Plant disease caused by root-knot nematode is a major problem in crop production. Using of chemical pesticides, one of the most efficient methods to control nematodes, have raised issues in toxicity to humans and animals and environmental pollution. In this study, to select actinomycete strains that have potential to serve as a microbial agent for control of nematodes, we investigated nematicidal activity of culture broth from 670 Streptomyces isolates. A culture filtrate of KRA15-528 isolate that was identified as S. flavogriseus on the basis of 16S rRNA sequence analysis, showed strong nematicidal activity against second stage of juveniles of Meloidogyne incognita and inhibited egg hatching; exposure to 10% of culture filtrate resulted in 71% juvenile mortality at 48 hours afters treatment and suppressed egg hatching by 54% at 9 days after treatment. When the KRA15-528 culture filtrate was partitioned with ethyl acetate and butanol, ethyl acetate layer exclusively showed strong activity; 91%, 53%, 30% of mortality at 1,000, 500, $250{\mu}g/ml$, respectively. Additionally, the culture filtrate suppressed gall formation on cucumber plant by M. incognita with no phytotoxicity. These results suggest that S. flavogriseus KRA15-528 has potential to serve as a microbial nematicide for the control of root-knot nematode disease.
Jang, Ja Yeong;Choi, Yong Ho;Joo, Yoon-Jung;Kim, Hun;Choi, Gyung Ja;Jang, Kyoung Soo;Kim, Chang-Jin;Cha, Byeongjin;Park, Hae Woong;Kim, Jin-Cheol
Research in Plant Disease
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v.21
no.2
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pp.50-57
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2015
Control of nematode has become difficult owing to the restricted use of effective soil fumigant, methyl bromide, and other non-fumigant nematicides. Therefore, it is urgently necessary to develop microbial nematicide to replace chemical nematicides. In this study, the 50% aqueous methanol extraction solution of fermentation broths of 2,700 actinomycete strains were tested for their nematicidal activity against second stage of juveniles (J2s) of Meloidogyne incognita. As the results, only the 50% aqueous methanol extraction solution of AN110065, at 20% equivalent to 10% fermentation broth, showed strong nematicidal activity with 78.9% of mortality 24 h after treatment and 94.1% of mortality at 72 h. The 16S rRNA gene sequencing showed that the strain sequence was 99.78% identical to Streptomyces netropsis. The extract of S. netropsis AN110065 fermentation broth was successively partitioned with ethyl acetate and butanol and then the ethyl acetate, butanol and water layers were investigated for their nematicidal activity against the M. incognita. At $1000{\mu}g/ml$, ethyl acetate layer showed the strongest activity of 83.5% of juvenile mortality 72 h after treatment. The pot experiment using the fermentation broth of AN110065 on tomato plant against M. incognita displayed that it evidently suppressed gall formation at a 10-fold diluent treatment. The tomato plants treated with the fermentation broth of S. netropsis AN110065 did not show any phytotoxicity. The results suggest that S. netropsis AN110065 has a potential to serve as microbial nematicide in organic agriculture.
A Gram-negative bacterium was isolated from mushroom media that markedly reduces the level of extracellular toxins (i.e., tolaasins) produced by Pseudomonas tolaasii, the most destructive pathogen of cultivated mushrooms. The HC1 strain was selected as detoxifying tolaasin by bioassay on potato and it was identified Pseudomonas sp. by the cultural, morphological and physiological characteristics, and analysis of the 16S rRNA. The isolated bacterium is saprophytic but not parasitic nor pathogenic to cultivation mushroom. The isolated bacterium for P. tolaasii cell, was sufficient for detoxification in vitro. Inoculation of the isolated bacterium prevents the development of bacterial disease in Pleurotus ostreatus, Flammunia velutipes and Agaricus bisporus. Control efficacy of brown blotch of strain HC1 treatment was 69, 68 and 55% on Agaricus bisporus, Flammulina velutipes and Pleurotus ostreatus, respectively. The suppressive bacterium may be useful in future for the development of biocontrol system and the construction of genetically modified edible fungi resistant to the disease caused by P. tolaasii.
Plant root rotting fungi, Fusarium solani are suppressed their growth by the chitinase which is produced from the antagonistic soil bacteria. The chitinase producable antagonistic bacterium Pseudomonas sp. 3098 was selected as a powerful biocontrol agent of F. solani from ginseng rhizosphere. The antagonistic Pseudomonas sp. 3098 was able to produce a large amount of extracellular chitinase which is key enzyme in the decomposition of fusarial hypal walls. The chitinase was purified from cultural filtrate of Pseudomonas sp. 3098 by the procedure of ammonium sulfate precipitation, anion exchange chromatography, gel filtration on Bio-Gel P-100, and 1st and 2nd hydroxyapatite chromatography. The molecular mass of the purified enzyme was ca. 45 kDa on SDS-FAGE. The optimal pH and temperature for the activity of purified chitinase were 5.0 and 45$^{\circ}C$, respectively. The enzyme was stable in pH range of 5.0 to 9.0 up to 5$0^{\circ}C$ The enzyme was significantly inhibited by metal compounds such as FeCl$_2$, AgNO$_3$ and HgCl$_2$, and was slightly inhibited by p-CMB, iodoacetic acid, urea, 2,4-DNP and EDTA. The enzyme had ability of digestion on colloidal chitin and chitin from shrimp shell, but could not digest chitosan and chitin from crab shell. Km value of the enzyme was 0.11% on colloidal chitin, and the maximum hydrolysis rate of the enzyme was 34% on colloidal chitin.
An allium rhizobacterium Serratia plymuthica AL-1 was previously selected as a biocontrol agent of allium white rot. The chitinase from S. plymuthica AL-1 produced in medium containing colloidal chitin was purified by ammonium sulfate precipitation (40~70%), affinity adsorption, column chromatography on DEAE-sephadex A-50 and sephadex C-200 gel filtration. The enzyme was purified 10.8-fold with a yield of 7.3% from the starting culture broth. The purified chtinase gave a single band on sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis, it's molecular weight was estimated to be 55 kDa. The optimum pH and temperature of the purified enzyme were pH 5.5 and $55^{\circ}C$, respectively and it is stable up to $50^{\circ}C$ and maintains around 90% of its activity for 60min. The enzyme were activated by $Ca^{2+}$, $Mn^{2+}$ and $Mg^{2+}$ and inhibited by $Cu^{2+}$, SDS, $\rho$-CMB, MIA, respectively. The purified chitinase showed broad spectrum of antifungal activities against plant pathogenic fungi Sclerotium cepivoruin, Alternana alternnta, Colletotrichum glceosporioidrs, Phoma sp., Sclerotinia sclerotiorum, Stemphylium solani, Fusarium oxysporium f. sp. niveum but rarely inhibited Phytophthora capsici and Pythium ultimum.. The purified chitinase from S. plymuthica AL-1 caused swelling, lysis, deceleration and degradation of the hyphal tips of S. sczerotiorum causing allium white rot. It suggest that S. prymuthica AL-1 chitinase play an important part in the bifunctional chitinase / lysozyme activity.
An, Kyu-Nam;Jung, Woo-Jin;Chae, Dong-Hyun;Park, Ro-Dong;Kim, Tae-Hwan;Kim, Yong-Woong;Kim, Young-Cheol;Cha, Gyu-Suk;Kim, Kil-Yong
Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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v.36
no.4
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pp.247-255
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2003
A bacterium, KJA-118 showing a strong chitinase activity, was isolated and identified as Bacillus cereus. The strain produced maximum level of chitinase, when grown aerobically at $30^{\circ}C$ for 4 days in basal broth containing 1% colloidal chitin in the initial pH adjusted to 6.0. Among various carbon sources such as crab shell powder, chitin powder, colloidal chitin, and R. solani mycelium, maximum chitinase activity was found in culture broth supplemented with R. solani mycelium. When KJA-118 was incubated with R. solani, the cell wall of the fungus was found to be completely destroyed. SDS-PAGE and active staining results revealed that KJA-118 produced three isoforms of chitinase with molecular weights of 68 kDa, 47 kDa, and 37 kDa. When the suspension of KJA-118 was treated to cucumber seedlings, reducing rate of damping-off caused by R. solani was about 28.1%.
An indigenous antagonistic bacterium Bacillus sp. 7079 was isolated from a local soil sampled at Kyongju area in Korea . The strain has strong antagonistic ability which was originated from multifunctional mechanisms of chitinase and antibiotic and is a powerful antagonistic biocontrol agent against red-pepper rotting fungus Phytophthora capsici and Wilt fungus Fusarium oxysporum. The chitinase might degrade the cell wasll for Fusarium species. The selected Bacilus sp. 7079 was identified as a Bacillus amyloliquefaciens 7079. The maximal production of the chitinase from B, amyloliquefaciens 7079 were obtained in chitin-yeast extract medium containing 0.7%, $K_2$$HPO_4$, $0.2KH_2$$PO_4$, 0.1% ($NH_4$)$_2$$SO_4$, 0.05% sodium cirate, 0.01% $MgSO_4$$7H_2$O, 0.1% yeast extract and 0.1% colloidal chitin after cultivation of 3 days at pH 7.0 and $30^{\circ}C$. The best carbon and nitrogen sources for the production of the chitinase from B amyloliquefaciens 7079 were determined to be 0.1% colloi- dal chitin and 0.15% proteose peptone NO 3 respectively, The antagonistic activity of B amyloliquefaciens 7079 was confirmed using P. capsici by in vivo pot test with red-pepper plant.
Antifungal bacterium against Colletotrichum coccodes causing black dot disease of potatoes and anthracnose of tomatoes was isolated from sewage sludge. The isolate showed a 99% sequence homology of partial 16S rRNA of Bacillus methylotrophicus CBMB205 and Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum FZB42. The isolate was identified as Bacillus sp. SW29-2, using the neighbor-joining phylogenetic tree, BlastN sequence analysis, and morphological and cultural characteristics. Bacillus sp. SW29-2 is an aerobic, Gram-positive, endospore-forming bacterium, of which the morphological and physiological characteristics were the same as those of type strain B. lichniformis CBMB205, except for the cell growth of over 4% NaCl. The cell growth of the temperature and the initial pH of the medium was shown at $18-47^{\circ}C$ (opt. ca. $38^{\circ}C$) and 3-9 (opt. ca. 6.0), respectively. The inhibition size (diameter) of Bacillus sp. SW29-2 against four strains of C. coccodes ranged from 23 to 29 mm. Also, the isolate showed antifungal activity against penicillium rot-causing Penicillium expansum in apples. Thus far, any report on the antifungal activity of Baciilus spp. against C. coccodes has not been found. These results suggest that the Bacillus sp. SW29-2 isolate could be used as a possible biocontrol agent against C. coccodes, and further applied to other plant pathogenic fungi.
Oudemansiella mucida, an edible and medicinal mushrooms belonging to Tricholomataceae of Basidiomycota, has been known to produce antifungal substances to inhibit the mycelial growth and spore germination of the plant pathogenic fungi. To produce good amount of antifungal substances from culture media, the optimal culture conditions of O. mucida were investigated. The most favorable conditions for the mycelial growth were $25^{\circ}C$ and pH 5 in potato dextrose agar. The most favorable carbon and nitrogen sources promoting mycelial growth were maltose and calcium nitrate, respectively. The optimum C/N ratio was about 20 : 1 in case that 3% glucose was supplemented to the basal medium as a carbon source. The optimal mycelial growth of O. mucida was found in the Hennerberg medium. The crude extract from submerged culture of potato dextrose broth exhibited inhibition of mycelial growth of Colletotrichum acutatum, Botrytis cinerea and Pyricularia oryzae but, fungicidal activity is not good enough to compared with commercially available fungicides tested. Therefore, the antifungal substances extracted from submerged culture of O. mucida might have a potential to be used for biocontrol agent of fungal diseases of plants.
Sclerotinia sclerotiorum, a plant pathogenic fungus, can cause serious yield and quality losses in the winter lettuce field. For biological control of S. sclerotiorum, soil-born microorganisms that inhibit the mycelia growth of S. sclerotiorum and Fusarium oxysporum were isolated from diseased soil. Among the isolates, bacterial isolate, GG95, which was identified as Bacillus subtilis according to the morphological, physiological characteristics and by 16S rRNA similarity, showed the highest level of inhibitory activity. The growth conditions for B. subtilis GG95 were optimized in TSB media (pH 7) by culturing at $28^{\circ}C$ for 24 hrs. Maltose or fructose and peptone were selected as the best carbon and nitrogen sources, respectively. Greenhouse experiment was performed to test effectiveness of B. subtilis GG95 in the control sclerotinia rot. Drench application ($1{\times}10^8cfu/mL$, 3 times) of the bacterial culture broth to lettuce showed an effectiveness value of 88%, suggesting that B. subtilis GG95 would be a promising biocontrol agent for control of sclerotinia rot.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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