Superoxide dismutases (SODs) constitute the first line of cellular defense against oxidative stress in plants. SODs generally occur in three different forms with Cu/Zn, Fe, or Mn as prosthetic metals. We cloned the full-length cDNA of the Thellungiella halophila Cu/Zn-SOD gene ThCSD using degenerate RT-PCR and rapid amplification of cDNA ends (RACE). Sequence analysis indicated that the ThCSD gene (GenBank accession number EF405867) had an open reading frame of 456 bp. The deduced 152-amino acid polypeptide had a predicted molecular weight of 15.1 kDa, an estimated pI of 5.4, and a putative Cu/Zn-binding site. Recombinant ThCSD protein was expressed in Escherichia coli and assayed for SOD enzymatic activity in a native polyacrylamide gel. The SOD activity of ThCSD was inactivated by potassium cyanide and hydrogen peroxide but not by sodium azide, confirming that ThCSD is a Cu/Zn-SOD. Northern blotting demonstrated that ThCSD is expressed in roots, stems, and leaves. ThCSD mRNA levels increased by about 30-fold when plants were treated with sodium chloride (NaCl), abscisic acid (ABA), and indole-acetic acid (IAA) and by about 50-fold when treated with UVB light. These results indicate that ThCSD is involved in physiological pathways activated by a variety of environmental conditions.
The search for diverse plant growth-promoting (PGP) diazotrophic bacteria is gaining momentum as efforts are made to exploit them as biofertilizers for various economically important crops. In the present study, 17 diazotrophic strains belonging to eight different genera isolated from rice paddy fields were screened for multiple PGP traits and evaluated for their inoculation effects on canola and rice plants. All of the strains tested positive for 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase activity and production of indole 3-acetic acid (IAA) and ammonia ($NH_3$). Additionally, four of the strains were able to solubilize phosphorus (P), five tested positive for zinc (Zn) solubilization and sulfur (S) oxidation, and eight strains produced siderophores. Based on the presence of multiple PGP traits, 10 strains were selected for inoculation studies. Treatment with Herbaspirillum sp. RFNB26 resulted in maximum root length (54.3%), seedling vigor, and dry biomass in canola, whereas Paenibacillus sp. RFNB4 exhibited the lowest activity under gnotobiotic conditions. However, under pot culture conditions, Paenibacillus sp. RFNB4 significantly increased plant height and dry biomass production by 42.3% and 29.5%, respectively. Canola plants and rhizosphere soils inoculated with Bacillus sp. RFNB6 exhibited significantly higher nitrogenase activity. In greenhouse experiments, Serratia sp. RFNB18 increased rice plant height by 35.1%, Xanthomonas sp. RFNB24 enhanced biomass production by 84.6%, and rice rhizosphere soils inoculated with Herbaspirillum sp. RFNB26 exhibited the highest nitrogenase activity. Our findings indicate that most of the selected strains possess multiple PGP properties that significantly improve the growth parameters of the two plants when tested under controlled conditions.
Kim, Seung-Kun;Son, Jin-Soo;Kwon, Duck-Kee;Ghim, Sa-Youl
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.47
no.4
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pp.596-602
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2019
In September 2017, the rhizospheric soil of Tetragonia tetragonoides (Pall.) Kuntze was further sampled. One hundred and thirty eight species of microorganisms were isolated from the soil. Indole-3-acetic acid (IAA) production, siderophore production, and phosphate degradation were examined in order to confirm bacterial growth from isolated microorganisms. As a result, most strains were able to produce auxins or siderophores and to solubilize phosphate. In addition, 138 isolated strains were treated with tobacco extract and conferred pathogen resistance to host plants upon treatment. As a result, 35 strains that were able to reduce pathophysiology by more the 60% were selected. Among them, 6 strains with high induced systemic resistance (ISR) activity were found. All of these strains belong to the genus Bacillus according to the 16S rDNA sequence analysis. Bacillus aryabhattai KUDC6619 showed outstanding effects with reduced infection in tobacco and pepper plants. Probably, these Bacillus species play a beneficial role by association with T. tetragonoides for its survival in the harsh conditions found on the island of Dokdo.
Kim, Hee Sook;Kim, Ji-Youn;Lee, Song Min;Park, Hye-Jung;Lee, Sang-Hyeon;Jang, Jeong Su;Lee, Mun Hyon
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.47
no.4
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pp.603-613
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2019
This study was carried out to examine the antagonistic effect against phytopathogenic fungi of isolated strains from soil samples collected from Busan, Changwon, and Jeju Island: Botrytis cinerea, Colletotrichum acutatum, Corynespora cassiicola, Fusarium sp., Rhizoctonia solani, Phytophthora capsici, and Sclerotinia sclerotiorum. According to results of our studies, isolated strains showed an antagonistic effect against phytopathogenic fungi. Such an antagonistic effect against phytopathogenic fungi is seen due to the production of siderophores, antibiotic substances, and extracellular amylase, cellulase, protease, and xylanase enzyme activities. Extracellular enzymes produced by isolated strains were significant, given that they inhibited the growth of phytopathogenic fungi by causing bacteriolysis of the cell wall of plant pathogenic fungi. This is essential to break down the cell wall of plant pathogenic fungi and thus help plant growth by converting macromolecules, which cannot be used by the plant for growth, into small molecules. In addition, they are putative candidates as biological agents to promote plant growth and inhibit growth of phytopathogenic fungi through nitrogen fixation, indole-3-acetic acid production, siderophore production, and extracellular enzyme activity. Therefore, this study suggests the possibility of using Bacillus subtilis ANGa5, Bacillus aerius ANGa25, and Bacillus methylotrophicus ANGa27 as new biological agents, and it is considered that further studies are necessary to prove their effect as novel biological agents by standardization of formulation and optimization of selected effective microorganisms, determination of their preservation period, and crop cultivation tests.
In this study Streptomyces strains were isolated from soils and their antifungal activities and involved mechanisms were investigated. Among over 400 isolates of actinomycetes, Streptomyces costaricanus HR391 was selected as a potential antagonist to control several plant-pathogenic fungi. S. costaricanus HR391 inhibited mycelial growth of Fusarium oxysporum f. sp. raphani, F. oxysporum f. sp. niveum, F. oxysporum f. sp. lycopersici, and Rhizoctonia solani by 26.5, 26.2, 21.2, and 23.8%, respectively compared to those of uninoculated control after 7-day incubation on PDB medium. S. costaricanus HR391 produced $89{\mu}M$ of siderphore, and showed fungal cell wall-degrading activity including $0.46{\mu}mol/min/mg$ of chitinase and $0.83{\mu}mol/min/mg$ of ${\beta}$-1,3 glucanase. S. costaricanus HR391 secreted 87.49 mg/L of rhamnolipid, and produced 9.49 mg/L and 4.3 mM of lipopeptide, iturin A and surfactin, respectively, all they are membrane-disrupting biosurfactants. It also produced antimicrobial peptide and antibiotics phenazine. In addition to antifungal substances, S. costaricanus HR391 secreted plant growth-promoting phytohormones, zeatin, gibberellins and IAA. These results suggest that S. costaricanus HR391 may be utilized as an environment-friendly biocontrol agent against some important pathogenic fungi.
Application of rhizospheric fungi is an effective and environmentally friendly method of improving plant growth and controlling many plant diseases. The current study was aimed to identify phytohormone-producing fungi from soil, to understand their roles in sesame plant growth, and to control Fusarium disease. Three predominant fungi (PNF1, PNF2, and PNF3) isolated from the rhizospheric soil of peanut plants were screened for their growth-promoting efficiency on sesame seedlings. Among these isolates, PNF2 significantly increased the shoot length and fresh weight of seedlings compared with controls. Analysis of the fungal culture filtrate showed a higher concentration of indole acetic acid in PNF2 than in the other isolates. PNF2 was identified as Penicillium sp. on the basis of phylogenetic analysis of ITS sequence similarity. The in vitro biocontrol activity of Penicillium sp. against Fusarium sp. was exhibited by a 49% inhibition of mycelial growth in a dual culture bioassay and by hyphal injuries as observed by scanning electron microscopy. In addition, greenhouse experiments revealed that Fusarium inhibited growth in sesame plants by damaging lipid membranes and reducing protein content. Co-cultivation with Penicillium sp. mitigated Fusarium-induced oxidative stress in sesame plants by limiting membrane lipid peroxidation, and by increasing the protein concentration, levels of antioxidants such as total polyphenols, and peroxidase and polyphenoloxidase activities. Thus, our findings suggest that Penicillium sp. is a potent plant growth-promoting fungus that has the ability to ameliorate damage caused by Fusarium infection in sesame cultivation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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