Plant phenotype is affected by a community of associated microorganisms which requires dissection of the functional fraction. In this study, we aimed to culture the functionally active fraction of an upland soil microbiome, which can suppress tomato bacterial wilt. The microbiome fraction (MF) from the rhizosphere of Hawaii 7996 treated with an upland soil or forest soil MF was successively cultured in a designed modified M9 (MM9) medium partially mimicking the nutrient composition of tomato root exudates. Bacterial cells were harvested to amplify V3 and V4 regions of 16S rRNA gene for QIIME based sequence analysis and were also treated to Hawaii 7996 prior to Ralstonia solanacearum inoculation. The disease progress indicated that the upland MM9 $1^{st}$ transfer suppressed the bacterial wilt. Community analysis revealed that species richness was declined by successive cultivation of the MF. The upland MM9 $1^{st}$ transfer harbored population of phylum Proteobacteria (98.12%), Bacteriodetes (0.69%), Firmicutes (0.51%), Actinobacteria (0.08%), unidentified (0.54%), Cyanobacteria (0.01%), FBP (0.001%), OD1 (0.001%), Acidobacteria (0.005%). The family Enterobacteriaceae of Proteobacteria was the dominant member (86.76%) of the total population of which genus Enterobacter composed 86.76% making it a potential candidate to suppress bacterial wilt. The results suggest that this mixed culture approach is feasible to harvest microorganisms which may function as biocontrol agents.
Bacterial wilt caused by Ralstonia solanacearum is considered one of the most harmful diseases of pepper plants. Recently, research on plant disease control through the rhizosphere microbiome has been actively conducted. In this study, the relationship with disease occurrence between the neighboring plant confirmed by analyzing the physicochemical properties of the rhizosphere soil and changes in the microbial community. The results confirmed that the microbial community changes significantly depending on the organic matters, P2O5, and clay in the soil. Despite significant differences in microbial communities according to soil composition, Actinobacteriota at the phylum level was higher in healthy plant rhizosphere (mean of relative abundance, D: 8.05 ± 1.13; H: 10.06 ± 1.59). These results suggest that Actinobacteriota may be associated with bacterial wilt disease. In this study, we present basic information for constructing of healthy soil in the future by presenting the major microbial groups that can suppress bacterial wilt.
Since salicylic acid (SA) was discovered as an elicitor of tobacco plants inducing the resistance against Tobacco mosaic virus (TMV) in 1979, increasing reports suggest that SA indeed is a key plant hormone regulating plant immunity. In addition, recent studies indicate that SA can regulate many different responses, such as tolerance to abiotic stress, plant growth and development, and soil microbiome. In this review, we focused on the recent findings on SA's effects on resistance to biotic stresses in different plant-pathogen systems, tolerance to different abiotic stresses in different plants, plant growth and development, and soil microbiome. This allows us to discuss about the safe and practical use of SA as a plant defense activator and growth regulator. Crosstalk of SA with different plant hormones, such as abscisic acid, ethylene, jasmonic acid, and auxin in different stress and developmental conditions were also discussed.
Crops lack genetic resistance to most necrotrophic soil-borne pathogens and parasitic nematodes that are ubiquitous in agroecosystems worldwide. To overcome this disadvantage, plants recruit and nurture specific group of antagonistic microorganisms from the soil microbiome to defend their roots against pathogens and other pests. The best example of this microbe-based defense of roots is observed in disease-suppressive soils in which the suppressiveness is induced by continuously growing crops that are susceptible to a pathogen. Suppressive soils occur globally yet the microbial basis of most is still poorly described. Fusarium wilt, caused by Fusarium oxysporum f. sp. fragariae is a major disease of strawberry and is naturally suppressed in Korean fields that have undergone continuous strawberry monoculture. Here we show that members of the genus Streptomyces are the specific bacterial components of the microbiome responsible for the suppressiveness that controls Fusarium wilt of strawberry. Furthermore, genome sequencing revealed that Streptomyces griseus, which produces a novel thiopetide antibiotic, is the principal species involved in the suppressiveness. Finally, chemical-genetic studies demonstrated that S. griseus antagonizes F. oxysporum by interfering with fungal cell wall synthesis. An attack by F. oxysporum initiates a defensive "cry for help" by strawberry root and the mustering of microbial defenses led by Streptomyces. These results provide a model for future studies to elucidate the basis of microbially-based defense systems and soil suppressiveness from the field to the molecular level.
Adhikari, Mahesh;Kim, Sang Woo;Kim, Hyun Seung;Kim, Ki Young;Park, Hyo Bin;Kim, Ki Jung;Lee, Youn Su
The Plant Pathology Journal
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제37권6호
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pp.521-532
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2021
Knowledge and better understanding of functions of the microbial community are pivotal for crop management. This study was conducted to study bacterial structures including Acidovorax species community structures and diversity from the watermelon cultivated soils in different regions of South Korea. In this study, soil samples were collected from watermelon cultivation areas from various places of South Korea and microbiome analysis was performed to analyze bacterial communities including Acidovorax species community. Next generation sequencing (NGS) was performed by extracting genomic DNA from 92 soil samples from 8 different provinces using a fast genomic DNA extraction kit. NGS data analysis results revealed that, total, 39,367 operational taxonomic unit (OTU), were obtained. NGS data results revealed that, most dominant phylum in all the soil samples was Proteobacteria (37.3%). In addition, most abundant genus was Acidobacterium (1.8%) in all the samples. In order to analyze species diversity among the collected soil samples, OTUs, community diversity, and Shannon index were measured. Shannon (9.297) and inverse Simpson (0.996) were found to have the highest diversity scores in the greenhouse soil sample of Gyeonggi-do province (GG4). Results from NGS sequencing suggest that, most of the soil samples consists of similar trend of bacterial community and diversity. Environmental factors play a key role in shaping the bacterial community and diversity. In order to address this statement, further correlation analysis between soil physical and chemical parameters with dominant bacterial community will be carried out to observe their interactions.
Objective: The ecosystem of an animal farm is composed of various elements, such as animals, farmers, plants, feed, soil, and microorganisms. A domesticated animal's health is largely connected with the reservoir of bacteria and viruses in animal farms. Although a few studies have focused on exploring the gut microbiome of animals, communities of microbiota and viruses in feedlots have not been thoroughly investigated. Methods: Here, we collected feces and dust samples (4 groups: cattle feces, C_F; horse feces, H_F; cattle dust, C_D; and horse dust, H_D) from cattle and horse farms sharing the same housing and investigated their microbiome/virome communities by Illumina sequencing. Results: Dust groups (C_D and H_D) showed higher microbial diversity than feces groups (C_F and H_F) regardless of animal species. From the microbial community analysis, all the samples from the four groups have major phyla such as Proteobacteria (min 37.1% to max 42.8%), Firmicutes (19.1% to 24.9%), Bacteroidetes (10.6% to 22.1%), and Actinobacteria (6.1% to 20.5%). The abundance of Streptococcus, which commonly recognized as equine pathogens, was significantly higher in the horse group (H_D and H_F). Over 99% among the classified virome reads were classified as Caudovirales, a group of tailed bacteriophages, in all four groups. Foot-and-mouth disease virus and equine adenovirus, which cause deadly diseases in cattle and horse, respectively, were not detected. Conclusion: Our results will provide baseline information to understand different gut and environmental microbial ecology between two livestock species.
토양미생물은 산림 생태계 구성 요소로써 산림 내 물질 순환 및 식물 생장 등에 중요한 역할을 한다. 그러나 국내 산림과학분야에서는 토양 균류 일부 종에 대한 연구가 주로 실시되어졌으며, 박테리아를 포함한 미생물 군집에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 16S rRNA gene 영역에 대한 차세대염기서열분석법을 통해, 장군봉 천연 소나무림 토양 내 존재하는 박테리아 군집 구성을 파악하였다. 분석 결과, phylum 수준에서 Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria, Planctomycetes 등이 나타나, 전형적인 토양 박테리아 군집 구성을 보였다. 또한, 부영양 환경을 선호하는 Proteobacteria가 가장 높은 비율을 차지하였는데, 다른 인공림과 비교하여 장군봉 천연 소나무림 토양 유기물량이 상대적으로 풍부한 것이 원인으로 생각된다. 한편, 토양 내 질소 순환에 기여를 하는 뿌리혹박테리아 분류군을 살펴본 결과, Burkholderia, Bradyrhizobium, Rhizobium 속이 주로 존재하는 것을 확인하였다. 토양 물리 화학적 특성과 박테리아 군집 구성간의 상관관계를 분석한 결과, 토양 내 pH가 박테리아 군집 구성과 관련된 주요 토양 특성인 것으로 확인되었다.
유기농업은 지속가능한 농업을 위해서 필요하며, 생물 다양성 유지를 위해 필수적인 경작 방법으로 전 세계적으로 성장하고 있는 농업 분야 중 하나이다. 유기농업은 인류의 건강과 환경에 유해한 영향을 끼질 수 있는 화학적 제재의 사용을 줄이고, 친환경적 동·식물성 비료, 식물 추출물, 미생물 제재 등이 사용되기 때문에 소비자에게 안전한 농산물을 제공할 수 있다. 노지 고추를 대상으로 3년간 유기농업 환경과 관행농업 환경에서 주요 병해 발생과 토양 미생물상의 조사하였다. 토양 미생물상의 차이는 차세대 염기서열 분석 기법을 활용하여 조사하였으며, 유기농업에 사용되는 제제의 종류에 따라 토양 미생물상이 다르게 형성되었다. 바이러스, 탄저병에 대해서는 관행농업에서의 병 발생률이 낮았으나, 청고병은 미생물 제재 사용에 의해 병 발생률이 낮게 나타났다. 미생물 제재를 사용한 토양에서 투입된 미생물이 토양 미생물에서 검출되었으며, 이는 미생물이 실제 토양에 정착했음을 시사한다.
근권은 식물 뿌리와 토양 미생물이 서로의 신호를 주고 받으며 끊임없이 상호반응하는 역동적인 장소이다. 근권 주위에서 식물의 생장과 생산성에 유익한 토양 미생물을 식물생장촉진근권미생물(Plant Growth Promoting Rhizobacteria, PGPR)이라 칭하며, 이 PGPR은 식물 전 생장기간동안 생물학적 및 비생물학적 스트레스에 대한 저항성, 식물 호르몬 조절, 영양분의 흡수와 이용 등에 영향을 끼침으로써 식물의 생장과 발달, 면역, 생산력 등 중요한 생명 과정에 관여한다. 그리고, PGPR은 식물 생장을 유도하는 2차 대사산물이나 휘발성 유기 화합물을 생산하고, 식물의 뿌리 역시 식물 유해한 인자 혹은 병원성 인자에 대항하여 자신을 보호하거나 토양 성질 개선을 위해, PGPR을 유인하고 정착시키기 위한 물질을 생산, 분비한다. 그러므로, 식물과 PGPR 사이의 상호작용은 필수적이면서도 상호의존적이다. 현재까지, PGPR에 대한 많은 연구는 직간접적 개념에 대하여 공통적 또는 다양한 조건들에서 여러 방식으로 PGPR의 기능을 밝히는 방향으로 전개되어 왔다. 본 총설에서는 세포분열과 팽창, 분화에 의한 식물의 생장과 발달의 촉진, 식물생장조절인자와 호르몬의 유도, 영양물질의 고정, 용해, 무기화를 촉진하기 위한 PGPR의 역할과 전략을 소개하였다. 또한 PGPR와 토양 미생물군의 효과에 대한 현재까지의 연구 정보를 요약하였다.
Carya cathayensis is an important economic nut tree that is endemic to eastern China. As such, outbreaks of root rot disease in C. cathayensis result in reduced yields and serious economic losses. Moreover, while soil bacterial communities play a crucial role in plant health and are associated with plant disease outbreaks, their diversity and composition in C. cathayensis are not clearly understood. In this study, Proteobacteria, Acidobacteria, and Actinobacteria were found to be the most dominant bacterial communities (accounting for approximately 80.32% of the total) in the root tissue, rhizosphere soil, and bulk soil of healthy C. cathayensis specimens. Further analysis revealed the abundance of genera belonging to Proteobacteria, namely, Acidibacter, Bradyrhizobium, Paraburkholderia, Sphaerotilus, and Steroidobacter, was higher in the root tissues of healthy C. cathayensis specimens than in those of diseased and dead trees. In addition, the abundance of four genera belonging to Actinobacteria, namely, Actinoallomurus, Actinomadura, Actinocrinis, and Gaiella, was significantly higher in the root tissues of healthy C. cathayensis specimens than in those of diseased and dead trees. Altogether, these results suggest that disruption in the balance of these bacterial communities may be associated with the development of root rot in C. cathayensis, and further, our study provides theoretical guidance for the isolation and control of pathogens and diseases related to this important tree species.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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