벼 도열병균인 코사코니아 오리지필라 NP19는 식물 생장 촉진제 및 생물학적 살충제로 사용되어 KDML105 품종의 벼 도열병을 억제할 수 있다.

본 연구는 벼 뿌리에서 분리한 근권 공생균 *Kosakonia oryziphila* NP19가 벼 도열병(Pyricularia oryzae) 방제에 효과적인 유망한 식물 생장 촉진 생물농약임을 입증하였다. 카오 도크 말리 105(KDML105) 품종의 자스민 벼 묘목의 신선한 잎을 이용하여 시험관 내 실험을 수행하였다. 실험 결과, NP19는 벼 도열병 포자의 발아를 효과적으로 억제하였다. 벼 도열병 감염은 세 가지 처리 조건에서 억제되었다. 첫째, 벼에 NP19를 접종한 후 벼 도열병 포자를 접종하였다. 둘째, NP19와 벼 도열병 포자의 혼합물을 잎에 처리하였다.
근권 세균 *코사코니아 오리지필라* NP19¹⁴Kosakonia oryziphila NP19는 벼(Oryza sativa L. cv. RD6) 뿌리에서 분리되었습니다. 이 균주는 질소 고정, 인돌아세트산(IAA) 생성, 인산염 용해 등 식물 생장 촉진 특성을 가지고 있습니다. 특히, Kosakonia oryziphila NP19는 키티나아제를 생성합니다.^14.코사코니아 오리지필라(Kosakonia oryziphila) NP19를 KDML105 벼 종자에 처리하면 벼 도열병 감염 후 벼 생존율이 향상된다. 본 연구의 목적은 (i) 코사코니아 오리지필라 NP19의 벼 도열병 억제 기전을 규명하고 (ii) 코사코니아 오리지필라 NP19가 벼 도열병 방제에 미치는 효과를 조사하는 것이다.

영양소는 식물의 생장과 발달에 중요한 역할을 하며, 다양한 미생물 질병을 제어하는 ​​요인으로 작용합니다. 식물의 무기 영양 상태는 질병 저항성, 형태적 또는 조직적 특성, 그리고 병원균에 대한 생존 능력인 독성을 결정합니다. 인은 페놀 화합물 합성을 증가시켜 벼 도열병의 진행을 늦추고 심각도를 줄일 수 있습니다. 칼륨은 일반적으로 벼 도열병, 세균성 잎점무늬병, 잎집무늬병, 줄기썩음병, 잎점무늬병 등 여러 벼 질병의 발생률을 감소시킵니다. 페레누드(Perrenoud)의 연구에 따르면 고칼륨 비료는 벼의 곰팡이병 발생률을 줄이고 수확량을 증가시킬 수 있습니다. 수많은 연구에서 황 비료가 작물의 곰팡이 병원균에 대한 저항성을 향상시킨다는 사실이 밝혀졌습니다.²⁷마그네슘(엽록소의 구성 성분)이 과다하면 벼 도열병을 유발할 수 있습니다.²¹아연은 병원균을 직접 사멸시켜 질병의 심각성을 줄일 수 있습니다.²²야외 실험 결과, 논토양의 인, 칼륨, 황, 아연 농도가 화분 실험보다 높았음에도 불구하고 벼 도열병이 벼 잎을 통해 확산되는 것이 관찰되었다. 토양 영양분은 벼 도열병 방제에 그다지 효과적이지 않을 수 있는데, 이는 상대 습도와 온도가 병원균의 강한 번식에 불리한 조건이기 때문이다.
야외 시험에서 모든 처리구에서 Stenotrophomonas maltophilia, P. dispersa, Xanthomonas sacchari, Burkholderia multivorans, Burkholderia diffusa, Burkholderia vietnamiensis 및 C. gleum이 검출되었습니다. Stenotrophomonas maltophilia는 밀, 귀리, 오이, 옥수수 및 감자의 뿌리권에서 분리되었으며 생물학적 방제 효과를 나타냈습니다.^활동Colletotrichum nymphaeae에 대해서도 효과가 있습니다.28 또한, P. dispersa는 흑색종에 대해서도 효과가 있는 것으로 보고되었습니다.^부패고구마.29 또한, Xanthomonas sacchari의 R1 균주는 Burkholderia에 의해 발생하는 벼 도열병 및 이삭썩음병에 대한 길항 작용을 나타냈다.^{글루마에.30}Burkholderia oryzae NP19는 발아 과정에서 벼 조직과 공생 관계를 형성하여 일부 벼 품종의 고유 공생균으로 자리 잡을 수 있습니다. 다른 토양 박테리아는 이식 후 벼에 정착할 수 있지만, 도열병균 NP19는 일단 정착하면 벼의 도열병 방어 기작에 여러 요인으로 영향을 미칩니다. NP19는 P. oryzae의 생장을 50% 이상 억제할 뿐만 아니라(온라인 부록의 보충표 S1 참조), 잎의 도열병 병반 수를 줄이고 NP19를 접종하거나 정착시킨 벼(RBf, RFf-B, RBFf-B)의 수확량을 증가시키는 것으로 나타났습니다(그림 S3).
벼 도열병을 일으키는 곰팡이인 피리쿨라리아 오리자에(Pyricularia oryzae)는 감염 과정에서 숙주 식물로부터 영양분을 필요로 하는 반영양성 곰팡이입니다. 식물은 곰팡이 감염을 억제하기 위해 활성산소종(ROS)을 생성하지만, 피리쿨라리아 오리자에 곰팡이는 숙주가 생성하는 ROS에 대항하기 위해 다양한 전략을 사용합니다.³¹과산화효소는 세포벽 단백질의 가교결합, 목부벽의 비후, 활성산소 생성 및 과산화수소 중화 등 병원균 저항성에 중요한 역할을 하는 것으로 보인다.³²항산화 효소는 특정 활성산소 제거 시스템 역할을 할 수 있습니다. 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(SOD)와 퍼옥시다제(POD)는 항산화 작용을 통해 방어 반응을 시작하는 데 도움을 주며, SOD는 1차 방어선 역할을 합니다.³³벼에서 식물 과산화효소 활성은 *Pyricularia oryzae* 및 *Xanthomonas oryzae pv. Oryzae*와 같은 식물 병원균에 감염된 후에 유도됩니다.³²본 연구에서 Magnaporthe oryzae NP19에 의해 군집화되거나 접종된 벼에서 퍼옥시다아제 활성이 증가했지만, Magnaporthe oryzae 자체는 퍼옥시다아제 활성에 영향을 미치지 않았습니다. 과산화수소 합성효소인 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(SOD)는 O₂⁻를 H₂O₂로 환원시키는 반응을 촉매합니다. SOD는 식물체 내 H₂O₂ 농도의 균형을 유지함으로써 다양한 스트레스에 대한 식물의 저항성을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다³⁴. 본 연구의 화분 실험에서 Magnaporthe oryzae 접종 30일 후(30 DAT) RF군과 RBF군의 SOD 활성은 R군에 비해 각각 121.9%와 104.5% 높았으며, 이는 Magnaporthe oryzae 감염에 대한 SOD 반응을 나타냅니다. 화분 실험과 포장 실험 모두에서, Magnaporthe oryzae NP19를 접종한 벼의 SOD 활성은 접종 30일 후 접종하지 않은 벼에 비해 각각 67.7%와 28.8% 더 높았습니다. 식물의 생화학적 반응은 환경, 스트레스 요인, 그리고 식물 종류에 의해 영향을 받습니다³⁵. 식물 항산화 효소 활성은 환경 요인에 의해 직접적으로 영향을 받으며, 이는 다시 식물 미생물 군집을 변화시켜 식물 항산화 효소 활성에 영향을 미칩니다.
본 연구에 사용된 벼 도열병균(Kosakonia oryziphila NP19, NCBI 접근 번호 PP861312)은 다음과 같은 균주이다.¹³태국 나콘파놈 주(16° 59′ 42.9″ N 104° 22′ 17.9″ E)의 RD6 벼 품종 뿌리에서 분리한 균주를 영양 배지(NB)에서 30°C, 150 rpm으로 18시간 동안 배양하였다. 세균 농도를 계산하기 위해 세균 현탁액의 600 nm에서의 흡광도를 측정하였다. 세균 현탁액의 농도는 다음과 같이 조정하였다.^10⁶멸균 탈이온수를 사용한 CFU/mL (_dH₂O벼 도열병균(Pyricularia oryzae)을 감자덱스트로스한천배지(PDA)에 점적 접종하고 25°C에서 7일간 배양하였다. 균사를 쌀겨한천배지(탈이온수에 2%(w/v) 쌀겨, 0.5%(w/v) 자당, 2%(w/v) 한천을 용해시킨 배지, pH 7)로 옮겨 25°C에서 7일간 배양하였다. 감수성 벼 품종(KDML105)의 멸균된 잎을 균사 위에 올려놓아 포자를 유도하고 자외선과 백색광을 함께 조사하여 25°C에서 5일간 배양하였다. 포자는 멸균된 0.025%(v/v) Tween 20 용액 10ml로 균사와 감염된 잎 표면을 부드럽게 닦아 수집하였다. 균사체, 한천, 벼잎을 제거하기 위해 균사액에서 8겹의 거즈를 통과시켜 여과하였다. 추가 분석을 위해 현탁액 내 포자 농도를 5 × 10⁵ 포자/ml로 조정하였다.
Kosakonia oryziphila NP19 세포의 신선한 배양액은 NB 배지에서 37 °C에서 24시간 동안 배양하여 준비했습니다. 원심분리(3047 × g, 10분) 후, 세포 펠렛을 수집하고 10 mM 인산염 완충 용액(PBS, pH 7.2)으로 두 번 세척한 후 동일한 완충 용액에 재현탁했습니다. 세포 현탁액의 흡광도를 600 nm에서 측정하여 약 1.0의 값을 얻었습니다(영양 한천 배지에 도말하여 측정한 1.0 × 10⁷ CFU/μl에 해당). P. oryzae의 포자는 PBS 용액에 현탁시킨 후 혈구계산기를 사용하여 계수했습니다. *K. oryziphila* NP19 및 *P. 잎 도말 실험을 위해 K. oryziphila* 포자를 각각 1.0 × 10⁷ CFU/μL 및 5.0 × 10² 포자/μL 농도로 신선한 벼 잎에 접종하였다. 벼 시료 준비 방법은 다음과 같다. 벼 묘목에서 5cm 길이의 잎을 잘라내어 습윤 흡수지를 깐 페트리 접시에 담았다. 다섯 가지 처리군을 설정하였다: (i) R: 세균 접종을 하지 않은 대조군 벼 잎에 0.025% (v/v) Tween 20 용액을 첨가함; (ii) RB + F: K. oryziphila NP19를 접종한 벼에 벼 도열병을 일으키는 곰팡이의 포자 현탁액 2μL를 첨가함; (iii) R + BF: R군의 벼에 도열병 곰팡이 포자 현탁액과 K. oryziphila NP19의 혼합액(부피비 1:1) 4μl를 첨가함; (iv) R + F: R군 벼에 도열병균 포자 현탁액 2 μl를 첨가하였다. (v) RF + B: R군 벼에 도열병균 포자 현탁액 2 μl를 첨가하여 30시간 배양한 후, 동일 위치에 K. oryziphila NP19 2 μl를 첨가하였다. 모든 페트리 접시는 25°C 암조건에서 30시간 배양한 후, 연속 조명 아래에 두었다. 각 그룹은 3개씩 반복하여 구성하였다. 72시간 배양 후, 식물 조직을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰 및 분석하였다. 간단히 설명하면, 식물 조직을 2.5%(v/v) 글루타르알데히드를 함유한 인산염 완충액에 고정하고 일련의 에탄올 용액을 이용하여 탈수시켰다. 이산화탄소를 이용한 임계점 건조 후, 시료에 금을 스퍼터 코팅하고 최종적으로 주사전자현미경으로 관찰하였다.¹⁵