Kim, Hyo-suk;Do, Ki Seok;Park, Joo Hyeon;Kang, Wee Soo;Lee, Yong Hwan;Park, Eun Woo
The Plant Pathology Journal
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v.36
no.1
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pp.54-66
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2020
This study was conducted to evaluate usefulness of numerical weather prediction data generated by the Unified Model (UM) for plant disease forecast. Using the UM06- and UM18-predicted weather data, which were released at 0600 and 1800 Universal Time Coordinated (UTC), respectively, by the Korea Meteorological Administration (KMA), disease forecast on bacterial grain rot (BGR) of rice was examined as compared with the model output based on the automated weather stations (AWS)-observed weather data. We analyzed performance of BGRcast based on the UM-predicted and the AWS-observed daily minimum temperature and average relative humidity in 2014 and 2015 from 29 locations representing major rice growing areas in Korea using regression analysis and two-way contingency table analysis. Temporal changes in weather conduciveness at two locations in 2014 were also analyzed with regard to daily weather conduciveness (Ci) and the 20-day and 7-day moving averages of Ci for the inoculum build-up phase (Cinc) prior to the panicle emergence of rice plants and the infection phase (Cinf) during the heading stage of rice plants, respectively. Based on Cinc and Cinf, we were able to obtain the same disease warnings at all locations regardless of the sources of weather data. In conclusion, the numerical weather prediction data from KMA could be reliable to apply as input data for plant disease forecast models. Weather prediction data would facilitate applications of weather-driven disease models for better disease management. Crop growers would have better options for disease control including both protective and curative measures when weather prediction data are used for disease warning.
Hossain, Mohammad Tofajjal;Khan, Ajmal;Chung, Eu Jin;Rashid, Md. Harun-Or;Chung, Young Ryun
The Plant Pathology Journal
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v.32
no.3
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pp.228-241
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2016
In our previous study, we reported that a novel endophytic bacterium Bacillus oryzicola YC7007 has suppressed bacterial diseases of rice via induced systemic resistance and antibiotic production. This endophytic strain, B. oryzicola YC7007 was used as a biological control agent against bakanae disease of rice caused by Fusarium fujikuroi, and its mechanism of interaction with the pathogen and the rice was further elucidated. Root drenching with B. oryzicola YC7007 suspension reduced the disease severity of bakanae significantly when compared with the untreated controls. The treatments of B. oryzicola YC7007 suspension ($2.0{\times}10^7cfu/ml$) to the rice rhizosphere reduced bakanae severity by 46-78% in pots and nursery box tests containing autoclaved and non-autoclaved soils. Moreover, in the detached rice leaves bioassay, the development of necrotic lesion and mycelial expansion of F. fujikuroi were inhibited significantly by spraying the culture filtrate of B. oryzicola YC7007. Drenching of ethyl acetate extracts of the culture filtrate to the rhizosphere of rice seedlings also reduced the bakanae disease severity in the plant culture dish tests. With the root drenching of B. oryzicola YC7007 suspension, the accumulation of hydrogen peroxide was observed at an early stage of rice seedlings, and a hormonal defense was elicited with and without pathogen inoculation. Our results showed that the strain B. oryzicola YC7007 had a good biocontrol activity against the bakanae disease of rice by direct inhibition, and was also capable of inducing systemic resistance against the pathogen via primed induction of the jasmonic acid pathway.
Kim, Me-Sun;Ouk, Sothea;Jung, Kuk-Hyun;Song, Yoohan;Le, Van Trang;Yang, Ju-Young;Cho, Yong-Gu
Plant Breeding and Biotechnology
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v.7
no.3
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pp.272-286
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2019
Developing elite hybrid rice varieties is one important objective of rice breeding programs. Several genes related to male sterilities, restores, and pollinators have been identified through map-based gene cloning within natural variations of rice. These identified genes are good targets for introducing genetic traits in molecular breeding. This study was conducted to breed elite hybrid lines with major genes related to hybrid traits and disease/insect resistance in 240 genetic resources and F1 hybrid combinations of rice. Molecular markers were reset for three major hybrid genes (S5, Rf3, Rf4) and thirteen disease/insect resistant genes (rice bacterial blight resistance genes Xa3, Xa4, xa5, Xa7, xa13, Xa21; blast resistance genes Pita, Pib, Pi5, Pii; brown planthopper resistant genes Bph18(t) and tungro virus resistance gene tsv1). Genotypes were then analyzed using molecular marker-assisted selection (MAS). Biological assay was then performed at the Red River Delta region in Vietnam using eleven F1 hybrid combinations and two control vatieties. Results showed that nine F1 hybrid combinations were highly resistant to rice bacterial blight and blast. Finally, eight F1 hybrid rice varieties with resistance to disease/insect were selected from eleven F1 hybrid combinations. Their characteristics such as agricultural traits and yields were then investigated. These F1 hybrid rice varieties developed with major genes related to hybrid traits and disease/insect resistant genes could be useful for hybrid breeding programs to achieve high yield with biotic and abiotic resistance.
An endophytic bacterial strain was isolated from kimchi, a Korean traditional fermented Brassica campestris and identified as Bacillus subtilis MJMP2 based on the 16S rRNA sequence. This strain showed strong antagonistic activity against Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) KACC10331, the pathogen of bacterial rice blight disease, as well as activity against some other rice phytopathogenic fungi. The active compound was purified through size-exclusion chromatography and preparative High-performance liquid chromatography. The molecular weight was determined as m/z 1043 by mass spectroscopy, which is identical to that of iturin A. Furthermore, a crude extract from the culture supernatant of Bacillus subtilis MJMP2 showed inhibitory activity against rice blight disease in both a rice leaf explant assay and a pot assay. The crude extract also enhanced the length of roots of Arabidopsis thaliana. These results suggest that the strain Bacillus subtilis MJMP2 could be used as a biological agent to control rice blight disease.
Climate change will affect not only the crop productivity but also the pattern of rice disease epidemics in Korea. Impact assessments for the climate change are conducted using various climate change scenarios from many global climate models (GCM), such as a scenario from a best GCM or scenarios from multiple GCMs, or a combination of both. Here, we evaluated the feasibility of using a climate change scenario from the best GCM for the impact assessment on the potential epidemics of a rice leaf blast disease in Korea, in comparison to a multi?model ensemble (MME) scenario from multiple GCMs. For this, this study involves analyses of disease simulation using an epidemiological model, EPIRICE?LB, which was validated for Korean rice paddy fields. We then assessed likely changes in disease epidemics using the best GCM selected for individual agro?climatic zones and MME scenarios constructed by running 11 GCMs. As a result, the simulated incidence of leaf blast epidemics gradually decreased over the future periods both from the best GCM and MME. The results from this study emphasized that the best GCM selection approach resulted in comparable performance to the MME approach for the climate change impact assessment on rice leaf blast epidemic in Korea.
To investigate the forecasting of plant disease and insect for an agricultural complex and farm in environment-friendly cultivation of Rice, environment-friendly agricultural five complexs and five farms were selected in Youngam and Naju area, Jonnam, Korea. Preventation objects of plant disease and insect were leaf blast, neck blast, sheath blight, bacterial leaf blight, and hopper. Factors of sheath blight occurrence in environment-friendly agricultural complex were a fast transplanting time and a narrow planting density. Bacterial leaf blight in rice occurred severely in the area under water. Rice growth in environment-friendly agricultural complex was decreased heavy drying by hopper appearance.
Proceedings of the Plant Resources Society of Korea Conference
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2020.12a
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pp.64-64
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2020
Bakanae disease, caused by several Fusarium species, imposes serious limitations to the productivity of rice across the globe. The incidence of this disease has been shown to increase, particularly in major rice-growing countries. Thus, the use of high resistant rice cultivars offers a comparative advantage, such as being cost effective, and could be preferred to the use of fungicides. In this research, we used a tropical japonica rice variety, Zenith, a bakanae disease resistant line selected as donor parent. A RIL population (F8:9) composed of 180 lines generated from a cross between Ilpum and Zenith was used. In primary mapping, a QTL was detected on the short arm of chromosome 1, covering about 3.5 Mb region flanked by RM1331 and RM3530 markers. The resistance QTL, qBK1Z, explained about 30.93% of the total phenotype variation (PVE, logarith of the odds (LOD) of 13.43). Location of qBK1Z was further narrowed down to 730 kb through fine mapping using additional RM markers, including those previously reported and developed by Sid markers. Furthermore, there is a growing need to improving resistance to bakanae disease and promoting breeding efficiency using MAS from qBK1Z region. The new QTL, qBK1Z, developed by the current study is expected to be used as foundation to promoting breeding efficiency with an enhanced resistance against bakanae disease. Moreover, this study provides useful information for developing resistant rice lines carrying single or multiple major QTLs using gene pyramiding approach and marker-assisted breeding.
Xanthomonas oryzae pv. oryzae causing bacterial leaf blight disease in rice produces and secretes Hpa1 protein that belongs to harpin protein family. Previously it was reported that Hpa1 induced defense responses when it was produced in tobacco. In this study, we expressed hpa1 gene in rice and Arabidopsis to examine the effects of Hpa1 expression on disease resistance to both fungal and bacterial pathogens. Expression of hpa1 gene in rice enhanced disease resistance to both X. oryzae pv. oryzae and Magnaporthe grisea. Interestingly, individual transgenic rice plants could be divided into four groups, depending on responses to both pathogens. hpa1 expression in Arabidopsis also enhanced disease resistance to both Botrytis cineria and Xanthomonas campestris pv. campestris. To examine genes that are up-regulated in the transgenic rice plants after inoculation with X. oryzae pv. oryzae, known defense-related genes were assessed, and also microarray analysis with the Rice 5 K DNA chip was performed. Interestingly, expression of OsACS1 gene, which was found as the gene that showed the highest induction, was induced earlier and stronger than that in the wild type plant. These results indicate that hpa1 expression in the diverse plant species, including monocot and dicot, can enhance disease resistance to both fungal and bacterial plant pathogens.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2022.10a
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pp.201-201
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2022
Rice bakanae disease is a serious global threat in major rice-cultivating regions worldwide causing high yield loss. It is caused by the fungal pathogen Fusarium fujikuroi. Varying degree of resistance or susceptibility to bakanae disease had been reported among Korean japonica rice varieties. We developed a modified in vitro bakanae disease bioassay method and tested 31 Korean japonica rice varieties. Nampyeong and Samgwang varieties showed highest resistance while 14 varieties including Junam and Hopum were highly susceptible with 100% mortality rate. We carried out mapping QTLs for bakanae disease resistance with four F2:F3 populations derived from the crosses between Korean japonica rice varieties. The Kompetitive Allele-Specific PCR (KASP) markers developed in our laboratory based on the SNPs detected in Korean japonica rice varieties were used in genotyping F2 plants in the populations. We found four major QTLs on chromosome 1, 4, 6, and 9 with LOD scores of 21.4, 6.9, 6.0, and 60.3, respectively. In addition, we are doing map-based cloning of the QTLs on chromosome 1 and 9 which were found with Junam/Nampyeong F2:F3 population and Junam/Samgwang F2:F3 population, respectively. These QTLs will be very useful in developing bakanae disease resistant high quality rice varieties.
Yu Na An;Chandrasekaran Murugesan;Hyowon Choi;Ki Deok Kim;Se-Chul Chun
Mycobiology
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v.51
no.4
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pp.195-209
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2023
The seed borne disease such as bakanae is difficult to control. Crop yield loss caused by bakanae depending on the regions and varieties grown, ranging from 3.0% to 95.4%. Bakanae is an important disease of rice worldwide and the pathogen was identified as Fusarium fujikuroi Nirenberg (teleomorph: Gibberella fujikuroi Sawada). Currently, four Fusaria (F. fujikuroi, F. proliferatum, F. verticillioides and F. andiyazi) belonging to F. fujikuroi species complex are generally known as the pathogens of bakanae. The infection occurs through both seed and soil-borne transmission. When infection occurs during the heading stage, rice seeds become contaminated. Molecular detection of pathogens of bakanae is important because identification based on morphological and biological characters could lead to incorrect species designation and time-consuming. Seed disinfection has been studied for a long time in Korea for the management of the bakanae disease of rice. As seed disinfectants have been studied to control bakanae, resistance studies to chemicals have been also conducted. Presently biological control and resistant varieties are not widely used. The detection of this pathogen is critical for seed certification and for preventing field infections. In South Korea, bakanae is designated as a regulated pathogen. To provide highly qualified rice seeds to farms, Korea Seed & Variety Service (KSVS) has been producing and distributing certified rice seeds for producing healthy rice in fields. Therefore, the objective of the study is to summarize the recent progress in molecular identification, fungicide resistance, and the management strategy of bakanae.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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