• 한국미생물·생명공학회지
• /
• 제47권1호
• /
• pp.105-115
• /
• 2019

Saline or alkaline condition in soil inhibits growth of most crop plants and limits crop yields in many parts of the world. Augmenting an alkaline soil with alkali-tolerant bacteria capable of promoting plant growth can be a promising approach in expanding fertile agricultural land. Near-shore environments of Dokdo Island, a remote island located in the middle of the East Sea, appear to have patches of seawater-influenced haloalkaline soil that is unsupportive for growth of conventional plants. To exploit metabolic capacities of alkali-tolerant bacteria for promoting plant growth in saline or alkaline soils, we isolated of alkali-tolerant bacteria from near-shore soil samples in Dokdo and investigated properties of the isolates. Alkali-tolerant bacteria were selectively cultivated by inoculating suspended and diluted soil samples on a plate medium adjusted to pH 10. Fifty colonies were identified based on their $GTG_5$-PCR genomic fingerprints and 16S rRNA gene sequences. Most isolates were affiliated to alkali-tolerant and/or halotolerant genera or species of the phyla Firmicutes (68%), Proteobacteria (30%) and Actinobacteria (2%). Unlike the typical soil bacterial flora in the island, alkali-tolerant isolates belonged to only certain taxa of terrestrial origin under the three phyla, which have traits of plant growth promoting activities including detoxification, phytohormone production, disease/pest control, nitrogen-fixation, phosphate solubilization or siderophore production. However, Firmicutes of marine origin generally dominated the alkali-tolerant community. Results of this study suggest that haloalkaline environments like Dokdo shore soils are important sources for plant growth promoting bacteria that can be employed in bio-augmentation of vegetation-poor alkaline soils.

• Journal of Ginseng Research
• /
• 제48권2호
• /
• pp.220-228
• /
• 2024

Background: Panax ginseng, one of the valuable perennial medicinal plants, stores numerous pharmacological substrates in its storage roots. Given its perennial growth habit, organ regeneration occurs each year, and cambium stem cell activity is necessary for secondary growth and storage root formation. Cytokinin (CK) is a phytohormone involved in the maintenance of meristematic cells for the development of storage organs; however, its physiological role in storage-root secondary growth remains unknown. Methods: Exogenous CK was repeatedly applied to P. ginseng, and morphological and histological changes were observed. RNA-seq analysis was used to elucidate the transcriptional network of CK that regulates P. ginseng growth and development. The HISTIDINE KINASE 3 (PgHK3) and RESPONSE REGULATOR 2 (PgRR2) genes were cloned in P. ginseng and functionally analyzed in Arabidopsis as a two-component system involved in CK signaling. Results: Phenotypic and histological analyses showed that CK increased cambium activity and dormant axillary bud formation in P. ginseng, thus promoting storage-root secondary growth and bud formation. The evolutionarily conserved two-component signaling pathways in P. ginseng were sufficient to restore CK signaling in the Arabidopsis ahk2/3 double mutant and rescue its growth defects. Finally, RNA-seq analysis of CK-treated P. ginseng roots revealed that plant-type cell wall biogenesis-related genes are tightly connected with mitotic cell division, cytokinesis, and auxin signaling to regulate CK-mediated P. ginseng development. Conclusion: Overall, we identified the CK signaling-related two-component systems and their physiological role in P. ginseng. This scientific information has the potential to significantly improve the field-cultivation and biotechnology-based breeding of ginseng.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제34권3호
• /
• pp.570-579
• /
• 2024

Root-nodule nitrogen-fixing bacteria are known for being specific to particular legumes. This study isolated the endophytic root-nodule bacteria from the nodules of legumes and examined them to determine whether they could be used to promote the formation of nodules in other legumes. Forty-six isolates were collected from five leguminous plants and screened for housekeeping (16S rRNA), nitrogen fixation (nifH), and nodulation (nodC) genes. Based on the 16S rRNA gene sequencing and phylogenetic analysis, the bacterial isolates WC15, WC16, WC24, and GM5 were identified as Rhizobium, Sphingomonas, Methylobacterium, and Bradyrhizobium, respectively. The four isolates were found to have the nifH gene, and the study confirmed that one isolate (GM5) had both the nifH and nodC genes. The Salkowski method was used to measure the isolated bacteria for their capacity to produce phytohormone indole acetic acid (IAA). Additional experiments were performed to examine the effect of the isolated bacteria on root morphology and nodulation. Among the four tested isolates, both WC24 and GM5 induced nodulation in Glycine max. The gene expression studies revealed that GM5 had a higher expression of the nifH gene. The existence and expression of the nitrogen-fixing genes implied that the tested strain had the ability to fix the atmospheric nitrogen. These findings demonstrated that a nitrogen-fixing bacterium, Methylobacterium (WC24), isolated from a Trifolium repens, induced the formation of root nodules in non-host leguminous plants (Glycine max). This suggested the potential application of these rhizobia as biofertilizer. Further studies are required to verify the N₂-fixing efficiency of the isolates.

• 원예과학기술지
• /
• 제19권4호
• /
• pp.459-464
• /
• 2001

감자 품종 'Kennebec'과 육종 계통 ND 860-2의 잎 절편을 식물 생장조절제 indole acetic acid(IAA)와 zeatin riboside의 다향한 조합이 포함된 Murashige-Skoog 배지에서 배양하였다. 신초, 뿌리 및 캘러스가 다양한 식물생장조절제 조합으로부터 유기되었으며 두 품종 공히 $3.5mg{\cdot}L^{-1}$ IAA와 $4.0mg{\cdot}L^{-1}$ zeatin riboside를 포함한 배지에서 가장 많은 소식물체를 유기하였다. 뿌리가 유기된 재분화개체를 온실에서 재배한바 $7.0mg{\cdot}L^{-1}$ IAA와 $3.0mg{\cdot}L^{-1}$ zeatin riboside이 포함된 배지에서 재분화된 개체의 생육이 다른 처리구에 비해 유의성 있게 좋았다. ND 860-2의 경유 $3.5mg{\cdot}L^{-1}$ IAA와 $3.0mg{\cdot}L^{-1}$ zeatin riboside의 배지로부터 재분화된 개체의 잎에서 chlorophyll이 결핍되어 부분적으로 옅은 황색 부분이 나타나는 chimera를 발견하였으며 재분화개체로부터 tuber 수, 크기 및 무게 등 표현형의 변이가 나타났다.

• Journal of Plant Biotechnology
• /
• 제44권2호
• /
• pp.171-177
• /
• 2017

우리나라에서 멸종위기 해안식물로 지정된 갯봄맞이의 캘루스배양을 통한 재분화 프로토콜을 보고한다. 마디배양을 통해 육성한 기내 유식물체의 절편은 유전자형, 절편의 종류, 광조건 및 2,4-D 첨가농도에 따라 캘루스 형성에 상이한 반응을 보였다. 특히, 다른 처리와는 무관하게 연속 암배양이 절편으로부터 캘루스 유도에 결정적인 영향을 미쳤다. 2,4-D 0.1-3.0mg/L 농도 범위의 배지에서 유도된 캘루스를 동일한 조성의 배지로 이식하여 암배양했을 때왕성하게 캘루스가 증식하였다. 연속 암조건에서 zeatin 1.0mg/L 첨가배지에 'Pistachio' 유전자형의 캘루스를 배양했을 때만 유일하게 정상적인 신초가 재분화 되었고, 이 때 신초는 캘루스로부터 형성된 마디구조에서 발달하였으며 신초의 재분화율은 24.4%였다. 재분화 신초를 식물호르몬 무첨가 배지로 이식하여 명배양 했을 때 지상부 녹화와 더불어 뿌리가 발생하여 유식물체로 발달하였다. 기내 유식물체를 기 보고된 마디배양 프로토콜(Bae et al. 2016)에 따라 배양했을 때 효과적으로 유식물체를 증식시킬 수 있었다. 기외 순화시킨 유식물체는 내륙 자연 환경하에서 성숙식물체로 생육하였으며 이듬 해 4월에 개화하였다. 본 연구의 결과는 Bae et al. (2016)이 제안한 마디배양 프로토콜과 통합하여 운용될 수 있고, 통합된 프로토콜은 갯봄맞이의 기내 번식 시스템으로서 갯봄맞이 자생지 복원에 기여할 수 있을 것이다.

• 생명과학회지
• /
• 제24권2호
• /
• pp.196-208
• /
• 2014

식물의 생활사 동안 물부족 스트레스는 식물의 생장과 발달에 해로운 영향을 끼치는 대표적인 스트레스이다. 유용 작물의 생산성을 증가시키기 위하여, 물부족 스트레스를 극복하는 일은 식물학 연구 분야에서 가장 중요한 이슈로 대두되어 왔다. 식물의 호르몬 중에서 앱시스산은 물부족 스트레스에 대해 식물이 저항성을 나타내는데 가장 중요한 호르몬으로서 역할을 수행하며, 씨앗의 발아, 기공의 개폐, 유묘의 성장과 같은 다양한 발달 과정에도 관여하고 있다. 그러므로, 앱시스산에 의해 매개되는 식물의 신호전달 기작을 명확히 이해하는 것은 물부족 스트레스에 대한 내성을 갖는 유용 식물을 생산해내기 위해 가장 효과적인 방법이 될 것이다. 한편, 인산화, 유비퀴틴화와 같은 번역 후 변형 과정은 식물이 다양한 환경적 스트레스 하에서 신속하게 적응을 하기 위해 가장 효율적인 기작으로 인식되어 왔는데, 이는 전사수준에서의 조절과 달리 이미 존재하는 신호전달 물질의 활성과 안정성을 직접적으로 빠르게 조절할 수 있기 때문이다. 본 총설에서는 앱시스산의 신호전달 과정과 관련된 최근 연구 동향을 업데이트하고자 하며, 특히 이러한 신호전달 과정을 앱시스산 수송, 인식, 신호전달 및 번역 후 변형 과정에 초점을 맞추어 알아보고자 한다. 또한 그러한 조절 기작이 농업분야에서 유용 작물을 생산하는데 어떻게 적용될 수 있는지에 대한 향후 전망에 대해서도 기술하고자 한다.

• The Plant Pathology Journal
• /
• 제30권4호
• /
• pp.343-354
• /
• 2014

Rice blast disease caused by Magnaporthe oryzae is one of the most serious diseases of cultivated rice (Oryza sativa L.) in most rice-growing regions of the world. In order to investigate early response genes in rice, we utilized the transcriptome analysis approach using a 300 K tilling microarray to rice leaves infected with compatible and incompatible M. oryzae strains. Prior to the microarray experiment, total RNA was validated by measuring the differential expression of rice defense-related marker genes (chitinase 2, barwin, PBZ1, and PR-10) by RT-PCR, and phytoalexins (sakuranetin and momilactone A) with HPLC. Microarray analysis revealed that 231 genes were up-regulated (>2 fold change, p < 0.05) in the incompatible interaction compared to the compatible one. Highly expressed genes were functionally characterized into metabolic processes and oxidation-reduction categories. The oxidative stress response was induced in both early and later infection stages. Biotic stress overview from MapMan analysis revealed that the phytohormone ethylene as well as signaling molecules jasmonic acid and salicylic acid is important for defense gene regulation. WRKY and Myb transcription factors were also involved in signal transduction processes. Additionally, receptor-like kinases were more likely associated with the defense response, and their expression patterns were validated by RT-PCR. Our results suggest that candidate genes, including receptor-like protein kinases, may play a key role in disease resistance against M. oryzae attack.

• Journal of Plant Biotechnology
• /
• 제33권1호
• /
• pp.19-25
• /
• 2006

저온저항성 BN115 gene과 표지유전자로서 kanamycin에 저항성 있는 nptII gene을 가지고 있는 식물발현용 binary vector pBin19/BNl15가 도입된 A. tumefacience MP90을 국화잎과 공동배양 하였다. 또한 particle bombardment를 이용하여 목적으로 하는 유전자가 식물체에 안정적으로 도입되어 발현됨을 PCR 및 Real-Time PCR 검정으로 확인하였다. 국화잎과 공동배양에 사용된 Agrobacterium은 $5.0{\times}1.0{\mu}m$로 non-sporing, motile, rod 형이며, Callus는 pin이나 cork-borer에 의해 상처 난 잎 가장자리로부터 형성되어 식물체가 재분화 되었다. 유전자 도입조건은 Agrobacterium을$O.D._{600}{\approx}0.5$에서 20분간 공동배양 할 때, Particle bombardment는 helium 압력을 1,100 psi, target 거리를 9 cm로 유지했을 때, 가장 효율이 높았다. 5mg/L kanamycin이 들어 있는 배지에서 선발된 형질전환체는 PCR 분석으로 형질전환여부를 판별할 수 있었으며, 선발 10개체 중 9개체에서 purified pBN115와 같은 크기의 밴드가 형성되었다. Taq-Man probe를 이용한 Real-Time PCR 결과 $45{\sim}0.00045ng/{\mu}{\ell}$ 범위에서 pBN115 gene을 10배씩 serial dilution한 amplification plot는 일정한 간격으로 standard curve를 보였으며, slope는 -3.313975, R2는 0.998319이었다. Amplification plots의 형질전환체 $C_T$값은 $20.75{\sim}33.81$범위였으며, 유전자 copy수는 정량분석을 기초로 산출하였다. pBN115의 plasmid DNA를 serial dilution했을 때, standard는 $5.6{\times}10^{10}/45ng{\sim} 5.6{\times}10^5/0.00045ng\;copies/{\mu}{\ell}$이 었으며, 형질전환체는 $3.86{\times}10^8{\sim}12565.71 copies/{\mu}{\ell}$이었다. 따라서 PCR, Real-Time PCR 분석 결과 저온저항성 유전자가 국화의 genome에 안정적으로 도입되었음이 확인되었다.

• Journal of Plant Biotechnology
• /
• 제44권4호
• /
• pp.409-415
• /
• 2017

JA는 병원균과 곤충에 대한 방어기작 뿐만 아니라 식물 노화에도 관여하는 식물 호르몬이다. Basic helix-loop-helix 전사인자인 MYC2는 JA의 신호전달반응의 핵심조절자 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 현사시나무에서 MYC2 유전자를 분리하고 발현특성을 조사하였으며, 다양한 환경 스트레스에 대한 내성을 갖는 임목을 생산하기 위하여 MYC2를 과발현시킨 현사시나무를 개발하였다. 포트에 식재된 MYC2 과발현 현사시나무는 대조구에 비해 잎 노화 표현형이 지연되는 특징을 보였으며, 엽록소 손실이 적은 것으로 나타났다. 또한 가을의 온도 및 광 주기 조건에서 MYC2 과발현 현사시나무의 광화학 효율을 측정한 결과 대조구보다 높은 특징을 보였다. 따라서 현사시나무의 MYC2 유전자가 낙엽이 지는 가을 동안에도 지속적인 생장을 가능하게 하여 임목의 바이오매스를 증진시키는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국미생물·생명공학회지
• /
• 제34권2호
• /
• pp.83-93
• /
• 2006

여러 산업현장에서 배출되는 중금속은 독성이 없는 상태로 분해되거나 안정화되지 않고, 먹이사슬을 따라 생물의 체내에 고농도로 축적되어 여러 가지 병을 유발하는 문제점을 가지고 있는 오염물질이다. 이러한 중금속으로 오염된 토양을 정화하기 위하여 식물을 이용한 친환경적이며 경제적인 식물상 복원 기법이 주목 받고 있으며, 그 효율을 증대시키기 위한 방법 중 하나로 식물과 근권미생물 간의 상리공생적 상호관계에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 중금속으로 오염된 토양에서 식물과 식물의 근권에서 서식하는 근권세균 사이의 상호 기작에 관한 기존 연구 결과 및 동향에 대하여 알아보았다. 식물의 뿌리에 의해 형성되는 근권의 물리 화학적, 생물학적 특성은 근권세균의 생물량 및 활성, 군집구조에 직 간접적인 영향을 미친다. 뿌리삼출물은 미생물에게 유용한 탄소원과 성장인자로 제공됨으로써 토양 내 서식하고 있는 근권세균의 성장과 대사를 촉진하는 역할을 한다. PGPR은 식물뿌리성장을 억제하는 ethylene의 전구체인 ACC를 제거하는 ACC deaminase활성, 식물성 호르몬인 LAA생성 능력, 철 공급체인 Siderophore합성 능력을 모두 가지고 있을 뿐만 아니라 토양 속 인을 식물이 이용할 수 있도록 가용화 시키는 능력까지 가지고 있는 것으로 나타났다. 이러한 PGPR은 높은 농도의 중금속으로 오염된 토양에서 식물이 보다 잘 성장하고 서식할 수 있도록 도와준다. 따라서 이들 PGPR을 식물상 복원에 적용할 경우, 중금속의 높은 정화 효과를 기대할 수 있다