Gibberellic acid (GA) was applied to field-grown 3-year-old North American ginseng (Panax quinqueiolius L.) between 1 and 4 times, before and during bloom in 1999. Applications of both GA$_3$ and GA$\sub$4+7/ four times (x4) to the developing inflorescences increased maximum pedicel length, and seed head diameter and height. Treatment with GA$\sub$4+7/ increased mean and total root fresh weight linearly, whereas those treated with GA$_3$ did not show similar increases. Both GA$_3$ and GA$\sub$4+7/ at 50, 100 and 200 mg L$\^$-1/ (x4) increased the incidence of breaking of dormancy of perennating buds with GA$_3$ being twice as effective as GA$\sub$4+7/. Both GA$_3$ and GA$\sub$4+7/ treatments resulted in an increased number of new bud initials forming per root, with the number of new initials per root increased two-fold by the GA$_3$ sprays compared to GA$\sub$4+7/.
The roots of Korean ginseng (Panax ginseng) have a long history of usage as a medicinal drug. Ginsenosides, a group of triterpenioid saponins in ginseng, have been reported to show important pharmacological effects. Many studies have attempted to identify the ginsenoside synthesis pathways of P. ginseng and to increase crop productivity. Recent studies have shown that exogenous gibberellin (GA) treatments promote storage root secondary growth by integration of the modulating cambium stem cell homeostasis with a secondary cell wall-related gene network. However, the dynamic regulation of ginsenoside synthesis-related genes and their contents by external signaling cues has been rarely evaluated. In this study, we confirmed that GA treatment not only enhanced the secondary growth of P. ginseng storage roots, but also significantly enriched the terpenoid biosynthesis process in RNA-seq analysis. Consistently, we also found that the expression of most genes involved in the ginsenoside synthesis pathways, including those encoding methylerythritol-4-phosphate (MEP) and mevalonate (MVA), and the saponin content in both leaves and roots was increased by exogenous GA application. These results can be used in future development of biotechnology for ginseng breeding and enhancement of saponin content.
The diversity and plant growth-promoting ability of fungal endophytes that are associated with five halophytic plant species (Phragmites australis, Suaeda australis, Limonium tetragonum, Suaeda glauca Bunge, and Suaeda maritima) growing in the Buan salt marsh on the west coast of South Korea have been explored. About 188 fungal strains were isolated from these plant samples' roots and were then studied with the use of the internal transcribed spacer (ITS) region (ITS1-5.8S-ITS2). The endophytic fungal strains belonged to 33 genera. Alternaria (18%) and Fusarium (12.8%), of the classes Dothideomycetes and Sordariomycetes, were most rampant in the coastal salt marsh plants. There was a higher diversity in fungal endophytes that are isolated from S. glauca Bunge than in isolates from other coastal salt marsh plants. Plant growth-promoting experiments with the use of Waito-C rice seedlings show that some of the fungal strains could encourage a more efficient growth than others. Furthermore, gibberellins (GAs) GA1, GA3, and GA9 were seen in the Sa-1-4-3 isolate (Acrostalagmus luteoalbus) culture filtrate with a gas chromatography/mass spectrometry.
Subhashini Wijeysingha;Buddhi C. Walpola;Yun-Gu Kang;Min-Ho Yoon;Taek-Keun Oh
Korean Journal of Agricultural Science
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v.50
no.4
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pp.759-771
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2023
Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) are naturally occurring bacteria that intensively colonize plant roots and are crucial in promoting the crop growth. These beneficial microorganisms have garnered considerable attention as potential bio-inoculants for sustainable agriculture. PGPR directly interacts with plants by providing essential nutrients through nitrogen fixation and phosphate solubilization and accelerating the accessibility of other trace elements such as Cu, Zn, and Fe. Additionally, they produce plant growth-promoting phytohormones, such as indole acetic acids (IAA), indole butyric acids (IBA), gibberellins, and cytokinins.PGPR interacts with plants indirectly by protecting them from diseases and infections by producing antibiotics, siderophores, hydrogen cyanide, and fungal cell wall-degrading enzymes such as glucanases, chitinases, and proteases. Furthermore, PGPR protects plants against abiotic stresses such as drought and salinity by producing 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) deaminase and modulating plant stress markers. Bacteria belonging to genera such as Bacillus, Pseudomonas, Burkholderia, Pantoa, and Enterobacter exhibit multiple plant growth-promoting traits, that can enhance plant growth directly, indirectly, or through synergetic effects. This comprehensive review emphasizes how PGPR influences plant growth promotion and presents promising prospects for its application in sustainable agriculture.
Gibberellins (GAs) play an important role in plant growth and development. Fifteen fungi were isolated from Physalis alkekengi var francheti plant roots, and among them, four isolates showed GA-production activity. A bioassay using waito-c rice was carried out with the culture fluid of the GA-producing fungi. The GA-producing fungi were cultured for 7 days in Czapek's liquid medium at $30^{\circ}C$, 120 rpm, under dark conditions. The culture broth was concentrated 30-fold and 10 ${\mu}l$ of that concentrate was applied to 2-leaf rice sprouts. The height of the rice seedlings treated with the culture fluid of isolate PA08 was 26 cm high, while that of the seedlings treated with the wild-type Gibberella fujikuroi was 13 cm high. As such, the plant growth-promoting activity exhibited by isolate PA08 was 2 times stronger than that exhibited by the wild-type G fujikuroi. The amounts of $GA_l,\;GA_3,\;GA_4,\;GA_7,\;GA_9,\;GA_{20}$, and $GA_{24}$ in the medium were measured using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), and the quantities produced by isolate PA08 were 4.85 ng/ml, 4.79 ng/ml, 17.30 ng/ml, 6.01 ng/ml, 16.61 ng/ ml, 0.08 ng/ml, and 17.30 ng/ml, respectively. Isolate PA08 was also identified as Fusarium proliferatum KGL0401 by a genetic analysis of the nucleotide sequences of the internal transcribed spacer region of the ribosomal DNA.
Plant growth promoting activity of quinolinone metabolites, 2-(2-hepteny)-3-methyl-4-quinolinone (1), 2-heptyl-3-methyl-4-quinolinone, and 2-nonyl-3-methyl-4-quinolinone, produced by Pseudomonas cepacia and ethyl 2-methyl-3-alkyl-4-quinolinone carboxylates chemically synthesized were tested by using seed-germination assay, growth increments in plant height after foliar applications. Plant height increment, fresh weight, and the number of fruits were measured after seed-soaking and drench treatment. Compound 1 among the natural products showed a consistent growth promoting effect in seed-germination and plant height after a foliar application. After a seed-soaking and drench treatment, compound 1 and synthetic ethyl 2-methyl-4-quinolinone-3-carboxylate (5) showed a significant enhancement in fresh weight and the number of fruits after harvest. Compound 1 and 5 increased the number of fruits per plant by 44% and 84% over the control, respectively.
Endophytic fungi were isolated from roots of six halophytes in Suncheon Bay. The endophytic fungi of 35 species isolated from halophytes were identified by internal transcribed spacer (ITS) containing the ITS1, 5.8s, and ITS2 regions. All fungal strains were analyzed to diversity at the genus level. Fungal culture filtrates (FCF) of endophytic fungi were treated to Waito-c rice (WR) seedling for plant growth-promoting verification. It was confirmed that fungal strain Sj-2-2 provided plant growth promotion (PGP) to WR seedling. Then, PGP of Suaeda japonica was confirmed by treating culture filtrate of Sj-2-2. As a result, it was verified that culture filtrate of Sj-2-2 had more advanced PGP than positive control when treated to S. japonica. The secondary metabolites involved in culture filtrate of Sj-2-2 were identified by HPLC and GC-MS SIM analysis. The presence of physiologically bioactive gibberellins (GAs) and other inactive GAs in culture filtrate of Sj-2-2 was detected. The molecular analysis of sequences of Sj-2-2 showed the similarity to Penicillium sp. of 99% homology. The PGP of Sj-2-2 as well as symbiosis between endophytic fungi and halophytes growing naturally in salt marsh was confirmed. Sj-2-2 was identified as a new fungal strain producing GAs by molecular analysis of sequences. Consequently, the Sj-2-2 fungal strain was named as Penicillium sp. Sj-2-2. In this study, the diversity of endophytic fungi isolated from roots of halophytes in salt marsh and the PGP of a new gibberellin-producing fungal strain were confirmed.
Gibberellic acid ($CA_3$) is used in many industries and constitutes the primary gibberellins produced by fungi and bacteria. However, there is no information on $CA_3$ production by Methylobacterium oryzae CBMB20, a novel plant growth promoting bacterium. We investigated the favorable carbon (C) and nitrogen (N) sources and ratios and cultural conditions, such as incubation temperature, pH of the culture medium, and incubation period for the maximum production of $CA_3$ by Methylobacterium oryzae CBMB20. Maximum $CA_3$ production was observed in ammonium mineral salt (AMS) broth supplemented with Na-succinate and $NH_4Cl$ as C and N sources, respectively. The maximum $CA_3$ production was found at the C/N ratio of 5:0.4 g $L^{-1}$. The highest $CA_3$ production was obtained when the bacterial culture was incubated at $30^{\circ}C$ for 96 h at pH 7.
The effect of useful rhizobacterium added in bed soil on the early growth promotion of red pepper plug seedlings was investigated. Total 540 colonies of rhizobacteria from 385 samples of eggplant family roots were isolated. Among these, 5 isolates were selected for antifungal activity against pathogenic fungi such as Alternaria solani, Botrytis cinerea, Fusarium oxysporium, Phytophthora capsici, and Sclerotia sclerotiorum. Of all the isolates, MJ-3 having the most pronounced growth-promoting ability for red pepper was finally selected and identified as Bacillus amyloliquefaciens through characterization of biochemical and bacteriological aspects and 16S rDNA sequence. The plant height, stem diameter, root length and fresh weight of red pepper plants which were grown with inoculation of B. amyloliquefaciens MJ-3 were higher than those without inoculation. Especially the root weight of the inoculated red pepper plant increased by 44.3%, the content of endogenous plant hormone (CA$_1$) being 0.556 ng/g (dry weight).
Kim, Sang-Kuk;Han, Chae-Min;Shin, Jong-Hee;Kwon, Tae-Young
KOREAN JOURNAL OF CROP SCIENCE
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v.63
no.3
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pp.265-271
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2018
We investigated the effect of paclobutrazol (PB) and prohexadione-Ca (PC) on seed yield, and the content of oils and endogenous gibberellin in flax grown in a greenhouse. Flax seedlings were cultivated in a greenhouse with average ambient temperature ranging from $35^{\circ}C$ to $38^{\circ}C$ during the growing period, and then PB and PC were applied on the leaves. The height of flax plants was reduced significantly by the foliar application of PB and PC. The highest ripening seed rate recorded was 94.5% with 2000 ppm PC; a 10.3% increase compared with that of the control. Both PB and PC markedly increased the fructification of flax seed. The application of two plant growth retardants resulted in higher seed production in flax seedlings grown in open field than in those grown in a greenhouse. The highest oil content was observed in flax treated with PC, whereas, the lowest oil content was observed in flax treated with PB. The oil content and ratio of unsaturated fatty acids were higher in flax seedlings grown in greenhouse than in those grown in open field. The level of two endogenous bioactive gibberellins ($GA_1$ and $GA_4$) in flax seeds decreased with the application of PB and PC. The flax plants treated with PB and PC presented higher secoisolariciresinol diglucoside content than that of the control. The optimal concentration of PC was found to be 2000 ppm. In conclusion, the foliar application of 2000 ppm PC might be useful in increasing oil content and seed production in flax plants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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