Flavobacterium is a genus within the phylum Bacteroidota that remains relatively unexplored. Recent analyses of plant microbiota have identified the phylum Bacteroidota as a major bacterial group in the plant rhizosphere. While Flavobacterium species within the phylum Bacteroidota have been recognized as pathogens in the aquatic habitats, microbiome analysis and the characterization of novel Flavobacterium species have indicated the great diversity and potential of their presence in various environments. Many Flavobacterium species have positively contribute to plant health and development, including growth promotion, disease control, and tolerance to abiotic stress. Despite the well-described beneficial interactions of the Flavobacterium species with plants, the molecular mechanisms and bacterial determinants underlying these interactions remain unclear. To broaden our understanding of the genus Flavobacterium's role in plant health, we review the recent studies focusing on their ecological niche, functional roles, and determinants in plant-beneficial interactions. Additionally, this review discusses putative mechanisms explaining the interactions between plants and Flavobacterium. We have also introduced the importance of future research on Flavobacterium spp. and its potential applications in agriculture.
Plant microbiota has influenced plant growth and physiology significantly. Plant and plant-associated microbes have flexible interactions that respond to changes in environmental conditions. These interactions can be adjusted to suit the requirements of the microbial community or the host physiology. In addition, it can be modified to suit microbiota structure or fixed by the host condition. However, no technology is realized yet to control mechanically manipulated plant microbiota structure. Here, we review step-by-step plant-associated microbial partnership from plant growth-promoting rhizobacteria to the microbiota structural modulation. Glutamic acid enriched the population of Streptomyces, a specific taxon in anthosphere microbiota community. Additionally, the population density of the microbes in the rhizosphere was also a positive response to glutamic acid treatment. Although many types of research are conducted on the structural revealing of plant microbiota, these concepts need to be further understood as to how the plant microbiota clusters are controlled or modulated at the community level. This review suggests that the intrinsic level of glutamic acid in planta is associated with the microbiota composition that the external supply of the biostimulant can modulate.
The sustainability of conventional agriculture which is characterized by input dependent and ecologically simplified food production system is vague. Chemicals and present practices used in agriculture are not only costly but also have widespread implications on human and animal health, food quality and safety and environmental quality. Thus there is a need for alternative farming practices to sustain food production for the escalating population and conserve environment for future generations. The present research scenario in the area of plant microbe interactions for maintaining sustainable agriculture suggests that the level of internal regulation in agro-ecosystems is largely dependent on the level of plant and microbial diversity present in the soil. In agro-ecosystems, biodiversity performs a variety of ecological services beyond the production of food, including recycling of nutrients, regulation of microclimate and local hydrological processes, suppression of undesirable organisms and detoxification of noxious chemicals. Controlling the soil microflora to enhance the predominance of beneficial and effective microorganisms can help improve and maintain soil chemical and physical properties. The role of beneficial soil microorganisms in sustainable productivity has been well construed. Some plant bacteria referred to as plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) can contribute to improve plant growth, nutrient uptake and microbial diversity when inoculated to plants. Term PGPR was initially used to describe strains of naturally occurring non-symbiotic soil bacteria have the ability to colonize plant roots and stimulate plant growth PGPR activity has been reported in strains belonging to several other genera, such as Azotobacter, Azospirillum, Arthrobacter Bacillus, Burkhokderia, Methylobacterium, and Pseudomonas etc. PGPR stimulate plant growth directly either by synthesizing hormones such as indole acetic acid or by promoting nutrition, for example, by phosphate solubilization or more generally by accelerating mineralization processes. They can also stimulate growth indirectly, acting as biocontrol agents by protecting the plant against soil borne fungal pathogens or deleterious bacteria. Present review focuses on some recent developments to evolve strategies for better biotechnological exploitation of PGPR's.
Genus Bacillus is a spore-forming bacterium that has unique properties in cell differentiation, allowing the forming of spores in stress conditions and activated in the vegetative cell, with suitable environments occurring during the life cycle acting as a trigger. Their habitat is mainly in soil; thus, many species of Bacillus are associated with plants as well as rhizosphere bacteria and endophytic bacteria. Signal transduction is the principal mechanism of interactions, both within the cell community and with the external environment, which provides the subsequent functions or properties for the cell. The antimicrobial compounds of Bacillus sp. are potentially useful products, which have been used in agriculture for the inhibition of phytopathogens, for the stimulation of plant growth, and in the food industry as probiotics. There are two systems for the synthesis of these substances: nonribosomal synthesis of cyclic lipopeptides (NRPS) and polyketides (PKS). For each group, the structures, properties, and genes of the main products are described. The different compounds described and the way in which they co-exist exhibit the relationship of Bacillus substances to plants, humans, and animals.
Oh, Mira;Han, Jae Woo;Lee, Chanhui;Choi, Gyung Ja;Kim, Hun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.28
no.6
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pp.968-975
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2018
In the course of screening for microbes with nematicidal activity, we found that Enterobacter asburiae HK169 displayed promising nematicidal activity against the root-knot nematode Meloidogyne incognita, along with plant growth-promoting properties. Soil drenching of a culture of HK169 reduced gall formation by 66% while also increasing root and shoot weights by 251% and 160%, respectively, compared with an untreated control. The cell-free culture filtrate of the HK169 culture killed all juveniles of M. incognita within 48 h. In addition, the nematicidal activity of the culture filtrate was dramatically reduced by a protease inhibitor, suggesting that proteolytic enzymes contribute to the nematicidal activity of HK169. In order to obtain genomic information about the HK169 isolate related to its nematicidal and plant growth-promoting activities, we sequenced and analyzed the whole genome of the HK169 isolate, and the resulting information provided evidence that the HK169 isolate has nematicidal and plant growth-promoting activities. Taken together, these observations enable the future application of E. asburiae HK169 as a biocontrol agent for nematode control and promote our understanding of the beneficial interactions between E. asburiae HK169 and plants.
Kim, Won-Il;Cho, Won-Kyong;Kim, Su-Nam;Chu, Hyo-Sub;Ryu, Kyoung-Yul;Yun, Jong-Chul;Park, Chang-Seuk
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.21
no.8
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pp.777-790
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2011
To elucidate the biodiversity of plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) in Korea, 7,638 bacteria isolated from the rhizosphere of plant species growing in many different regions were screened. A large number of PGPR were identified by testing the ability of each isolate to promote the growth of cucumber seedlings. After redundant rhizobacteria were removed via amplified rDNA restriction analysis, 90 strains were finally selected as PGPR. On the basis of 16S ribosomal RNA sequences, 68 Gram-positive (76%) and 22 Gram-negative (24%) isolates were assigned to 21 genera and 47 species. Of these genera, Bacillus (32 species) made up the largest complement, followed by Paenibacillus (19) and Pseudomonas (11). Phylogenetic analysis showed that most of the Grampositive PGPR fell into two categories: low- and high- G+C (Actinobacteria) strains. The Gram-negative PGPR were distributed in three categories: ${\alpha}$-proteobacteria, ${\beta}$- proteobacteria, and ${\gamma}$-proteobacteria. To our knowledge, this is the largest screening study designed to isolate diverse PGPR. The enlarged understanding of PGPR genetic diversity provided herein will expand the knowledge base regarding beneficial plant-microbe interactions. The outcome of this research may have a practical effect on crop production methodologies.
Kim, Kangmin;Jang, Ye-Jin;Lee, Sang-Myeong;Oh, Byung-Taek;Chae, Jong-Chan;Lee, Kui-Jae
Molecules and Cells
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v.37
no.2
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pp.109-117
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2014
Microbiota in the niches of the rhizosphere zones can affect plant growth and responses to environmental stress conditions via mutualistic interactions with host plants. Specifically, some beneficial bacteria, collectively referred to as Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPRs), increase plant biomass and innate immunity potential. Here, we report that Enterobacter sp. EJ01, a bacterium isolated from sea china pink (Dianthus japonicus thunb) in reclaimed land of Gyehwa-do in Korea, improved the vegetative growth and alleviated salt stress in tomato and Arabidopsis. EJ01 was capable of producing 1-aminocy-clopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase and also exhibited indole-3-acetic acid (IAA) production. The isolate EJ01 conferred increases in fresh weight, dry weight, and plant height of tomato and Arabidopsis under both normal and high salinity conditions. At the molecular level, short-term treatment with EJ01 increased the expression of salt stress responsive genes such as DREB2b, RD29A, RD29B, and RAB18 in Arabidopsis. The expression of proline biosynthetic genes (i.e. P5CS1 and P5CS2) and of genes related to priming processes (i.e. MPK3 and MPK6) were also up-regulated. In addition, reactive oxygen species scavenging activities were enhanced in tomatoes treated with EJ01 in stressed conditions. GFP-tagged EJ01 displayed colonization in the rhizosphere and endosphere in the roots of Arabidopsis. In conclusion, the newly isolated Enterobacter sp. EJ01 is a likely PGPR and alleviates salt stress in host plants through multiple mechanisms, including the rapid up-regulation of conserved plant salt stress responsive signaling pathways.
The rhizosphere is the active zone where plant roots communicate with the soil microbiome, each responding to the other's signals. The soil microbiome within the rhizosphere that is beneficial to plant growth and productivity is known as plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR). PGPR take part in many pivotal plant processes, including plant growth, development, immunity, and productivity, by influencing acquisition and utilization of nutrient molecules, regulation of phytohormone biosynthesis, signaling, and response, and resistance to biotic- and abiotic-stresses. PGPR also produce secondary compounds and volatile organic compounds (VOCs) that elicit plant growth. Moreover, plant roots exude attractants that cause PGPR to aggregate in the rhizosphere zone for colonization, improving soil properties and protecting plants against pathogenic factors. The interactions between PGPR and plant roots in rhizosphere are essential and interdependent. Many studies have reported that PGPR function in multiple ways under the same or diverse conditions, directly and indirectly. This review focuses on the roles and strategies of PGPR in enhancing nutrient acquisition by nutrient fixation/solubilization/mineralization, inducing plant growth regulators/phytohormones, and promoting growth and development of root and shoot by affecting cell division, elongation, and differentiation. We also summarize the current knowledge of the effects of PGPR and the soil microbiota on plants.
During monocarpic senescence in higher plants, functional stay-green delays leaf yellowing, maintaining photosynthetic competence, whereas nonfunctional stay-green retains leaf greenness without sustaining photosynthetic activity. Thus, functional stay-green is considered a beneficial trait that can increase grain yield in cereal crops. A stay-green japonica rice 'SNU-SG1' had a good seed-setting rate and grain yield, indicating the presence of a functional stay-green genotype. SNU-SG1 was crossed with two regular cultivars to determine the inheritance mode and identify major QTLs conferring stay-green in SNU-SG1. For QTL analysis, linkage maps with 100 and 116 DNA marker loci were constructed using selective genotyping with $F_2$ and RIL (recombinant inbred line) populations, respectively. Molecular marker-based QTL analyses with both populations revealed that the functional stay-green phenotype of SNU-SG1 is regulated by several major QTLs accounting for a large portion of the genetic variation. Three main-effect QTLs located on chromosomes 7 and 9 were detected in both populations and a number of epistatic-effect QTLs were also found. The amount of variation explained by several digenic interactions was larger than that explained by main-effect QTLs. Two main-effect QTLs on chromosome 9 can be considered the target loci that most influence the functional stay-green in SNU-SG1. The functional stay-green QTLs may help develop low-input high-yielding rice cultivars by QTL-marker-assisted breeding with SNU-SG1.
Extrafloral nectaries have been shown in many studies to promote mutualistic interactions between plants and insects(usually ants) that visit the glands. The insects gain sugars, water and amino acids secreted by the extrafloral nectaries and benefit the plants by reducing the damage caused by plant's inseet herbivores. Little is known about the occurrence of extrafloral nectaries in plants growing in Asia. To learn about the occurrence of extrafloral nectary bearing plants in Korea, living plants and herbarium material were examined for the glands. In addition, the cover of plants with extrafloral nectaries and the proportion of woody plants with extrafloral nectaries were measured in three forest communities on Kangwha Island. 131 species of plants belonging to 53 genera and 30 families were found to have extrafloral nectaries. These 131 species comprise about 4.0% of Korea's flora, a highet percentage of extrafloral nectary bearing plants than occurs in the studied areas of North America. Extrafloral nectary bearing plants occupied 7, 23 and 55% of the covers and comprised 15, 21 and 15% of the woody plants in the three different forests, a significant level of occurrence. Many important Korean crop plants were found to have extrafloral nectaries including : sesame (Sesamum indicum L.), squash (Cucurbita moschata Duchesne), sweet potato (Ipomoea batatas Lam), persimmon (Diospyros kaki Thunb.) cotton (Gossypium indicum Lam.), mung bean (Phaseolus radiatus L.), red bean (Phaseolus angularis W.F.), peach (Prunus persica (L) Batsch.), plum (Prunus salicina Lindl.). Many of these cultivated and wild plants may receive protection by ants and other beneficial insects that visit their extrafloral nectaries.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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