Lee, Sang Gyu;Lee, Hyeri;Lee, Jimin;Lee, Byung Cheon;Lee, Hojoung;Choi, Changhyun;Chung, Namhyun
Journal of Applied Biological Chemistry
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v.62
no.3
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pp.247-250
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2019
Wheat is one of the most important grains. Its consumption is increasing globally. Many countries are making efforts to increase the extent of wheat harvest. It is known that plant growth promoting rhizobacteria (PGPRs) have beneficial effects on various plants. Two PGPRs including Paenibacillus pabuli strain P7S (PP7S) and Pseudomonas nitroreducens strain IHB (PnIHB) were employed to investigate effects of PGPRs on early growth of three wheat cultivars (Koso, Seakumkang, and Jokyung). While PP7S had adverse effects on Seakumkang and Jokyung, PP7S had positive effects on Koso except root length compared to control group having no treatment of PP7S. However, all treatments with PnIHB had adverse effects on germination rate, root/shoot lengths, vigor index, and dry root/shoot weights of all three wheat cultivars. These positive effects with PP7S on Koso might be related to the earlier emergence of wheat seed above soil which is known to be an indicator of increased yield. Results of the present study suggest that if proper PGPR strains are selected, they could have positive effects on early growth rate of a wheat cultivar.
Drought stress is one of the major yield affecting factor for pepper plant. The effects of PGPRs were analyzed in relation with drought resistance. The PGPRs inoculated pepper plants tolerate the drought stress and survived as compared to non-inoculated pepper plants that died after 15 days of drought stress. Variations in protein and RNA accumulation patterns of inoculated and non-inoculated pepper plants subjected to drought conditions for 10 days were confirmed by two dimensional polyacrylamide gel electrophoresis (2D-PAGE) and differential display PCR (DD-PCR), respectively. A total of six differentially expressed stress proteins were identified in the treated pepper plants by 2D-PAGE. Among the stress proteins, specific genes of Cadhn, VA, sHSP and CaPR-10 showed more than a 1.5-fold expressed in amount in B. licheniformis K11-treated drought pepper compared to untreated drought pepper. The changes in proteins and gene expression patterns were attributed to the B. licheniformis K11. Accordingly, auxin and ACC deaminase producing PGPR B. licheniformis K11 could reduce drought stress in drought affected regions without the need for overusing agrochemicals and chemical fertilizer. These results will contribute to the development of a microbial agent for organic farming by PGPR.
We investigated influence of three commercial antibiotics viz., oxolinic acid, streptomycin, and validamycin A, on biocontrol and plant growth promoting activities of Bacillus vallismortis EXTN-1 and BS07M in Chinese cabbage. Plants were pre-drenched with these strains followed by antibiotics application at recommended and ten-fold diluted concentration to test the effect on biocontrol ability against soft rot caused by Pectobacterium carotovorum SCC1. The viability of the two biocontrol strains and bacterial pathogen SCC1 was significantly reduced by oxolinic acid and streptomycin in vitro assay, but not by validamycin A. In plant trials, strains EXTN-1 and BS07M controlled soft rot in Chinese cabbage, and there was a significant difference in disease severity when the antibiotics were applied to the plants drenched with the two biocontrol agents. Additional foliar applications of oxolinic acid and streptomycin reduced the disease irrespective of pre-drench treatment of the PGPRs. However, when the plants were pre-drenched with EXTN-1 followed by spray of validamycin A at recommended concentration, soft rot significantly reduced compared to untreated control. Similarly, strains EXTN-1 and BS07M significantly enhanced plant growth, but it did not show synergistic effect with additional spray of antibiotics. Populations of the EXTN-1 or BS07M in the rhizosphere of plants sprayed with antibiotics were significantly affected as compared to control. Taken together, our results suggest that the three antibiotics used for soft rot control in Chinese cabbage could affect bacterial mediated biocontrol and plant growth promoting activities. Therefore, combined treatment of the PGPRs and the commercial antibiotics should be carefully applied to sustain environmental friendly disease management.
Ethylene is a key gaseous hormone that controls various physiological processes in plants including growth, senescence, fruit ripening, and responses to abiotic and biotic stresses. In spite of some of these positive effects, the gas usually inhibits plant growth. While chemical fertilizers help plants grow better by providing soil-limited nutrients such as nitrogen and phosphate, overusage often results in growth inhibition by soil contamination and subsequent stress responses in plants. Therefore, controlling ethylene production in plants becomes one of the attractive challenges to increase crop yields. Some soil bacteria among plant growth-promoting rhizobacteria (PGPRs) can stimulate plant growth even under stressful conditions by reducing ethylene levels in plants, hence the term "stress controllers" for these bacteria. Thus, manipulation of relevant genes or gene products might not only help clear polluted soil of contaminants but contribute to elevating the crop productivity. In this article, the beneficial soil bacteria and the mechanisms of reduced ethylene production in plants by stress controllers are discussed.
Kim, WonChan;Seo, SangHyun;Lee, ChangHee;Park, JunHong;Kang, SangJae
Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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v.49
no.3
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pp.251-258
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2016
A rhizobacterium LPN-2, which showed strong antifungal activity and auxin producing ability, was isolated from a farmland in North Gyeongsang Province, South Korea. Based on analysis of the 16S rDNA sequence, strain LPN-2 was identified as a novel strain of Burkholderia and was designated as Burkholderia sp. LPN-2. In vitro experiments showed that the isolated stain LPN-2 significantly produced auxin within 48 hr incubation. In order to check for PGPR function we performed in vivo growth promoting test in different crops, including mung bean, pea and cabbage. Application of Burkholderia sp. LPN-2 showed dramatic growth promoting effect on all the tested plants. We also confirmed siderophore and cellulase productions by Burkholderia sp. LPN-2 using CAS blue agar and CMC plate test. Further treatment with LPN-2 and the crude culture broth was effective in suppressing anthracnose in vitro test and also reduced incidence and severity of anthracnose in apple and pepper. Taken together, we conclude that Burkholderia sp. LPN-2 might be used as organic fertilizer for effective crop production in organic farming.
Kim, Kangmin;Jang, Ye-Jin;Lee, Sang-Myeong;Oh, Byung-Taek;Chae, Jong-Chan;Lee, Kui-Jae
Molecules and Cells
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v.37
no.2
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pp.109-117
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2014
Microbiota in the niches of the rhizosphere zones can affect plant growth and responses to environmental stress conditions via mutualistic interactions with host plants. Specifically, some beneficial bacteria, collectively referred to as Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPRs), increase plant biomass and innate immunity potential. Here, we report that Enterobacter sp. EJ01, a bacterium isolated from sea china pink (Dianthus japonicus thunb) in reclaimed land of Gyehwa-do in Korea, improved the vegetative growth and alleviated salt stress in tomato and Arabidopsis. EJ01 was capable of producing 1-aminocy-clopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase and also exhibited indole-3-acetic acid (IAA) production. The isolate EJ01 conferred increases in fresh weight, dry weight, and plant height of tomato and Arabidopsis under both normal and high salinity conditions. At the molecular level, short-term treatment with EJ01 increased the expression of salt stress responsive genes such as DREB2b, RD29A, RD29B, and RAB18 in Arabidopsis. The expression of proline biosynthetic genes (i.e. P5CS1 and P5CS2) and of genes related to priming processes (i.e. MPK3 and MPK6) were also up-regulated. In addition, reactive oxygen species scavenging activities were enhanced in tomatoes treated with EJ01 in stressed conditions. GFP-tagged EJ01 displayed colonization in the rhizosphere and endosphere in the roots of Arabidopsis. In conclusion, the newly isolated Enterobacter sp. EJ01 is a likely PGPR and alleviates salt stress in host plants through multiple mechanisms, including the rapid up-regulation of conserved plant salt stress responsive signaling pathways.
Many plant growth-promoting rhizobacteria (PGPRs) have been known for beneficial effects on plants including biological control of soilborne pathogens, induced systemic resistance to plant pathogens, phytohormone production, and improvement of nutrient and water uptake of plants. We developed a simple and rapid method for screening potential PGPR, especially phytohormone producing rhizobacteria, or for analyzing their functions in plant growth using cucumber seedling cuttings. Surface-sterilized cucumber seeds were grown in a plastic pot containing steamed vermiculite. After 7 days of cultivation, the upper part 2 cm in length of cucumber seedling, was cut and used as cucumber cuttings. The base of cutting stem was then dipped in a microcentrifuge tube containing 1.5ml of a bacterial suspension and incubated at $25^{\circ}C$ with a fluorescent light for 10 days. Number and length of developed adventitious roots from cucumber cuttings were examined. The seedling cuttings showed various responses to the isolates tested. Some isolates resulted in withering at the day of examination or in reduced number of roots developed. Several isolates stimulated initial development of adventitious roots showing more adventitious root hair number than that of untreated cuttings, while some isolate had more adventitious root hair number and longer adventitious roots than that of untreated control. Similar results were obtained from the trial with rose cuttings. Our results suggest that this bioassay method may provide a useful way for differentiating PGPR's functions involved in the development of root system.
Bhattacharyya, Dipto;Duta, Swarnalee;Yu, Sang-Mi;Jeong, Sang Chul;Lee, Yong Hoon
The Plant Pathology Journal
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v.34
no.4
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pp.286-296
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2018
Maintenance of a beneficial microbial community, especially in the rhizosphere, is indispensable for plant growth and agricultural sustainability. In this sense, plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) have been extensively studied for their role in plant growth promotion and disease resistance. However, the impact of introducing PGPR strains into rhizosphere microbial communities is still underexplored. We previously found that the Proteus vulgaris JBLS202 strain (JBLS202) promoted growth of Kimchi cabbage and altered the relative abundance of total bacteria and Pseudomonas spp. in the treated rhizosphere. To extend these findings, we used pyrosequencing to analyze the changes in bacterial communities in the rhizosphere of Kimchi cabbage after introduction of JBLS202. The alterations were also evaluated by taxon-specific realtime PCR (qPCR). The pyrosequencing data revealed an increase in total bacteria abundance, including specific groups such as Proteobacteria, Acidobacteria, and Actinobacteria, in the treated rhizosphere. Time-course qPCR analysis confirmed the increase in the abundance of Acidobacteria, Actinobacteria, Alphaproteobacteria, and Betaproteobacteria. Furthermore, genes involved in nitrogen cycling were upregulated by JBLS202 treatment indicating changes in ecological function of the rhizosphere soil. Overall, these results indicate that introduction of JBLS202 alters both the composition and function of the rhizosphere bacterial community, which can have direct and indirect effects on plant growth. Therefore, we propose that long-term changes in bacterial composition and community-level function need to be considered for practical use of PGPRs.
Noh, Seong Woo;Seo, Rira;Park, Jung-Kwon;Manir, Md. Maniruzzaman;Park, Kyungseok;Sang, Mee Kyung;Moon, Surk-Sik;Jung, Ho Won
The Plant Pathology Journal
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v.33
no.4
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pp.402-409
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2017
Cyclic dipeptides (CDPs) are one of the simplest compounds produced by living organisms. Plant-growth promoting rhizobacteria (PGPRs) also produce CDPs that can induce disease resistance. Bacillus vallismortis strain BS07 producing various CDPs has been evaluated as a potential biocontrol agent against multiple plant pathogens in chili pepper. However, plant signal pathway triggered by CDPs has not been fully elucidated yet. Here we introduce four CDPs, cyclo(Gly-L-Pro) previously identified from Aspergillus sp., and cyclo(L-Ala-L-Ile), cyclo(L-Ala-L-Leu), and cyclo(L-Leu-L-Pro) identified from B. vallismortis BS07, which induce disease resistance in Arabidopsis against Pseudomonas syringae infection. The CDPs do not directly inhibit fungal and oomycete growth in vitro. These CDPs require PHYTOALEXIN DEFICIENT4, SALICYLIC ACID INDUCTION DEFICIENT2, and NONEXPRESSOR OF PATHOGENESIS-RELATED PROTEINS1 important for salicylic acid-dependent defense to induce resistance. On the other hand, regulators involved in jasmonate-dependent event, such as ETHYLENE RECEPTOR1, JASMONATE RESPONSE1, and JASMONATE INSENSITIVE1, are necessary to the CDP-induced resistance. Furthermore, treatment of these CDPs primes Arabidopsis plants to rapidly express PATHOGENESIS-RELATED PROTEIN4 at early infection phase. Taken together, we propose that these CDPs from PGPR strains accelerate activation of jasmonate-related signaling pathway during infection.
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