BACKGROUND: Chemical fungicides not only may pollute the ecosystem but also can be environmentally hazardous, as the chemicals accumulate in soil. Biological control is a frequently-used environment-friendly alternative to chemical pesticides in phytopathogen management. However, the use of microbial products as fungicides has limitations. This study isolated and characterized a three-antifungal-enzyme (chitinase, cellulase, and ${\beta}$-1,3-glucanase)-producing bacterium, and examined the conditions required to optimize the production of the antifungal enzymes. METHOD AND RESULTS: The antifungal enzymes chitinase, cellulase, and ${\beta}$-1,3-glucanase were produced by bacteria isolated from an sawmill in Korea. Based on the 16S ribosomal DNA sequence analysis, the bacterial strain AM50 was identical to Streptomyces sp. And their antifungal activity was optimized when Streptomyces sp. AM50 was grown aerobically in a medium composed of 0.4% chitin, 0.4% starch, 0.2% ammonium sulfate, 0.11% $Na_2HPO_4$, 0.07% $KH_2PO_4$, 0.0001% $MgSO_4$, and 0.0001% $MnSO_4$ at $30^{\circ}C$. A culture broth of Streptomyces sp. AM50 showed antifungal activity towards the hyphae of plant pathogenic fungi, including hyphae swelling and lysis in P. capsici, factors that may contribute to its suppression of plant pathogenic fungi. CONCLUSION(S): This study demonstrated the multiantifungal enzyme production by Streptomyces sp. AM50 for the biological control of major plant pathogens. Further studies will investigate the synergistic effect, to the growth regulations by biogenic amines and antifungal enzyme gene promoter.
For analyzing function of a microbial ecosystem which was created under the artificial vegetation island (AVI) installed at Lake Paldang, zooplankton and bacterial numbers and exoenzyme activities (${\beta}$-glucosidase and phosphatase) were measured biweekly from 3 November 2()()1 to 20 April 2002 at AVI site and control site. Under the AVI, the water quality was worse than control site in term of comparing the environmental parameters. But, zooplankton number of AVI site was 25 times higher than that of control site. Respiratory active bacterial numbers were 3-8 times higher at AVI site. In addition, enzymatic activities were higher at AVI site than those of control site. These results suggest that the zooplankton-phytoplankton-bacteria relationships are closely coupled with each other and organic materials are eliminated by respiration of zooplankton and bacterial activities.
Various abiotic stressors like drought, salinity, temperature, and heavy metals are major environmental stresses that affect agricultural productivity and crop yields all over the world. Continuous changes in climatic conditions put selective pressure on the microbial ecosystem to produce exopolysaccharides. Apart from soil aggregation, exopolysaccharide (EPS) production also helps in increasing water permeability, nutrient uptake by roots, soil stability, soil fertility, plant biomass, chlorophyll content, root and shoot length, and surface area of leaves while also helping maintain metabolic and physiological activities during drought stress. EPS-producing microbes can impart salt tolerance to plants by binding to sodium ions in the soil and preventing these ions from reaching the stem, thereby decreasing sodium absorption from the soil and increasing nutrient uptake by the roots. Biofilm formation in high-salinity soils increases cell viability, enhances soil fertility, and promotes plant growth and development. The third environmental stressor is presence of heavy metals in the soil due to improper industrial waste disposal practices that are toxic for plants. EPS production by soil bacteria can result in the biomineralization of metal ions, thereby imparting metal stress tolerance to plants. Finally, high temperatures can also affect agricultural productivity by decreasing plant metabolism, seedling growth, and seed germination. The present review discusses the role of exopolysaccharide-producing plant growth-promoting bacteria in modulating plant growth and development in plants and alleviating extreme abiotic stress condition. The review suggests exploring the potential of EPS-producing bacteria for multiple abiotic stress management strategies.
Kim, Min Sung;Zhou, Lei;Choi, Mira;Zhang, Yunlin;Zhou, Yongqiang;Jang, Kyoung-Soon
Mass Spectrometry Letters
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v.12
no.4
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pp.192-199
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2021
Alpine glaciers harbor a large quantity of bio-labile dissolved organic matter (DOM), which plays a pivotal role in global carbon cycling as glacial-fed streams are headwaters of numerous large rivers. To understand the complexity, origin, and fate of DOM in glaciers and downstream-linked streams and lakes, we elucidated the molecular composition of DOM in two different Tibetan Plateau glaciers, eight glacial-fed streams and five lakes, using an ultrahigh-resolution 15 Tesla Fourier transform ion cyclotron resonance (FT-ICR) mass spectrometer. The compositional changes of the DOM samples revealed that glacier DOM mostly exhibited sulfur-containing organic compounds (CHOS species). We also found that aliphatic formulae contributed more than 50% of the total abundance of assigned molecules in glacier samples, and those compounds were significantly related to CHOS species. The CHO proportions of glacial-fed streams and lakes samples increased with increasing distance from glacial terminals. The relative contribution of terrestrial-derived organics (i.e., lignins and tannins) declined while microbial-originated organics (aliphatics) increased with increasing elevation. This suggested the gradual input of allochthonous materials from non-glacial environment and the degradation of microbe-derived compounds along lower elevations. Alpine glaciers are retreating as a result of climate change and they nourished numerous streams, rivers, and downstream-linked lakes. Therefore, the interpretations of the detailed molecular changes in glacier ice, glacial-fed streams, and alpine lakes on the Tibetan Plateau could provide broad insights for understanding the biogeochemical cycling of glacial DOM and assessing how the nature of DOM impacts fluvial ecosystems.
Soil autotrophic bacterial communities play a significant role in the soil carbon (C) cycle in paddy fields, but little is known about how rhizosphere soil microorganisms respond to different long-term (35 years) fertilization practices under double rice cropping ecosystems in southern China. Here, we investigated the variation characteristics of rhizosphere soil RubisCO gene cbbL in the double rice ecosystems of in southern China where such fertilization practices are used. For this experiment we set up the following fertilizer regime: without any fertilizer input as a control (CK), inorganic fertilizer (MF), straw returning (RF), and organic and inorganic fertilizer (OM). We found that abundances of cbbL, 16S rRNA genes and RubisCO activity in rhizosphere soil with OM, RF and MF treatments were significantly higher than that of CK treatment. The abundances of cbbL and 16S rRNA genes in rhizosphere soil with OM treatment were 5.46 and 3.64 times higher than that of CK treatment, respectively. Rhizosphere soil RubisCO activity with OM and RF treatments increased by 50.56 and 45.22%, compared to CK treatment. Shannon and Chao1 indices for rhizosphere soil cbbL libraries with RF and OM treatments increased by 44.28, 28.56, 29.60, and 23.13% compared to CK treatment. Rhizosphere soil cbbL sequences with MF, RF and OM treatments mainly belonged to Variovorax paradoxus, uncultured proteobacterium, Ralstonia pickettii, Thermononospora curvata, and Azoarcus sp.KH33C. Meanwhile, cbbL-carrying bacterial composition was obviously influenced by soil bulk density, rhizosphere soil dissolved organic C, soil organic C, and microbial biomass C contents. Fertilizer practices were the principal factor influencing rhizosphere soil cbbL-carrying bacterial communities. These results showed that rhizosphere soil autotrophic bacterial communities were significantly changed under conditions of different long-term fertilization practices Therefore, increasing rhizosphere soil autotrophic bacteria community with crop residue and organic manure practices was found to be beneficial for management of double rice ecosystems in southern China.
Antibiotic resistant Escherichia coli cases are increasing high especially in Southeast Asia. Illegal use of the antibiotic in the aquaculture farming may become the culprit of the outbreak and spread into environmental source. A study was conducted to: 1) detect the chloramphenicol (CAL)-resistant gene in E. coli isolated from three aquaculture farms and six rivers of northwestern Borneo and 2) investigate the correlation between cat gene with five common antibiotics used. Isolation of E. coli was done on Eosin methylene blue agar and characterized using indole, methyl red, Voges-Proskauer, citrate tests. E. coli isolates were subsequently tested for their susceptibility to five antibiotics commonly used in aqua-farming. The CAL-resistant E. coli were further analyzed for the presence of resistant genes (cat I, cat II, cat III, cat IV) using multiplex polymerase chain reaction. 42 bacterial colonies were isolated from a total of 80 individual water samples, 34 of which were identified as E. coli. Result showed 85.3% of the E. coli isolates were resistant to amoxicillin, 35.3% were resistant to tetracycline, 29.4% were resistant to CAL, 17.6% were resistant to nitrofurantoin and 8.8% were resistant to nalidixic acid. All of the 10 CAL resistant E. coli isolateswere detected with cat II genes; five isolates detected with cat IV genes; three isolates detected with cat III genes; and another two detected with cat I genes. Pearson correlation coefficient shows highly significant relationship between resistance pattern of CAL with amoxicillin; and CAL with tetracycline. Our findings provide the supplementary information of the CAL resistance gene distribution, thereby improving our understanding of the potential risk of antibiotic resistance underlying within this microbial ecosystem.
Hyerim Cho;Yeonjung Lim;Sumin Kim;Hyunyoung Jo;Mirae Kim;Jang-Cheon Cho
Journal of Species Research
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v.12
no.2
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pp.165-173
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2023
Bacterial communities inhabiting islands play a vital role in the functioning and formation of a unique, isolated ecosystem. Nevertheless, there has been a lack of systematic research on the indigenous microbiological resources of the islands in Korea. To excavate microbial resources for further studies on the metabolism and biotechnological potential, a standard dilution plating was applied to coastal seawater samples collected from islands along the west coast of the Korean Peninsula, including Deokjeokdo, Baengnyeongdo, and Daebudo in 2022. A total of 2,007 bacterial strains were isolated from the samples as single colonies and identified using 16S rRNA gene sequence analyses. A total of 20 strains, with ≥98.7% 16S rRNA gene sequence similarity to bacterial species having validly published names but not reported in Korea, were designated as unrecorded bacterial species in Korea. The unrecorded bacterial strains were phylogenetically diverse and belonged to four phyla, five classes, 12 orders, 17 families, and 18 genera. The unreported species were assigned to Algimonas, Amylibacter, Notoacmeibacter, Roseibium, and Terasakiella of the class Alphaproteobacteria; Alteromonas, Congregibacter, Marinagarivorans, Marinicella, Oceanospirillum, Psychromonas, Thalassotalea, Umboniibacter, and Vibrio of the class Gammaproteobacteria; Lutibacter and Owenweeksia of the class Flavobacteriia; Paenibacillus of the class Bacilli; and Pelagicoccus of the class Opitutae. The taxonomic characteristics of the unreported species, including morphology, biochemistry, and phylogenetic position are provided in detail.
Background: An important consideration for the risk assessment of transgenic plants is their overwintering potential in a natural ecosystem, which allows the survival of the seed bank and may lead to seed reproduction. Here, we investigated the overwintering of sunflower (Helianthus annuus L.) seeds in the laboratory (temperatures: -5, -1, 5, and 10℃) and in the field (burial depth: 0, 5, 15, and 30 cm) as a case study to examine the invasiveness of transgenic crops. Results: Sunflower seeds germinated when incubated at 5℃ and 10℃ for 2, 4, 6, and 12 weeks but not when incubated at -5℃ or -1℃. However, the seeds incubated at -5℃ or -1℃ germinated when they were transferred to the optimal germination temperature (25℃). Up to 16.5% and 15.0% of seeds were dormant when cultured at sub-zero temperatures in a Petri dish containing filter paper and soil, respectively. In the field trial, soil temperature, moisture, and microbial communities differed significantly between soil depths. Germination-related microorganisms were more distributed on the soil surface. Seeds buried on the surface decayed rapidly from 4 weeks after burial, whereas those buried at depths of 15 cm and 30 cm germinated even 16 weeks after burial. No dormancy was detected for seeds buried at any depth. Conclusions: Although sunflower seeds did not overwinter in situ in this study, we cannot exclude the possibility that these seeds lie dormant at sub-zero temperatures and then germinate at optimal temperatures in nature.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.8
no.2
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pp.78-93
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2003
To investigate seasonal variation and structure of the microbial community in Kyeonggi Bay, abundance and carbon biomass of nano-and micrzooplankton were evaluated in relation to size fractionated chlorophyll-a concentration, through the monthly interval sampling from December 1997 to November 1998. Communities of nano-and microzooplankton were classified into 4 groups such as heterotrophic nanoflagellate(HNF), ciliates, heterotrophic dinoflagellates(HDF) and zooplankton nauplii. Abundance and carbon biomass of HNF ranged from 380 to 4,370 cells ml-1(average 1,340$\pm$130 cells ml-1) and from 0.63 to 12.4 $\mu\textrm{g}$C 1-1(average 4.35$\pm$0.58 $\mu\textrm{g}$C 1-1), respectively. Abundance and carbon biomass of ciliates ranged from 331 to 44,571 cells ml-1(average 3,526$\pm$544 cells ml-1) and from 1.3 to 119.7 $\mu\textrm{g}$C 1-1(average 13.7$\pm$3.0 $\mu\textrm{g}$C 1-1), respectively. Abundance and carbon biomass of HDF ranged from 88 to 48,461 cells 1-1(average 9,034$\pm$2,347 cells 1-1) and from 0.05 to 54.05 $\mu\textrm{g}$C 1-1(average 6.9$\pm$2.4 $\mu\textrm{g}$C 1-1), respectively. Abundance and carbon biomass of zooplankton nauplii ranged from 5 to 546 indiv. 1-1(average 83$\pm$15 indiv. 1-1) and from 0.17 to 43.2 $\mu\textrm{g}$C 1-1(average 6.3$\pm$1.2 $\mu\textrm{g}$C 1-1), respectively. Eash component of microbial biomass was not different from tidal cycle except tintinnids group. Depth integrated nano-and microzooplankton biomass ranged from 124 to 1,635 mgC m-2(average 585$\pm$110 mgC m-2) and was highest in March and May. The relative contribution of each component to the nano-and microzooplankton showed difference according to seasons. Community structure of nano-and microzooplankton was dominated by planktonic ciliate group. During the study period, carbon biomass of nano-and microzooplankton was strongly positively correlated with size fractionated chlorophylla-a. It implied that prey-predator relationship between microzooplankton and phytoplankton was important in the pelagic ecosystem of Kyeonggi Bay.
Increased harmful algal blooms by cyanobacteria are threatening public health and limiting human activities related with freshwater ecosystems. Phosphorus (P) has long been suggested as a critical nutrient for cyanobacterial bloom through field research in Canada during the 1970s, proposing a P-based freshwater management guideline. However, recently, nitrogen (N) has also been highlighted as an impacting nutrient on cyanobacterial harmful algal blooms (CyanoHABs). Due to the intensive and frequent observation of Microcystis, this kind of paradigm shift from P limitation to season-dependent N or P limitation has an important implication for a dual nutrient management strategy in eutrophic freshwaters. Through recent international researches, general strategies to control CyanoHABs in lakes and reservoirs are as follows: a dual nutrient (N & P) reduction, wastewater collection and treatment, pre-treatment of influent water in buffer zones, dredging of sediment, reduction of residence time, algal collection, and precipitation and flocculation of cyanobacteria. In addition, sustainable and integrative freshwater algae management should be carried out, based on the ecological aspect, because cyanobacteria are not the target organism to be eradicated, but an essential microbial member in the freshwater ecosystem.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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