Plant growth-promoting Psudomonas fluorescens GL20 was isolated from a ginseng rhizosphere on chrome azurol Sagar. P. fluorescens GL20 produced a large amount of hydoxamate siderophore in an iron-deficient medium. The siderophore showed significantly high specific activity of 20.2 unit. Using an in vitro antifungal test, P. fluorescens GL20 considerably suppressed growth of phytopathogenic fungus Fusarium solani, inhibiting spore germination and germ tube elongation. In pot trials of kidney beans with P. fluorescens GL20, disease incidence was remarkably reduced up to $68{\%}$ compared with that of F. solani alone, and plant growth was also increased nearly 1.6 fold as compared to that of the untreated control, promoting elongation and development of the roots. These results indicate that the plant growth-promoting activity of P. fluorescens GL20 can play an important role in biological control of soil-borne plant disease in a rhizosphere, enhancing the growth of plants.
Salas-Marina, Miguel Angel;Silva-Flores, Miguel Angel;Cervantes-Badillo, Mayte Guadalupe;Rosales-Saavedra, Maria Teresa;Islas-Osuna, Maria Auxiliadora;Casas-Flores, Sergio
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.21
no.7
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pp.686-696
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2011
To deal with pathogens, plants have evolved sophisticated mechanisms including constitutive and induced defense mechanisms. Phytohormones play important roles in plant growth and development, as well as in the systemic response induced by beneficial and pathogen microorganisms. In this work, we identified an Aspergillus ustus isolate that promotes growth and induces developmental changes in Solanum tuberosum and Arabidopsis thaliana. A. ustus inoculation on A. thaliana and S. tuberosum roots induced an increase in shoot and root growth, and lateral root and root hair numbers. Assays performed on Arabidopsis lines to measure reporter gene expression of auxin-induced/ repressed or cell cycle controlled genes (DR5 and CycB1, respectively) showed enhanced GUS activity, when compared with mock-inoculated seedlings. To determine the contribution of phytohormone signaling pathways in the effect elicited by A. ustus, we evaluated the response of a collection of hormone mutants of Arabidopsis defective in auxin, ethylene, cytokinin, or abscisic acid signaling to the inoculation with this fungus. All mutant lines inoculated with A. ustus showed increased biomass production, suggesting that these genes are not required to respond to this fungus. Moreover, we demonstrated that A. ustus synthesizes auxins and gibberellins in liquid cultures. In addition, A. ustus induced systemic resistance against the necrotrophic fungus Botrytis cinerea and the hemibiotrophic bacterium Pseudomonas syringae DC3000, probably through the induction of the expression of salicylic acid, jasmonic acid/ethylene, and camalexin defense-related genes in Arabidopsis.
Pseudomonas fluorescens GL20 is a plant growth-promoting rhizobacterium that produces a large amount of hydroxamate siderophore under iron-limited conditions. The strain GL20 considerably inhibited the spore germination and hyphal growth of a plant pathogenic fungus, Fusarium solani, when iron was limited, significantly suppressed the root-rot disease on beans caused by F. solani, and enhanced the plant growth. The mechanism for the beneficial effect of strain GL20 on the disease suppression was due to the siderophore production, evidenced by mutant strains derived from the strain. Analysis of the outer membrane protein profile revealed that the growth of strain GL20 induced the synthesis of specific iron-regulated outer membrane proteins with molecular masses of 85- and 90 kDa as the high-affinity receptors for the ferric siderophore. In addition, a cross-feeding assay revealed the presence of multiple inducible receptors for heterologous siderophores in the strain. In order to induce increased efficacy and potential in biological control of plant disease, a siderophore-overproducing mutant, GL20-S207, was prepared by NTG mutagenesis. The mutant GL20-S207 produced nearly 2.3 times more siderophore than the parent strain. In pot trials of beans with F. solani, the mutant increased plant growth up to 1.5 times compared with that of the parent strain. These results suggest that the plant growth-promoting P. fluorescens GL20 and the genetically bred P. fluorescens GL20-S207 can play an important role in the biological control of soil-borne plant diseases in the rhizosphere.
Suaeda australis, Phragmites australis, Suaeda maritima, Suaeda glauca Bunge, and Limonium tetragonum in the Seocheon salt marsh on the west coast of the Korean Penincula were sampled in order to identify the endophytes inhabiting the roots. A total of 128 endophytic fungal isolates belonging to 31 different genera were identified using the fungal internal transcribed spacer (ITS) regions and the 5.8S ribosomal RNA gene. Fusarium, Paraconiothyrium and Alternaria were the most commonly isolated genera in the plant root samples. Various diversity indicators were used to assess the diversity of the isolated fungi. Pure cultures containing each of the 128 endophytic fungi, respectively, were tested for the plant growth-promoting abilities of the fungus on Waito-C rice germinals. The culture filtrate of the isolate Lt-1-3-3 significantly increased the growth of shoots compared to the shoots treated with the control. Lt-1-3-3 culture filtrate was analyzed and showed the presence of gibberellins (GA1 2.487 ng/ml, GA3 2.592 ng/ml, GA9 3.998, and GA24 6.191 ng/ml). The culture filtrate from the Lt-1-3-3 fungal isolate produced greater amounts of GA9 and GA24 than the wild-type Gibberella fujikuroi, a fungus known to produce large amounts of gibberellins. By the molecular analysis, fungal isolate Lt-1-3-3 was identified as Gibberella intermedia, with 100% similarity.
Babu, Anam Giridhar;Kim, Sang Woo;Yadav, Dil Raj;Hyum, Umyong;Adhikari, Mahesh;Lee, Youn Su
Mycobiology
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v.43
no.1
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pp.49-56
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2015
The present study is the first report on the isolation of Penicillium menonorum from rhizosphere soil in Korea and its identification based on morphological characteristics and internal transcribed spacer gene sequence. The fungal isolate was named KNU-3 and was found to exhibit plant growth-promoting (PGP) activity through indole acetic acid (IAA) and siderophore production, as well as P solubilization. KNU-3 produced 9.7 mg/L IAA and solubilized 408 mg of $Ca_3PO_4/L$, and inoculation with the isolate significantly (p < 0.05) increased the dry biomass of cucumber roots (57%) and shoots (52%). Chlorophyll, starch, protein, and P contents were increased by 16%, 45%, 22%, and 14%, respectively, compared to plants grown in uninoculated soil. The fungus also increased soil dehydrogenase (30%) and acid phosphatase (19%) activities. These results demonstrate that the isolate KNU-3 has potential PGP attributes, and therefore it can be considered as a new fungus to enhance soil fertility and promote plant growth. Moreover, the discovery of PGP ability and traits of this fungus will open new aspects of research and investigations. In this study, plant growth promotion by P. menonorum KNU-3 is reported for the first time in Korea after its original description.
Endophytic fungi predominantly inhabit grasses, and produce a variety of beneficial metabolites for plant growth, as well as help their hosts against pathogens and herbivores. Current study was focused on plant growth promoting activity of endophytic fungi inhabited in the roots of sand dune grasses. We collected 49 fungal isolates from the roots of four most common sand dune grasses and screened them for their growth promoting capacity. Results showed that 37 fungal isolates (75.5%) promoted plant height and shoot length of waito-c rice, 11 fungal isolates (22.5%) suppressed it, while 1 fungus (2%) showed no effect on the growth attributes. The fungal strain Gibberella fujikuroi, along with distilled water and Czapek broth medium, were taken as control for this experiment. It was concluded that a major proportion of endophytic fungi inhabited in the sand dune plants produce metabolites, and thus help in growth and development of the host plant.
For the isolation of a plant growth-promoting rhizobacteria, strain YK-5 was selected from approximately 400 thermostable strains isolated from special soil samples. Strain YK-5 produced an antifungal compound, and optimum carbon and nitrogen sources for the production of the antifungal compound were investigated against Aspergillus flavus as a test strain. Modified LB medium containing 1% peptone, 1% yeast extract and 5% black sugar was determined to be the optimal medium for growth and antifungal compound production. Culture broth of strain YK-5 potently inhibited growth of the phytopathogenic fungus Fusarium oxysporum KACC 40052 for 7 days. The plant growth-promotion function of strain YK-5 was tested against radish and rice in pot trials. Leaf number, plant height and root length in YK-5-treated radish markedly exceeded (> 60%) those of untreated radish. Leaf length and white rootlet development were markedly more prominent than in commercially-treated rice plants. Strain YK-5 was determined to be Bacillus subtilis YK-5 by physiological, chemotaxonomical, and phylogenetical analyses.
The colonization of an arbuscular mycorrhizal fungus Glomus intraradices BEG110 in the soil caused a decrease in disease severity in cucumber plants after fungal inoculation with Colletotrichum orbiculare. In order to illustrate the resistance mechanism mediated by G. intraradices BEG110, infection patterns caused by C. orbiculare in the leaves of cucumber plants and the host cellular responses were characterized. These properties were characterized using transmission electron microscopy on the leaves of cucumber plants grown in soil colonized with G. intraradices BEG110. In the untreated plants, inter- and intra-cellular fungal hyphae were observed throughout the leaf tissues during both the biotrophic and necrotrophic phases of infection. The cytoplasm of fungal hyphae appeared intact during the biotrophic phase, suggesting no defense response against the fungus. However, several typical resistance responses were observed in the plants when treated with G. intraradices BEG110 including the formation of sheaths around the intracellular hyphae or a thickening of host cell walls. These observations suggest that the resistance mediated by G. intraradices BEG110 most often occurs in the symplast of the host cells rather than in the apoplast. In addition, this resistance is similar to those mediated by biotic inducers such as plant growth promoting rhizobacteria.
Rice blast caused by Pyricularia oryzae, which is a major threat to food security worldwide, markedly decreases the yield of rice. Some rhizobacteria called 'plant growth-promoting rhizobacteria' inhibit plant pathogens and improve plant growth by secreting iron-chelating siderophores. The decreased availability of iron adversely affects the survival of pathogens, especially fungal pathogens, in the rhizosphere. This study aimed to determine the morphological diversity of siderophore-producing bacteria, analyze the type of siderophores produced by the bacteria, and examine their growth-inhibitory activity against Pyricularia oryzae. The rhizobacteria were isolated from the rhizosphere of Sembada Hitam variety of black rice plants in Pakem, Sleman, Yogyakarta, Indonesia. In total, 12 distinct isolates were screened for the production of siderophores. It was found that 9 out of 12 bacteria produced siderophore and most of them were Gram positive bacteria. The best siderophore-producing isolates with different type of siderophore were used in further studies. The IS3 and IS14 isolates were found to be the best siderophore producer that produced hydroxamate and mixed type of hydroxamate-carboxylate type of siderophore, respectively. In the dual culture assay, IS14 showed a strong antagonistic effect against Pyricularia oryzae by the 81.17% inhibition.
In vivo expression technology (IVET) has been developed to study bacterial gene expression in Salmonella typhimurium during host infection. The expression of selected genes by IVET has been elevated in vivo but not in vitro. The selected genes turned out to be important for bacterial virulence and/or pathogenicity. IVET depends on a synthetic operon with a promoterless transcriptional fusion between a selection marker gene and a reporter gene. The IVET approach has been successfully adapted in other bacterial pathogens and plant-associated bacteria using different selection markers. Pseudomonas putida suppresses citrus root rot caused by Phytophthora parasitica and enhances citrus seedling growth. The WET strategy was adapted based on a transcriptional fusion, pyrBC'-lacZ, in P. putida to study the bacterial traits important far biocontrol activities. Several genes appeared to be induced on P. parasitica hyphae and were found to be related with metabolism and regulation of gene expression. It is likely that the biocontrol strain took a metabolic advantage from the plant pathogenic fungus and then suppressed citrus root rot effectively. The result was parallel with those from the adaptation of IVET in P. fluorescens, a plant growth promoting rhizobacteria (PGPR). Interestingly, genes encoding components for type III secretion system have been identified as rhizosphere-induced genes in the PGPR strain. The type III secretion system may play a certain role during interaction with its counterpart plants. Application of IVET has been demonstrated in a wide range of bacteria. It is an important strategy to genetically understand complicated bacterial traits in the environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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