길앞잡이(Cicindela chinensis)에서 분리한 세균 CCLB-1(Bacillus velezensis)의 항진균 활성 연구 = Study on the Antifungal activity of the Bacterium CCLB-1(Bacillus velezensis) isolated from Cicindela chinensis

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 길앞잡이의 장에서 분리된 Bacillus velezensis CCLB-1 균주에 대해 유전적, 생리학적 및 기능적 분석을 진행하였다. 해당 균주에 대한 16S rRNA sequencing, 평균 염기서열 유사도(ANI) 및 디지털 DNA-DNA 혼성화(dDDH)를 기반으로 한 계통 발생학적 분류를 통해 B. velezensis와 밀접한 관계가 있는 것을 확인하였으며, ANI 값은 98%를 초과하고 dDDH 유사성은 84.8~89.8%로 나타났다. 전체 유전체 sequencing을 통해 3.97 Mb의 유전체를 밝혀냈으며, GC함량은 46.5%로 주요 항진균 유전자를 포함한 3,787개의 단백질 코딩 유전자를 가지고 있었다. 성장 특성을 조사한 결과 CCLB-1은 37 ℃, pH 5~8 범위 내에서 최적으로 성장하며, 최대 7%의 염 스트레스를 견딜 수 있는 것으로 확인되어 다른 B. velezensis 균주에 비해 우수한 염 스트레스 회복력을 가지고 있었다. 또한 다른 균주와 비교하여 arginine 분해 및 acetoin 생산과 같은 독특한 대사 능력을 보여주었다. 항생제 감수성 테스트를 진행한 결과 본 균주는 여러 항생제에 대한 내성을 가지고 있었으며, Ceftriaxone과 Levofloxacin에 대해서 감수성을 나타냈다. 특히, CCLB-1은 식물 병원성 곰팡이 Alternaria alternata, Colletotrichum truncatum에 대해 다른 B. velezensis 균주보다 강한 항진균 활성을 나타내었다. 고추 생체 내 분석 결과는 고추 탄저병에 대한 병징을 크게 감소시키고, 곰팡이의 균사 형태를 변화시키는 것으로 확인되었다. 이러한 연구 결과는 B. velezensis CCLB-1이 농업 및 생명공학 분야에서 잠재적으로 사용 가능한 생물 방제제라는 것을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study presents the genomic, physiological, and functional characterization of Bacillus velezensis strain CCLB-1, isolated from the gut of the tiger beetle. Phylogenetic analysis based on 16S rRNA sequencing, Average Nucleotide Identity (ANI), and digital DNA-DNA hybridization (dDDH) confirmed a close relationship with B. velezensis, exhibiting ANI values exceeding 98% and dDDH similarity ranging from 84.8% to 89.8%. Whole-genome sequencing revealed a genome size of 3.97 Mb with a G+C content of 46.5%, containing 3,787 protein-coding genes, including key antifungal gene clusters. Physiological characterization demonstrated that CCLB-1 grows optimally at 37 °C and pH 5–8. Notably, the strain exhibited superior salt tolerance compared to other B. velezensis strains, withstanding salinity levels up to 7%. Furthermore, CCLB-1 displayed distinct metabolic capabilities, such as arginine hydrolysis and acetoin production, distinguishing it from related strains. Antibiotic susceptibility testing revealed resistance to multiple antibiotics, while showing susceptibility to Ceftriaxone and Levofloxacin. In particular, CCLB-1 exhibited potent antifungal activity against the plant pathogens Alternaria alternata and Colletotrichum truncatum, outperforming other B. velezensis strains. In vivo assays on pepper plants demonstrated a significant reduction in anthracnose symptoms and induced morphological deformities in fungal hyphae. These findings suggest that B. velezensis CCLB-1 holds significant potential as a biocontrol agent for agricultural and biotechnological applications.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 재료 및 방법 3
• 1. 곤충으로부터의 장내 미생물 분리 및 동정 3
• 1) 곤충의 장내 미생물 분리 3
• 2) 길앞잡이에서 분리된 Bacillus velezensis CCLB-1 균주 3
• 3) 16S rRNA 유전자 sequencing을 이용한 CCLB-1의 분자적 동정 4
• 4) CCLB-1 균주의 전장 유전체 sequencing 및 생물정보학적 분석 4
• 2. Bacillus velezensis CCLB-1의 생화학적 분석 5
• 1) CCLB-1 균주의 항생제 감수성 평가 : 디스크 확산 기법 5
• 2) 온도, pH, NaCl 농도가 CCLB-1의 성장 특성에 미치는 영향 5
• 3) CCLB-1 균주의 기질 분해 활성 평가 6
• 4) 가스 크로마토그래피를 이용한 CCLB-1의 세포 지방산 특성 분석 6
• 5) 식물 병원성 곰팡이에 대한 CCLB-1의 항진균 활성 7
• 6) 고추에 발병한 Colletotrichum truncatum에 대한 생물학적 방제제로서 Bacillus velezensis CCLB-1의 생체 내 평가 7
• Ⅲ. 결과 9
• 1. CCLB-1: 곤충 장내에서 추출된 Bacillus velezensis 9
• 1) CCLB-1의 전체 유전체 sequencing 및 기능 분석 9
• 2) Bacillus velezensis CCLB-1의 성장 온도, pH, 염 스트레스 내성 16
• 3) Bacillus velezensis CCLB-1의 대사작용 및 지방산의 구성 21
• 4) Bacillus velezensis CCLB-1의 항생제 내성 26
• 2. CCLB-1의 항진균 활성 29
• 1) 병원성 곰팡이에 대한 Bacillus velezensis CCLB-1의 항진균 활성 29
• 2) 고추에 발병한 Colletotrichum truncatum에 대한 Bacillus velezensis CCLB-1의 생체 내 평가 32
• Ⅳ. 논의 35
• Ⅴ. 고찰 38
• 1) 환경 적응력과 산업 잠재력 38
• 2) 농업 및 생명공학 분야에서의 응용 38
• Ⅵ. 참고문헌 39
• Ⅶ. Abstract 44