Bacillus velezensis strain WRN014 was isolated from banana fields in Hainan, China. Bacillus velezensis is an important member of the plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) which can enhance plant growth and control soil-borne disease. The complete genome of Bacillus velezensis WRN014 was sequenced by combining Illumina Hiseq 2500 system and Pacific Biosciences SMRT high-throughput sequencing technologies. Then, the genome of Bacillus velezensis WRN014, together with 45 other completed genome sequences of the Bacillus velezensis strains, were comparatively studied. The genome of Bacillus velezensis WRN014 was 4,063,541bp in length and contained 4,062 coding sequences, 9 genomic islands and 13 gene clusters. The results of comparative genomic analysis provide evidence that (i) The 46 Bacillus velezensis strains formed 2 obviously closely related clades in phylogenetic trees. (ii) The pangenome in this study is open and is increasing with the addition of new sequenced genomes. (iii) Analysis of single nucleotide polymorphisms (SNPs) revealed local diversification of the 46 Bacillus velezensis genomes. Surprisingly, SNPs were not evenly distributed throughout the whole genome. (iv) Analysis of gene clusters revealed that rich gene clusters spread over Bacillus velezensis strains and some gene clusters are conserved in different strains. This study reveals that the strain WRN014 and other Bacillus velezensis strains have potential to be used as PGPR and biopesticide.
For the development of a multifunctional biocontrol agent, the siderophore-producing strain GL7 was isolated from a rhizosphere on chrome azurol S agar. The GL7 was identified as a strain of Pseudomonas fluorescents on the basis of their reactions to standard physicochemcial tests from Bergey's manual, API diagnostic test, and fatty acid analysis. P. fluorescents GL7 considerably inhibited spore germination and hyphal growth of phytopathogenic fungus Funsarium solani in a dual culture. In pot trials of bean with P. fluorescens GL7, the disease incidence was significantly reduced down to 5% from 70% of incidence in the untreated control. P. fluorescens GL7 also enhanced plant growth to nearly 1.5 times than that of the untreated control, promoting elongation and development of the roots. These results suggest that the plant growth-promoting P. fluorescens GL7 can play an important role in the biological control of soil-borne plant disease in a rhizosphere.
Our previous report demonstrated successful isolation of soil-borne bacteria that suppressed the potential of Rhizoctonia solani AG2-2 (IV) causing turfgrass large patch disease when applied to Korean lawngrass (Zoysia japonica). The current study aimed to uncover the mechanisms of this antagonism of Rhizoctonia solani and to define culture conditions for the isolated microbes. We found that two Bacillus isolates, I-009 and FRIN-001-1 strains, produced cellulase and siderophore, but not chitinase, while the Pseudomonas YPIN-022 strain was found to release only siderophore, implying that three antagonistic bacteria commonly interrupt Fe uptake by the large patch pathogen. The I-009 and FRIN-001-1 isolates grew best at 35 and $30^{\circ}C$ in growth medium of pH 5 to 8 for 32 and 28 h, respectively, while optimum growth for the YPIN-022 strain was found at $35^{\circ}C$ at pH 5 to 9 for 24 h. Good growth of I-009 and YPIN-022 over 24 h was obtained in M9 minimal medium supplemented with 1% sucrose, 0.5% yeast extract and 0.1% potassium chloride. FRIN-001-1 grew well in M9 medium with 1% mannitol, 0.5% yeast extract and 0.1% potassium phosphate dibasic.
Park, Jong-Chul;Noh, Tae-Hwan;Kim, Mi-Jung;Lee, Sang-Bok;Park, Chul-Soo;Kang, Chun-Sik;Lee, Jung-Joon;Kim, Tae-Soo
Research in Plant Disease
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v.16
no.2
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pp.115-120
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2010
In this study, changes in virus disease occurrence and yield were monitored in conventional cropping system(rice-barley) and soybean-barley double cropping system in virus-prone area for 5 years. Also, changes in the density of Polymyxa graminis, a fungal vector, was investigated. In assay tests, mixed infection of Barley yellow mosaic virus (BaYMV) and Barley mild mosaic virus (BaMMV) was observed. Disease severity was in the range of 7~9 in conventional cropping system. In continuous cropping of soybean-barley and 3-yearfallow land, disease severity also was around 7. However, disease severity was reduced to medium level (5) when barley cultivation was paused for one or two years in soybean-barley cropping. When barley cultivation was paused for a year, the density of P. graminis, a fungal vector for BaYMV and BaMMV, reduced in barley root and soil. Similarly, barley growth was also enhanced by adopting fallow seasons. Compared with the fifth year of conventional cropping, the number of tillers per $m^2$ was increased by 158 when barley cultivation was paused for an year in soybean-barley cropping. When soybean and barley were cultivated continuously or complete fallow period was extended to three years, plant height and the number of tillers of barley were decreased. Yield components of barley in soybean-barley cropping were superior to those in rice-barley cropping. Compared with the fifth year of conventional cropping and soybean-barley cropping, culm length of barley was 1.3~2.3 cm higher and the number of tillers per $m^2$ was 36~90 higher when barley cultivation was paused for one or two years. However, those in continuous cropping of soybean-barley and 3-year-fallow land were lower compared with conventional cropping. Similarly, yield was increased when barley cultivation was paused for one or two years in the third, forth, and fifth years when compared with conventional cropping.
The non infecting, plant associated bacteria have attracted increased attention for stimulating plant growth and as environmental friendly plant protecting agents. Pink-pigmented facultatively methylotrophic bacteria (PPFMs), classified as Methylobacterium spp., are persistent colonizers of plant leaf surfaces. As the leaves of most or all plants harbor PPFMs that utilize leaf methanol as their sole source of carbon and energy, which is a specific attribute of the genus Methylobacterium. Although they are not well known, these bacteria are co-evolved, interacting partners in plant metabolism. This claim is supported, for example, by the following observations: (1) PPFMs are seed-transmitted, (2) PPFMs are frequently found in putatively axenic cell cultures, (3) Low numbers of seed-borne PPFMs correlate with low germinability, (4) Plants with reduced numbers of PPFM show elevated shoot/root ratios, (5) Foliar application of PPFMs to soybean during pod fill enhances seed set and yield, (6) Liverwort tissue in culture requires PPFM-produced vitamin B12 for growth, (7) treated plants to suppress or decrease disease incidence of sheath blight caused by Rhizoctonia solani in rice, and (8) the PPFM inoculation induced number of stomata, chlorophyll concentration and malic acid content, they led to increased photosynthetic activity. Methylobacterium spp. are bacterial symbionts of plants, shown previously to participate in plant metabolism by consuming plant waste products and producing metabolites useful to the plant. There are reports that inform about the beneficial interactions between this group of bacteria and plants. Screening of such kind of bacteria having immense plant growth promoting activities like nitrogen fixation, phytohormone production, alleviating water stress to the plants can be successfully isolated and characterized and integration of such kind of organism in crop production will lead to increased productivity.
Han, Joon-Hee;Park, Gi-Chang;Kim, Joon-Oh;Kim, Kyoung Su
Research in Plant Disease
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v.21
no.4
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pp.280-289
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2015
Maize (Zea mays L.) is an economically important crop in worldwide. While the consumption of the maize is steadily increasing, the yield is decreasing due to continuous mono-cultivation and infection of soil-borne fungal pathogens such as Fusarium species. Recently, stalk rot disease in maize, caused by F. subglutinans and F. temperatum has been reported in Korea. In this study, we isolated bacterial isolates in rhizosphere soil of maize and subsequently tested for antagonistic activities against F. subglutinans and F. temperatum. A total of 1,357 bacterial strains were isolated from rhizosphere. Among them three bacterial isolates (GC02, GC07, GC08) were selected, based on antagonistic effects against Fusarium species. The isolates GC02 and GC07 were most efficient in inhibiting the mycelium growth of the pathogens. The three isolates GC02, GC07 and GC08 were identified as Bacillus methylotrophicus, B. amyloliquefaciens and B. thuringiensis using 16S rRNA sequence analysis, respectively. GC02 and GC07 bacterial suspensions were able to suppress over 80% conidial germination of the pathogens. GC02, GC07 and GC08 were capable of producing large quantities of protease enzymes, whereas the isolates GC07 and GC08 produced cellulase enzymes. The isolates GC02 and GC07 were more efficient in phosphate solubilization and siderophore production than GC08. Analysis of disease suppression revealed that GC07 was most effective in suppressing the disease development of stalk rot. It was also found that B. methylotrophicus GC02 and B. amyloliquefaciens GC07 have an ability to inhibit the growth of other plant pathogenic fungi. This study indicated B. methylotrophicus GC02 and B. amyloliquefaciens GC07 has potential for being used for the development of a biological control agent.
Verticillium wilt disease is caused by a fungal plant pathogen Verticillium dahliae, which attacks commercial crops such as chrysanthemum. The conventional methods so far used to identify this fungal pathogen require high expertise and are time-consuming. Therefore, in this study, we developed an assay for the rapid and specific detection of V. dahliae infection using loop-mediated isothermal amplification (LAMP) method. For this assay, four primers for LAMP were designed for targeting cellulose-growth-specific protein partial mRNA gene in Verticillium dahliae. Under standard condition, the optimum reaction temperature for amplification is around 60 ℃ within 60 minutes. This LAMP assay was designed to amplify only present in V. dahliae. When this LAMP assay applied to the DNAs for four other soil-borne fungi and host plants, no amplification was detected. Therefore, this LAMP assay we developed for V. dahliae is expected to do detection at the early stage of its infection. The fast and reliable detection method will allow us to develop effective management system to monitor and control infection of this pathogen in chrysanthemum plant.
Virus disease surveys on barley cultivation areas in Jeonnam Jeonbuk Gyungnam Gyungbuk-do were conducted during 2014-2015. In this study, we detected Barley yellow mosaic virus (BaYMV), Barley mild mosaic virus (BaMMV) and Soil-borne wheat mosaic virus (SBWMV) by RT-PCR from barley leaves. These viruses are of great economic importance for wheat and barley, causing significant quantitative and qualitative losses in yield. The result of investigation showed that the field incidence of BaYMV in Buan, Gimje was more than 90% in 2014. The infection field rate of barley virus including Boseong, Gangjin, Haenam, Jangheung in Jeonnam was ${\approx}$ 30%. In 2014, double infections by BaYMV and BaMMV was detected in Boseong, Gangjin, Haenam and Jangheung. Only as a low rate BaYMV occurred in various fields of Jeonbuk in 2015. At the same time high infection field ratio of 70% was observed in Gunsan. Also in Yeonggwang was double infection of BaYMV and BaMMV. BaYMV occurred single infection has been confirmed in all of the study area of Gyungbuk and Gyungnam except for Goseong during the investigation period.
Phytophthora blight caused by Phytophthora capsici Leonian is a dangerous disease threatening pepper growers worldwide. The efficacy of chemical control is generally low as the pathogen is soil-borne and rapidly spread by zoospores during the rainy season. Thus, based on the demand for resistant varieties, various good resistant sources, such as CM334, AC2258, and PI201234, have been reported and their inheritance of resistance studied by many different authorities. However, the mode of inheritance remains unclear, as 1 or 2 independent dominant genes, 3 genes, or multiple genes have all been reported as responsible for resistance. Recently, QTL mappings of the gene factors for resistance have been reported, and molecular markers for resistance used in breeding programs. With the release of many resistant commercial hybrid cultivars, differentiation of pathotypes of the pathogen is attracting interest among breeders and plant pathologists. Various authorities have already classified the pathogen strains into different races according to the inter-action between resistant host plants, including the source of resistance, such as CM334 and PI201234, and resistant commercial varieties and P. capsici isolates. However, no standard differential host sets have yet been established, so the results are good only for the pathogen strains used in the experiments. Thus, for breeding varieties with durable resist-ance, it is important to introduce resistance from different sources and use diverse local pathogen strains collected in the target area for distribution in a breeding program.
Kang, Yang-Soon;Kim, Wan Joong;Kim, Yeon Ju;Jung, Ki-Hong;Choi, Ul-Su
KOREAN JOURNAL OF CROP SCIENCE
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v.61
no.1
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pp.9-16
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2016
To investigate the effect of soluble silicate zeolite dressing of the rice against bakanae disease, field trial in reclaimed land and in vitro were carried out. The coated rice seeds (SCS) which were dressed with the mixture of 25% silicic acids (binder), and the zeolite (coating powder). In wet direct seeding, uniform scattering of rice seeds on the soil surface and the better seedling establishment were shown in SCS treatment plots. The incidence of bakanae disease began from the mid tillering stage toward the heading stage. Around heading stage, the ratio of infected tillers reached its highest point by 9.9% in non-SCS treatment plots. While, in SCS treatment plots, the ratio of infected tillers was no more than 0.01%. The vitality of the pathogenic fungi of bakanae disease in the SCS and non-SCS samples were assessed. Samples were incubated for one week keeping proper humidity at $30^{\circ}C$ after inoculated with panicles of infected rice plants from experimental field plots. In non-SCS treatment, pinkish colonies were formed on the grain surface of panicle of infected plants, and mycelium, macro-conidia and micro-conidia were developed actively inside part of infected grain inoculated. While in SCS treatment, micro-conidia and mycelium were not survived and the growth of macro-conidia, mycelia were greatly inhibited and withered. Based on the results, it is concluded that the environmental friendly control of bakanae disease by use of SCS is possible and soluble silicate can be applied as agents for replacement of seed disinfection.
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