It has been known that most regulation of pathogenicity factor (rpf ) genes in xanthomonads regulates virulence in response to the diffusible signal factor, DSF. Although many rpf genes have been functionally characterized, the function of rpfE is still unknown. We cloned the rpfE gene from a Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) Korean race KACC10859 and generated mutant strains to elucidate the role of RpfE with respect to the rpf system. Through experiments using the rpfE-deficient mutant strain, we found that mutation in rpfE gene in Xoo reduced virulence, swarm motility, and production of virulence factors such as cellulase and extracellular polysaccharide. Disease progress by the rpfE-deficient mutant strain was significantly slowed compared to disease progress by the wild type and the number of the rpfE-deficient mutant strain was lower than that of the wild type in the early phase of infection in the inoculated rice leaf. The rpfE mutant strain was unable to utilize sucrose or xylose as carbon sources efficiently in culture. The mutation in rpfE, however, did not affect DSF synthesis. Our results suggest that the rpfE gene regulates the virulence of Xoo under different nutrient conditions without change of DSF production.
Bacterial blight is one of the most serious diseases of rice (Oryza sativa L.), and it has been known that Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) causes this disease symptom. To develop resistance rice cultivars against Xoo, 3,000 lines of $M_3$ mutants, which were irradiated with gamma ray, were tested by 'scissor-dip method' primarily, and 191 putative resistant lines were selected. In $M_4$ generation, these lines were screened again with various ways such as measuring of symptom of bacterial blight in leaf, number of tiller, fresh weight, and phenotypic segregation ratio in next generation. Finally, six resistance lines were selected. RT-PCR analysis revealed that these lines displayed high level of R-genes such as Xa21, Pi36, and Pi-ta. These results indicate that mutations by gamma ray cause disruptions of regulatory signal transduction systems of these R-genes. Furthermore, these selected mutants could be useful for the development of rice cultivar resistant to Xoo.
Kim, Shinhwa;Lee, Bong Choon;Kim, Hyun Ju;Choi, Soo Yeon;Seo, Su Jwa;Kim, Sang-Min
Research in Plant Disease
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v.26
no.4
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pp.195-201
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2020
Rice bacterial leaf blight (BLB) by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) is considered to be one of the major rice diseases steadily occurring around the rice-producing countries. In this study, we developed a recombinase polymerase amplification (RPA) assay for the rapid, convenient and specific diagnosis of Xoo by targeting Xoo-specific transposase A gene. As the target gene can be amplified in 10 min without DNA extraction process and special equipment for temperature control, RPA for BLB can be useful and practical component for on-site diagnosis.
Park, Sang Ryeol;Cha, Eun-Mi;Moon, Seok Jun;Shin, Dongjin;Hwang, Duk-Ju;Ahn, Il-Pyung;Bae, Shin-Chul
Korean Journal of Breeding Science
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v.43
no.5
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pp.457-463
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2011
Plant specific gene family, NAC (NAM, ATAF, and CUC) transcription factors have been characterized for their roles in plant growth, development, and stress tolerance. In this study, we isolated OsNAC69 gene and analyzed expression level by inoculation of bacterial leaf blight pathogen, Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo). NAC transcription factor family can be divided into five groups (I-V). On the basis of phylogenetic analysis, OsNAC69 was fall into group II. OsNAC69 was strongly induced 1 hr after infected with Xoo. To investigate its biological function in the rice, we constructed vector for overexpression in rice, and then generated transgenic rice lines. Gene expression of OsNAC69-overexpressed transgenic rice lines were analyzed by northern blot. Analysis of disease resistance to pathogen Xoo, nine OsNAC69-overexpressed transgenic rice lines showing high expression level of OsNAC69 were shown more resistant than wild type. These results suggest that OsNAC69 gene may play regulatory role during pathogen infection.
Bacterial blight, an important and potentially destructive bacterial disease in rice caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), has recently developed resistance to the available antibiotics. In this study, mass spectrometry (MS)-based metabolite profiling and multivariate analysis were employed to investigate the correlation between timedependent metabolite changes and antimicrobial activities against Xoo over the course of Phomopsis longicolla S1B4 fermentation. Metabolites were clearly differentiated based on fermentation time into phase 1 (days 4-8) and phase 2 (days 10-20) in the principal component analysis (PCA) plot. The multivariate statistical analysis showed that the metabolites contributing significantly for phases 1 and 2 were deacetylphomoxanthone B, monodeacetylphomoxanthone B, fusaristatin A, and dicerandrols A, B, and C as identified by liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS), and dimethylglycine, isobutyric acid, pyruvic acid, ribofuranose, galactofuranose, fructose, arabinose, hexitol, myristic acid, and propylstearic acid were identified by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)-based metabolite profiling. The most significantly different secondary metabolites, especially deacetylphomoxanthone B, monodeacetylphomoxanthone B, and dicerandrol A, B and C, were positively correlated with antibacterial activity against Xoo during fermentation.
Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) strains are plant pathogenic bacteria that can cause serious blight of rice, and their virulence towards plant host is complex, making it difficult to be elucidated. Caenorhabditis elegans has been used as a powerful model organism to simplify the host and pathogen system. However, whether the C. elegans is feasible for studying plant pathogens such as Xoo has not been explored. In the present work, we report that Xoo strains PXO99 and JXOIII reduce the lifespan of worms not through acute toxicity, but in an infectious manner; pathogens proliferate and persist in the intestinal lumen to cause marked anterior intestine distension. In addition, Xoo triggers (i) the p38 MAPK signal pathway to upregulate its downstream C17H12.8 expression, and (ii) the DAF-2/DAF-16 pathway to upregulate its downstream gene expressions of mtl-1 and sod-3 under the condition of daf-2 mutation. Our findings suggest that C. elegans can be used as a model to evaluate the virulence of Xoo phytopathogens to host.
Son, Gun-Hee;Kim, Ji-Young;Muthaiya, Maria John;Lee, Sa-Rah;Kim, Hyang-Yeon;Lee, Choong-Hwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.21
no.11
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pp.1147-1150
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2011
Xanthomonas oryzae causes rice bacterial blight, which has been reported as one of the most destructive diseases of rice. Metabolites were identified through cheonggukjang, a traditional Korean fermented soybean product fermented by the Bacillus spp., to control the bacteria. HPLC, MS, and UPLC-Q-TOF-MS analyses were performed to identify metabolites responsible for antimicrobial activity. In this analysis, the m/z values of 253.0498, 283.0600, 269.0455, 992.6287, and 1,006.6436 were identified as daidzein, glycitein, genistein, surfactin B, and surfactin A, respectively. The levels of surfactin B and surfactin A were found to be high at 24 h (4.35 ${\mu}g$/ml) and 36 h (3.43 ${\mu}g$/ml) of fermentation, respectively.
Park, Sang Ryeol;Kim, Hye Seon;Lee, Kyong Sil;Hwang, Duk-Ju;Bae, Shin-Chul;Ahn, Il-Pyung;Lee, Seo Hyun;Kim, Sun Tae
Journal of Plant Biotechnology
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v.44
no.2
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pp.149-155
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2017
Bacterial blight in rice caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) greatly reduces the growth and productivity of this important food crop. Therefore, we sought to increase the resistance of rice to bacterial blight by using a NAC (NAM, ATAF, and CUC) transcription factor, one of the plant-specific transcription factors that is known to be involved in biotic/abiotic stress resistance. By isolating the OsNAC58 gene from rice and analyzing its biological functions related to Xoo resistance, phylogenetic analysis showed that OsNAC58 belongs to group III. To investigate the biological relationship between bacterial leaf blight (BLB) and OsNAC58 in rice, we constructed a vector for overexpression in rice and generated transgenic rice. The expression analysis resulting from use of RT-PCR showed that OsNAC58-overexpressed transgenic rice exhibited higher levels of OsNAC58 expression than wild types. Further, subcellular localization analysis using rice protoplasts showed that the 35S/OsNAC58-SmGFP fusion protein was localized in the nuclei. Thirteen OsNAC58-overexpressed transgenic rice lines, with high expression levels of OsNAC58, showed more resistant to Xoo than did the wild types. Together, these results suggest that the OsNAC58 gene of rice regulates the rice disease resistance mechanism in the nucleus upon invasion of the rice bacterial blight pathogen Xoo.
Myung Chul Lee;Yu-Mi Choi;Myoung-Jae Shin;Hyemyeong Yoon;Sukyeung Lee;Kebede Taye Desta
Proceedings of the Plant Resources Society of Korea Conference
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2020.08a
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pp.49-49
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2020
Bacterial leaf blight (BLB), caused by X. oryzae pv. oryzae(Xoo), is one of the most destructive diseases of rice due to its high epidemic potential. Understanding BLB resistance at a genetic level is important to further improve the rice breeding that provides one of the best approaches to control BLB disease. In the present investigation, a total of 10,000 accessions of rice germplasm were tested to resistance degree of four Korean isolated races (K1, K2, K3 and K3a) of Xoo by bioassay and a diverse 268 accessions was selected to the genome-wide association study (GWAS) using high quality 34,724 SNPs to identify the associated with resistance loci. LOC_Os04g53160 of chromosome 4 was significantly associated with K1 race resistant. LOC_Os11g46230 and LOC_Os11g47150 of chromosome 11 were highly associated with K2 and K3 races as 23.7 and 27.4 of -log(P) value, but K3a resistant loci was weakly associated at LOC_Os03g55270 of chromosome 3. The results of the GWAS validate known gene of BLB resistant and identified novel loci of R genes that provide useful targets for further investigation to help the breeding system and identified gene and QTL provide valuable sources for further functional characterization.
Bacterial leaf blight (BLB) caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) is one of the most serious threats to rice production. In this study, screening of rice for resistance to BLB was carried out at two different times and locations; that is, in a greenhouse during winter and in an open field during summer. The pathogenicity of Xoo race K1 was tested on 32 Korean rice cultivars. Inoculation was conducted at the maximum tillering stage, and the lesion length was measured after 14 days of inoculation. Five cultivars, Hanareum, Namcheon, Samgdeok, Samgang, and Yangjo, were found to be resistant in both the greenhouse and open-field screenings. Expression of the plant defense-related genes JAmyb, OsNPR1, OsPR1a, OsWRKY45, and OsPR10b was observed in resistant and susceptible cultivars by qRT-PCR. Among the five genes tested, only OsPR10b showed coherent expression with the phenotypes. Screening of resistance to Xoo in rice was more accurate when conducted in open fields in the summer cultivation period than in greenhouses in winter. The expression of plant defense-related genes after bacterial inoculation could give another perspective in elucidating defense mechanisms by using both resistant and susceptible individuals.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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