해가 일어난 것으로 추측되었다.
본 연구는 벼의 세균병 중 치명적인 흰잎마름병을 유발하는 Xanthomonas oryzae pv. oryzae를 검출할 수 있는 프라이머를 개발하기 위해 실시하였다. X. o. pv. oryzae str. KACC10331의 hpaA유전자 염기서열로부터 흰잎마름병만을 특이적으로 검출할 수 있는 프라이머를 제작하여 중합효소연쇄반응에 사용하였다. 개발된 특이 프라이머는 X. o. pv. oryzae str. KACC10331과 X. campestris pv. vesicatoria, X. campestris pv. campestris, X. axonopodis pv. citri 그리고 X. axonopodis pv. glycines의 phaA유전자 염기서열의 상동성을 비교하여, 그 중 X. o. pv. oryzae만이 가지는 특이적인 부분을 바탕으로 각각 20-mer인 XOF와 XOR를 제작하였다. 제작된 프라이머를 이용하여 중합효소 연쇄반응을 실시한 결과 반응 후 생성된 단편의 크기는 534-bp였다. 반응 후 생성된 단편은 Southern hybridization을 통하여 Xanthomonas 균주들의 hpaA유전자 존재 여부 및 그 상동성을 비교분석하기 위해 사용하였다. 또한 제작된 프라이머를 이용하여 흰잎마름병에 감염된 벼 잎에서의 검출 여부를 확인하였고 X. o. pv. oryzae의 순수 균주 배양액을 중합효소연쇄반응에 이용하여 검출한계를 검정하였다. 본 연구에서 제작된 프라이머를 사용한 중합효소연쇄 반응 방법은 X. o. pv. oryzae의 검출 뿐만 아니라 흰잎마름병의 발생 예찰에 매우 유용할 것으로 판단 되었다.
풋마름병 균에 대해 강한 저해활성을 갖는 활성물질 Compound S와 conversion product인 compound S'이 Bacillus subtilis JW-1 배양액에서 일련의 크로마토그래피 방법으로 분리 정제되었고, $^1H$ NMR, $^{13}C$ NMR, $^1H-^1H$ COSY와 HMBC 등의 spectra 분석에 의해 구조가 alanyl-L-${\beta}$-(2,3-epoxycyclohexyl-4-one)alanine와 alanyl-L-${\beta}$-(2,3-dihydroxycyclohexyl-4-one) alanine로 각각 동정되었다. Compound S는 $G^+$, $G^-$ bacteria, yeast와 Candida albicans 등에 대해 광범위한 antimicrobial activity를 나타내며, conversion product의 활성 상실을 통해 intact oxirane ring이 Compound S의 활성에 필수적임이 밝혀졌다.
여름철 고온기에 반결구상추를 식물공장에서 재배할 때 자주 발생하는 잎끝마름증 현상을 경감시키고, 생산성을 향상시키기 위해 품종, 육묘배지, 베드 기울기, 베드위치, 급액량과 같은 최적의 재배조건을 구명하기 위하여 실험을 수행하였다. Rex와 Flandria 품종은 다른 품종에 비해 비록 생육은 약간 저조했으나 상품성이 높고, 잎끝마름증 발생율이 적어 여름철 고온기에 적합한 품종인 것으로 나타났다. 육묘배지는 물리, 화학적 특성이 우수한 코코피트에서 상추의 생육량이 높았으며, 근권부에 배양액의 흐름을 원활하게 해 줄 수 있는 베드의 기울기는 l~2%가 적당하였다. 급액량은 반결구상추 생육에서 베드당 2$\ell$가 적합하였다 베드설치 높이에 따른 반결구상추 생육은 베드의 높이가 낮을 때가 높을 때보다 좋았다. 이것은 베드높이를 낮게 설치함으로써 작물주변의 온도와 습도분포가 결구상추의 생육에 적합하였기 때문인 것으로 생각되었다.
근권 미생물을 대상으로 뿌리에서의 집락 형성 실험, 풋마름병 방제 효과 그리고 화학 농약에 대한 내성을 검정하여 SKU48-2 균주를 선발하였다. SKU48-2균주는 균체 현탁액$(10^8CFU/ml)$을 처리하였을 때 60%이상의 풋마름병 방제 효과를 나타내었으며, 형태적, 생화학적 특성과 16S rDNA sequence 분석 결과 Bacillus subtilis SKU48-2로 동정되었다. 선발 균주 SKU48-2는 화학 농약에 대해 강한 내성을 가져 토양 내 잔류 농약에 의해 영향을 받지 않을 뿐만 아니라, 화학 농약과의 혼용에 의해서 저농약 사용이 가능하고 미생물제제 단독 사용 시 보다 높은 방제 효과를 기대할 수 있다. SKU 48-2균주가 액상의 배양액 상태에서는 4주 만에 생균밀도가 급격히 감소한 반면, talc, vermiculite와 peat등의 담체 사용 시는 생균밀도가 6개월 간 유지됨이 확인되어 고형 제제화의 기초를 마련하였다.
본 연구는 백합 잎마름병에 관여하는 B. elliptica와 B. cinerea의 형태적, 배양적 특성을 조사하고, 유전자 염기서열에 기초한 분자계통분석을 하며 병원성을 비교하기 위하여 실시하였다. 한국, 일본, 네덜란드의 주요 백합 재배지역에서 잎마름병에 걸린 백합으로부터 79개의 Botrytis속 균주를 분리하였다. 분생자경과 분생포자의 형태적 특징에 의하여 Botrytis 균들은 2개의 그룹으로 분리되었으며 이들은 각각 B. elliptica와 B. cinerea로 동정되었다. 균사생장 속도는 B. cinerea가 B. elliptica에 비해 빨랐으며 이러한 형태적, 배양적 특성에 기초하여 79개의 균주 중 54균주(68%)가 B. elliptica로, 25균주(32%)가 B. cinerea로 동정되었다. RPB2와 HSP60의 염기서열 분석을 통해, 공시균주는 두 그룹으로 구분되었으며 이들은 형태적으로 동정한 그룹과 일치하였다. 포자 현탁액을 이용한 B. elliptica와 B. cinerea의 병원성 검정 결과 B. elliptica 균주들은 백합 잎과 꽃잎 모두에 병원성을 나타내었다. 그러나 B. cinerea 분생포자 현탁액은 꽃잎에만 병원성을 나타내었으며 PDB가 첨가된 포자현탁액을 접종원으로 사용했을 때에만 백합 잎에 병원성을 나타내었다.
벼흰잎마름병을 억제하는 물질의 활성을 확인하기 위하여 벼 잎 생엽절편을 이용하는 새로운 스크리닝 방법을 개발하였다. 96 well plate에 잔토모나스 오라이자의 배양액을 분주하고 균등한 크기의 벼 잎 생엽절편을 배치한 후 효능을 확인하고자 하는 물질을 처리하였다. 흰잎마름병균을 억제하는 물질의 활성도는 벼 잎 생엽절편 병징의 면적율로 환산되었다. 물질에 의하여 병의 발생이 억제된 벼 잎 생엽절편은 병원균 배양액 내에서 건전한 녹색을 유지하였고 병이발생된 벼 잎 생엽절편은 황갈색 병징을 나타내었다. 이를 통하여 본 실험법이 빠르고 간편하며, 농도 의존적인 활성확인이 가능하고, 소량으로 다수 물질의 활성 여부를 동시에 평가할 수 있음을 확인하였다. 본 스크리닝 법은 벼흰잎마름병 뿐만 아니라 여타의 수인성 작물질병억제 활성을 확인하는 데 응용 가능성이 있을 것으로 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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