식물생육촉진 근권세균 (PGPR)이란 근권에 존재하는 박테리아로 식물 생장을 촉진하는 세균을 의미한다. 본 연구는 PGPG인 Bacillus subtilis JS에 의한 식물생장촉진과 병 저항성 증대 효과를 보이고 그에 관한 분자생물학적인 기작을 규명하고자 수행하였다.
배양 용기 내 실험에서 B. subtilis JS의 휘발성 물질은 담배 유묘의 지상부 생체중을 증가시키고 곁뿌리와 뿌리털의 수 및 주근의 길이를 증가시켰다. B. subtilis JS의 휘발성 물질에 의한 식물생장촉진 현상의 기작을 밝히고자 식물호르몬 관련 유전자들의 발현량을 조사하고 애기장대 호르몬 생성 및 신호전달 결여 라인에 대한 생장촉진 효과를 조사하였다. B. subtilis JS의 휘발성 물질 처리는 브라시노스테로이드 생합성에 관여하는 유전자인 Cytochrome P450 CYP85A1과 지베렐린 합성에 관여하는 유전자인 GA20-oxidase의 발현량을 증가시켰고 사이토키닌에 의한 세포분열에 관여하는 유전자인 CyCD3.1 및 CycD3.2의 발현량도 증가시켰다. 애기장대 돌연변이 라인 실험에서 에틸렌에 의한 신호전달 경로가 결여된 애기장대 라인은 B. subtilis JS의 휘발성 물질에 의해 생장 촉진효과를 나타내는데 반해 사이토키닌 및 에틸렌 생합성 경로가 동시에 결여된 애기장대 라인에서는 생장촉진 효과가 나타나지 않았다. 본 연구에서는 suppression subtractive hybridization (SSH) 기법을 이용하여 B. subtilis JS의 휘발성 물질에 반응하는 담배 내 유전자를 조사하였다. 그 결과 65개의 발현유전자 단편이 검출되었고 이중 24개의 유전자의 발현량이 증가하고 12개의 유전자의 발현량이 감소함을 확인하였다. 대표적으로 chlorophyll a/b binding protein과 chloroplast sedoheptulose-1,7-bisphosphatase 및 P-Protein을 코드화 하는 유전자는 발현량이 증가하였고 항산화효소로 알려진 Glutathione S-transferases 와 methionin R sulfoxide reductase를 코드화하는 유전자는 발현량이 감소하였다.
병저항성 관련 유전자들의 발현량을 조사한 결과 β-1,3-glucanase를 코드화 하는 산성 및 염기성 PR-2 유전자와 chitinase를 코드화 하는 산성 PR-3 및 PR-4와 lignin forming peroxidase를 코드화하는 산성 PR-9와 lipid transfer protein을 코드화 하는 염기성 PR-14 유전자의 발현량이 증가함을 확인하였다. 이에 따라 휘발성 물질과 병저항성간의 관계를 조사하고자 B. subtilis JS의 휘발성 물질을 처리한 담배잎에 Phytophthora nicotianae와 Rhizoctonia solani를 접종한 결과 병반의 면적이 감소하였다.
포장에서의 B. subtilis JS의 생장촉진 효과를 조사하고자 고구마 유묘포장에 B. subtilis JS를 처리한 결과 고구마 유묘의 지상부생장이 촉진되고 작은 유묘의 비율이 상대적으로 감소하고 큰 유묘의 비율이 증가함을 확인하였다.