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Title Page
ABSTRACT
Contents
Key to Abbreviation 13
INTRODUCTION 14
Chapter 1. Literature review 17
1.1. Plant growth regulators produced by PGPR 17
1.2. Improved nutrient availability by PGPR 19
1.3. Bioremediation by PGPR 20
1.4. Tolerance to abiotic stress conferred by PGPR 21
1.5. Control of plant disease 22
1.6. Bacillus subtilis 24
Chapter 2. Volatiles of Bacillus subtilis JS promote growth in plants (Nicotiana tabacum and Ipomoea batatas) 26
2.1. Introduction 26
2.2. Materials and methods 27
2.2.1. Identification of bacteria and bacterial culture 27
2.2.2. In vitro plant growth promotion 28
2.2.3. Analysis of hormone related gene expression level by RT-PCR 29
2.2.4. Growth promotion response of Arabidopsis thaliana mutants 30
2.2.5. Effect of the B. subtilis JS on the growth of sweet potato in field tests 30
2.3. Results and Discussion 31
2.3.1. Identification of bacteria 31
2.3.2. In vitro plant growth promotion 31
2.3.3. Analysis of hormone related gene expression levels by RT-PCR 32
2.3.4. Growth promotion response of Arabidopsis thaliana mutants 34
2.3.5. Effect of the B. subtilis JS on the growth of sweet potato in field tests 35
Chapter 3. Gene expression profile affected by volatiles of Bacillus subtilis JS in tobacco 48
3.1. Introduction 48
3.2. Materials and methods 49
3.2.1. Bacterial culture and treatment 49
3.2.2. Construction of SSH libraries 50
3.2.3. EST analysis 51
3.2.4. RT-PCR analysis 51
3.3. Results 52
3.3.1. SSH derived cDNA library and analysis 52
3.3.2. RT-PCR analysis 54
3.4. Discussion 56
Chapter 4. Volatiles of Bacillus subtilis JS induce the pathogenesis-related genes (PR genes) expression result in disease resistance in tobacco 72
4.1. Introduction 72
4.2. Materials and methods 73
4.2.1. Bacterial and fungal culture 73
4.2.2. Plant materials 74
4.2.3. Resistance assay of tobacco exposed to volatiles of B. subtilis JS 75
4.2.4. Gene expression analysis by RT-PCR 75
4.3. Results and Discussion 76
4.3.1. Resistance assay of tobacco exposed to volatiles of B. subtilis JS 76
4.3.2. PR genes expression analysis by RT-PCR 77
Chapter 5. General discussion 85
Literature Cited 89
국문요약 101
Table 2-1. Primers of hormone-related genes in tobacco plants used for RT-PCR 38
Table 3-1. Gene specific primers pairs for RT-PCR analysis 61
Table 3-2. Gene expression profile by volatiles of Bacillus subtilis JS 64
Table 4-1. Sequences of pathogenesis-related (PR) genes in tobacco plants used for RT-PCR 81
Figure 2-1. Image of Bacillus subtilis JS. 39
Figure 2-2. Comparasion of nucleotide sequence and phylogenetic tree of 16S rRNA 40
Figure 2-3. Growth promotion on tobacco with exposure to volatiles of Bacillus subtilis JS. The asterisk indicate a significantly difference according to Independent Samples t-Test at P＝0.01. Data represent the average of five replicates. 41
Figure 2-4. Growth promotion on tobacco in vertical plate with Bacillus subtilis JS. Con: Water, JS: Bacillus subtilis JS; DH5α, Escherichia coli DH5α; PS, Pseudomonas syringae pv. Tomato; XC, Xanthomonas campestris pv. vesicatoria;... 42
Figure 2-5. Analysis of hormone related gene expression by RT-PCR. Plants were harvested after 24, 48, 72, 96 hours from the treatment of Bacillus subtilis JS volatiles. Actin was included as a constitutive control. 43
Figure 2-6. Growth promotion on Arabidopsis mutant by volatiles of Bacillus subtilis JS. Col-0: Arabidopsis thaliana ecotypes Columbia; Ler: Landsberg erecta; aba3-1 and abi1-1: ABA deficient line; abi4-1:ABA insensitive line; eir1-1: auxin... 44
Figure 2-7. Comparison on growth of Arabidopsis wild type Col-0. 45
Figure 2-8. Effect of the growth promoting Bacillus subtilis JS on shoot length and weight of sweet potato. Each data point represents the mean ±standard error. Different alphabetical letters are significantly different according to Tukey HSD at... 46
Figure 2-9. Effect of the Bacillus subtilis JS on the growth of sweet potato. 47
Figure 3-1. Overview of the suppression subtractive hybridization procedure by PCR-Select cDNA Subtraction Kit: cDNA synthesis, The tester and driver cDNA are synthesized from 2 μg of each sample mRNA; Restriction digestion, The tester... 66
Figure 3-2. Pie chart of second level gene ontology (GO) terms for biological process in ESTs of tobacco treated with volatiles of Bacillus subtilis JS. 68
Figure 3-3. RT-PCR analysis of gene expression profile affected by volatiles of Bacillus subtilis JS (up-regulated). 69
Figure 4-1. Analysis of PR genes expression levels by RT-PCR. Plants were harvested after 24, 48, 72, 96 hours from volatiles of Bacillus subtilis JS treatment. Actin was included as a constitutive control. 82
Figure 4-2. Disease severity of tobacco inoculated with R. solani AG-1 (IB) (A, circle) and P. nicotianae (B, square). control (left), and treatment with Bacillus subtilis JS (right). 83
Figure 4-3. Enhanced disease resistance in tobacco treated with volatiles of Bacillus subtilis JS. A. R. solani AG-1 (IB) B. P. nicotianae. The disease evaluation was presented with the lesion size at 3 days after inoculation.... 84
Figure 5-1. Putative mechanism of growth promotion and enhanced disease resistance on plant by volatiles of Bacillus subtilis JS. Volatiles of Bacillus subtilis JS play a role as elicitors.... 88
초록보기 더보기
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.
자색고구마 추출물 첨가 두부의 제조 및 품질특성
수경재배시스템에서 고구마의 생육특성
DVRDB 실험을 이용한 45nm/32nm Cu/low-k 배선공정에서의 TDDB특성 예측에 관한 연구
재배지역에 따른 고구마의 품질 및 전분 특성
Growth promoting mechanisms of Nicotiana tabacum and Ipomoea batatas by Bacillus subtilis JS
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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