Fusarium head blight (FHB) caused by infection with Fusarium graminearum leads to enormous losses to crop growers, and may contaminate grains with a number of Fusarium mycotoxins that pose serious risks to human and animal health. Antagonistic bacteria that are used to prevent FHB offer attractive alternatives or supplements to synthetic fungicides for controlling FHB without the negative effects of chemical management. Out of 500 bacterial strains isolated from soil, Bacillus amyloliquefaciens JCK-12 showed strong antifungal activity and was considered a potential source for control strategies to reduce FHB. B. amyloliquefaciens JCK-12 produces several cyclic lipopeptides (CLPs) including iturin A, fengycin, and surfactin. Iturin A inhibits spore germination of F. graminearum. Fengycin or surfactin alone did not display any inhibitory activity against spore germination at concentrations less than 30 ug/ml, but a mixture of iturin A, fengycin, and surfactin showed a remarkable synergistic inhibitory effect on F. graminearum spore germination. The fermentation broth and formulation of B. amyloliquefaciens JCK-12 strain reduced the disease incidence of FHB in wheat. Furthermore, co-application of B. amyloliquefaciens JCK-12 and chemical fungicides resulted in synergistic in vitro antifungal effects and significant disease control efficacy against FHB under greenhouse and field conditions, suggesting that B. amyloliquefaciens JCK-12 has a strong chemosensitizing effect. The synergistic antifungal effect of B. amyloliquefaciens JCK-12 and chemical fungicides in combination may result from the cell wall damage and altered cell membrane permeability in the phytopathogenic fungi caused by the CLP mixtures and subsequent increased sensitivity of F. graminearum to fungicides. In addition, B. amyloliquefaciens JCK-12 showed the potential to reduce trichothecenes mycotoxin production. The results of this study indicate that B. amyloliquefaciens JCK-12 could be used as an available biocontrol agent or as a chemosensitizer to chemical fungicides for controlling FHB disease and as a strategy for preventing the contamination of harvested crops with mycotoxins.
Lee, Theresa;Park, Dami;Kim, Kihyun;Lim, Seong Mi;Yu, Nan Hee;Kim, Sosoo;Kim, Hwang-Yong;Jung, Kyu Seok;Jang, Ja Yeong;Park, Jong-Chul;Ham, Hyeonheui;Lee, Soohyung;Hong, Sung Kee;Kim, Jin-Cheol
The Plant Pathology Journal
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제33권5호
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pp.499-507
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2017
In an attempt to develop a biological control agent against mycotoxigenic Fusarium species, we isolated Bacillus amyloliquefaciens strain DA12 from soil and explored its antimicrobial activities. DA12 was active against the growth of mycotoxigenic F. asiaticum, F. graminearum, F. proliferatum, and F. verticillioides both in vitro and in planta (maize). Further screening using dual culture extended the activity range of strain DA12 against other fungal pathogens including Botrytis cinerea, Colletotrichum coccodes, Endothia parasitica, Fusarium oxysporum, Raffaelea quercus-mongolicae, and Rhizoctonia solani. The butanol extract of the culture filtrate of B. amyloliquefaciens DA12 highly inhibited the germination of F. graminearum macroconidia with inhibition rate 83% at a concentration of $31.3{\mu}g/ml$ and 100% at a concentration of $250{\mu}g/ml$. The antifungal metabolite from the butanol extract was identified as iturin A by thin layer chromatography-bioautography. In addition, volatile organic compounds produced by DA12 were able to inhibit mycelial growth of various phytopathogenic fungi. The volatile compounds were identified as 2-heptanone, 5-methyl heptanone and 6-methyl heptanone by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analysis. These results indicate that the antagonistic activity of Bacillus amyloliquefaciens DA12 was attributable to iturin A and volatile heptanones, and the strain could be used as a biocontrol agent to reduce the development of Fusarium diseases and mycotoxin contamination of crops.
최근 식물 성장에 있어 곰팡이 독소에 관련된 질병에 효과가 있는 Bacillus mojavensis 균주 사용의 보고가 있다. 우리는 B. mojavensis KJS-3균주의 다양한 온도, 염도, 에탄올, pH에서 성장하는 특징을 확인 하였다. B. mojavensis KJS-3균주는 Polymerase chain reaction 분석에 의해 fengycin을 LC-MS/MS 분석을 통해서는 iturin 및 surfactin 와 같은 cyclic lipopeptides를 생산함을 확인 하였다. B. mojavensis KJS-3균주는 식물 유해 곰팡이 균주인 Botrytis cinerea, Rhizoctonia solani AG-4, Sclerotinia sclerotiorum, Colletotricum goeosporioides에 항곰팡이 효과가 있음을 확인하였고 이 결과를 바탕으로 인삼재배에 있어 B. mojavensis KJS-3를 사용하여 성장을 관찰한 결과 뿌리 내에서 성장하여 plant growth promoting endophyte가 있음을 알 수 있었다. 이러한 특징들에 의해 미생물 농약 및 비료로 사용할 수 있을 것이다.
한국 전통 젓갈로부터 항균성 lipopeptide를 생산하는 JKK238 균주를 분리하여 16S rDNA및 세포벽의 지방산 조성 분석 등에 따라 Bacillus subtilis로 동정하였다. JKK238 균주를 3일간 배양한 TSB 액체배지의 $25\%$ ammonium sulfate 침전물이 대부분의 lipopeptide를 포함하고 이들이 다양한 식물병원성 곰팡이나 세균의 성장을 강력히 저해함을 알 수 있었다. 또한 FPLC에 의해 분리 및 정제된 각 lipopeptide의 Maldi-tof분석에서, 이 균주가 iturin A, fengycin, surfactin과 같은 세 종류의 lipopeptide의 isomer들을 동시에 생산하는 균주임을 밝혔다.
버섯 생산 후 발생되는 부산물인 팽이버섯 수확 후 배지로부터 7종의 고온성 균주를 분리하였으며 이 중 곰팡이독소를 생성하는 Asp. flavus와 Asp. ochraceous에 대한 항균활성이 높으면서 xylanase와 cellulase 생성능이 우수한 균주를 최종 선발하여 UJ03으로 명명하였다. Bacillus ID kit와 VITEK 2 system를 이용하여 분리균 UJ03의 생리적 생화학적 특성을 조사한 결과 분리균 UJ03은 Bacillus 속과 유사한 특징을 나타내었으며 16S rDNA 염기서열 분석 결과에서는 B. amyloliquefaciens와 98.9%의 상동성을 나타내었다. 이와 같은 결과를 종합하여 분리균 UJ03은 Bacillus sp. UJ03으로 동정되었으며 분리균 UJ03이 생성하는 항균물질은 TLC와 HPLC 분석에서 Bacillus 속 균주가 생성하는 펩타이드성 항균물질인 iturin A와 유사한 특성을 나타내었다.
Bacillus megaterium KL39, an antibiotic-producing plant growth promoting rhizobacterium (PGPR), was selected from soil. The antifungal antibiotic, denoted KL39, was purified from culture filtrate by column chromatography using Dion HP-20, Silica gel, Sephadex LH-20, and prep-HPLC. Thin layer chromatography, employing the solvent system of ethanol:ammonia:water=8:1:1, showed the $R_{f}$. value of 0.32. The antibiotic KL39 showed a negative reaction with ninhydrin solution, positive with iodine vapor, and also positive with Ehrlich reagent. It was soluble in methanol, ethanol, butanol, and acetonitrile, but insoluble in chloroform, toluene, hexane, ethyl ether, or acetone. Its UV spectrum had the maximum absorption at 208 nm. Amino acid composition, FAB-mass, $^{1}H-NMR,\;^{13}C-NMR$, and atomic analyses showed that the antibiotic KL39 (MW=1,071) has a structure very similar to iturin E. The antibiotic KL39 has a broad antifungal spectrum against a variety of plant pathogenic fungi including Rhizoctonia solani, Pyricularia oryzae, Monilinia froeticola, Botrytis cinenea, Altenaria kikuchiana, Fusarium oxysporum, and F. solani. An MIC value of $10\;{\mu}g/ml$ was determined for Phytophthora capsici. Macromolecular incorporation studies with P. capsici using radioactive [$^{3}H-adenine$] as the precursor, indicated that the antibiotic KL39 strongly inhibits the DNA biosynthesis of the fungal cell. Microscopic observation of the antifungal action showed abnormal hyphal swelling of P. capsici. The purified antibiotic KL39 was very effective for the biocontrol of in vivo Phytophthora-blight disease of pepper.
Ji, Seung Hyun;Paul, Narayan Chandra;Deng, Jian Xin;Kim, Young Sook;Yun, Bong-Sik;Yu, Seung Hun
Mycobiology
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제41권4호
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pp.234-242
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2013
A total of 62 bacterial isolates were obtained from Gomsohang mud flat, Mohang mud flat, and Jeju Island, Republic of Korea. Among them, the isolate CNU114001 showed significant antagonistic activity against pathogenic fungi by dual culture method. The isolate CNU114001 was identified as Bacillus amyloliquefaciens by morphological observation and molecular data analysis, including 16SrDNA and gyraseA (gyrA) gene sequences. Antifungal substances of the isolate were extracted and purified by silica gel column chromatography, thin layer chromatography, and high performance liquid chromatography. The heat and UV ray stable compound was identified as iturin, a lipopeptide (LP). The isolate CNU114001 showed broad spectrum activity against 12 phytopathogenic fungi by dual culture method. The semi purified compound significantly inhibits the mycelial growth of pathogenic fungi (Alternaria panax, Botrytis cinera, Colletotrichum orbiculare, Penicillium digitatum, Pyricularia grisea and Sclerotinia sclerotiorum) at 200 ppm concentration. Spore germ tube elongation of Botrytis cinerea was inhibited by culture filtrate of the isolate. Crude antifungal substance showed antagonistic activity against cucumber scleotiorum rot in laboratory, and showed antagonistic activity against tomato gray mold, cucumber, and pumpkin powdery mildew in greenhouse condition.
Bacillus subtilis 028-1 균주는 청국장 발효에 사용하는 균주로 Staphylococcus sp. LS2 뿐만 아니라 여러 yeast 균주의 생장을 억제하는 항생물질을 생산하며, soybean meal 2%와 maltose와 같은 이당류를 1% 첨가하여 15~18시간 진탕 배양하였을 때 최대의 항생물질 생산을 보였으며 배지의 pH는 6.5 이하였다. 항생물질의 활성은 약염기성 조건에서 극대화되었으며, $100^{\circ}C$에서 20분간 가열하여도 활성은 크게 감소하지 않았고, 실온 보관 시 한 달 이상 효과가 지속되며 chymotrypsin과 papain 같은 단백질 분해효소 처리에 의해 서서히 활성이 줄어들었다. 투석에 의해 항생물질의 분자량을 측정한 결과 1,000에서 500 dalton 사이인 것으로 나타났으며 항미생물 효과는 있으나 fibrin 분해 능력이 없으므로 surfactin이 아닌 iturin 계열의 peptide성 항생물질로 보인다.
인삼 모잘록병을 일으키는 병원균의 생물적 방제제 개발을 위하여 인삼 근권 토양으로 부터 500종의 미생물을 분리하였다. 인삼모잘록병원균을 대상으로 항균활성을 검정한 결과, 항균활성이 우수한 균주 3종을 선발하였다. 선발한 균주를 대상으로 항생물질과 세포벽분해효소 생성능력을 조사하였으며, fengycin, bacillomycin D, surfactin, iturin A와 zwittermicin A와 같은 리포펩타이드 생합성 유전자 유무를 조사하였다. ES1과 ES3 균주에서 iturin A와 surfactin 생합성 유전자를 확인하였으며, 세포벽 분해효소 생성능을 확인한 결과 선발한 모든 균주에서 cellulase, pectate lyase, protease를 생성하였다. 16S rRNA 염기서열 분석에 기반하여 계통도를 분석한 결과 ES1 균주와 ES3 균주는 Bacillus methylotrophucus로 확인되었으며, ES2는 B. amyloliquefaciens로 동정되었다. 포장실험 결과 ES1, ES2, ES3 처리구에서 각각 32.4%, 46.8%, 36.7%의 방제효과를 보였다. 이러한 결과로부터 항균활성과 세포벽 분해 효소 생성능이 우수한 길항균주를 선발하였으며, 향후 포장실험과 제형화 개발 등을 통해 인삼모잘록병 방제를 위한 생물적 방제제로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
An antifungal antibiotic was produced from Bacillus sp. YJ-63, and antibiotic was purified to a homogeneity by butanol extraction, Silica-gel column chromatography, Sephadex LH-20 gel filtration column chromatography and HPLC. The purified antibiotic showed one spot on Thin Layer Chromatography, which was negative to ninhydrin and positive to iodine. This finding indicated that the antibiotic was a cyclopeptide structure. UV absorption spectrum of the antibiotic in methanol was maximal at 277 nm, which corresponded to the spectrum for all of the Iturin antibiotic. The antibiotic was stable up to $121^{cdot}C$ and in the range of pH $3.O{\sim}l2.0$ with a stable of ${\alpha}-amino$ acid and ${beta}-amino$ acid, and showed high activity for fungi and yeasts,
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[게시일 2004년 10월 1일]
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