미생물 군집의 이해를 통한 유기농업 작물 건강관리

곽연식 ( Youn-sig Kwak ) 한국환경농학회 2023 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2023 No.0

식물은 대부분의 괴사성 병원체에 대해 유전적 저항력을 갖지 못한다. 이를 보완하기 위해, 식물은 미생물 군집에서 유익한 미생물을 동원하여 병원체와 해충으로부터 자신을 방어한다. Pseudomonas, Bacillus, 그리고 Trichoderma는 식물을 다양한 스트레스로부터 보호하는 잘 알려진 식물 프로바이오틱스이다. 2015년 식물마이크로바이옴 이니셔티브는 작물 건강과 생태계 균형에서 식물-미생물 군집의 중요성이 강조되었다. 본 발표에서는 Streptomyces라는 새로운 프로바이오틱스 균주, 식물 및 환경과의 상호작용, 그리고 농업 생태계에 미치는 영향을 소개하고자 한다. 인간이 사용하는 항생물질의 70% 이상이 Streptomyces에서 유래되었다. 그러나 Streptomyces의 식물 및 농업 생태계 상호작용에서의 역할과 중요성은 심도 있는 접근이 이루어지지 않았다. 이를 해결하기 위해 우리는 “농업 연구에서의 Streptomyces (STAR)” 프로젝트를 시작하였다. 이 프로젝트는 다양한 작물 재배 체계에 초점을 맞추었다. 차세대 파이로시퀀싱 플랫폼을 사용하여 작물의 근권, 꽃권, 그리고 내권의 미생물 군집을 분석하였다. 연구를 통해 식물의 뿌리, 꽃, 그리고 내부조직에서 서식하는 세 가지의 가상 프로바이오틱스 Streptomyces 균주를 분리 및 특성화했다. 놀랍게도, 이 세 균주는 서로 다른 서식지에서 발견되었음에도 동일한 유전체 서열을 보였다. 이는 서로 다른 시스템에서 동일한 균주의 존재와 기능에 관한 의문을 제기하였다. 결론적으로, Streptomyces는 작물 생태계에 유익한 효과를 제공하는 널리 분포하는 독특한 미생물이다. STAR 프로젝트는 유기농 농업을 위한 유망한 기회와 가능성을 가지고 있다. Plants lack genetic resistance to most necrotrophic pathogens. To compensate for this, they enlist beneficial microbes from their microbiota to defend against pathogens and pests. Pseudomonas, Bacillus, and Trichoderma are well-known plant probiotics that safeguard plants from various stresses. The Phytobiome initiative, launched in 2015, recognizes the importance of plant-microbe communities in crop health and ecosystem balance. In this presentation, we introduce a new probiotic strain called Streptomyces, its interactions with plants and the environment, and its impact on the agroecosystem. Streptomyces, a gram-positive bacterium, is the source of over two-thirds of antibiotics used in human medicine, yet its role and significance in plant and agroecosystem interactions are underestimated. To address this, we initiated the “STreptomyce in Agriculture Research” (STAR) project, focusing on various cropping systems. We employed advanced pyrosequencing platforms to analyze the microbial communities in the rhizosphere and anthosphere. Through this study, we isolated and characterized three putative probiotic Streptomyces strains that were found to colonize the rhizosphere, anthosphere, and phyllosphere. Surprisingly, these three strains exhibited identical genome sequences despite inhabiting different habitats. This raises questions about the existence and function of identical strains in distinct systems. In conclusion, Streptomyces is a ubiquitous and unique microbe that provides beneficial effects to plants and their phytobiome communities. The STAR project holds promising opportunities and possibilities for organic agriculture.

Crop Health Management through understanding Microbiota Community Ecology

Youn-Sig Kwak(곽연식) 한국농약과학회 2022 한국농약과학회 학술발표대회 논문집 Vol.2022 No.11

Plants lack genetic resistance to most necrotrophic pathogens. To compensate for this disadvantage, plants recruit antagonistic members of microbiota to defend themselves against pathogens and other pests. Pseudomonas, Bacillus, and Trichoderma are well-known plant probiotic agents, which can protect plants against various biotic and abiotic stresses. In 2015, the Phytobiome initiative was launched by the White House. Phytobiomes consist of crops, the environment, and associated communities of microbes. Interkingdom interaction within the microbiome is dynamic and critical affecting crops and agroecosystem healthiness. In this presentation, a new probiotic strain Streptomyces, plant and environment factorial interaction, and the impact of the microbe in the agroecosystem will be introduced. Streptomyces is a gram-positive bacterium and more than two third of antibiotic compounds, currently used in the human clinic, are originated from the bacterium. However, in interaction with plant and agrosystem, the role and weight of Streptomyces is undervalued. Therefore, we recently start “STreptomyce in Agriculture Research” project with various cropping systems. Of special interest is that rhizosphere and anthosphere microbial community structures and shifting have been analyzed using massive pyrosequencing platforms. Based on the results, three putative probiotic Streptomyces strains have been isolated and characterized. The strains were well colonized in the rhizosphere, anthosphere, and phyllosphere. Unexpectedly, the three independent stains were revealed they had identical genome sequences. The following questions arise why the identical stains exist in totally different habitats and what is the function of the strains in such a system? In conclusion, Streptomyces is ubiquitous and unique in the system to provide a beneficial effect to both plant and it phytobiome communities. The STAR project will provide more opportunities and possibilities in agriculture.

여름잎마름병(Summer patch) 병원균에 대한 살균제의 억제효과 조사

이정한,심규열,김정호,전창욱,곽연식,Lee, Jung Han,Shim, Gyu Yul,Kim, Jeong Ho,Jeon, Chang Wook,Kwak, Youn-Sig 한국잡초학회 한국잔디학회 2017 Weed & Turfgrass Science Vol.6 No.2

국내 Kentucky bluegrass로 조성된 골프장이나 잔디 재배지에서 여름철에 여름잎마름병 발생으로 인한 피해가 심각한 상황이다. 그럼에도 불구하고 여름잎마름병방제약제가 아직까지 등록되어있지 않아 병원균에 효과적인 약제를 선발하기 위하여 본 연구를 수행하였다. 전형적인 여름잎마름병 병징에서 병원균을 분리하였고 ITS1과 ITS4 염기서열 분석으로 Magnaporthiopsis poae로 동정되었다. 잔디용으로 사용되는 10개의 약제를 대상으로 병원균 반응을 조사한 결과, 약제의 농도가 높아질수록 병원균 생장을 억제하였고 시간이 경과할수록 병원균 억제효과가 떨어지는 것이 관찰되었다. triazole계 약제 4종(metconazole, myclobutanil, propiconazole과 tebuconazole)의 병원균 억제효과는 100%로 나타났다. 다음으로 thiophanate-methyl의 억제효과가 높았으며 strobilurin계의 약제인 azoxystrobin, pyraclostrobin과 trifloxystrobin 약제를 비교하였을 때는 pyraclostrobin 약제가 가장 높게 나타났으며 다음으로 azoxystrobin과 trifloxystrobin 순으로 나타났다. Fludioxonil과 fluxapyroxad의 병원균 억제효과는 trifloxystrobin과 유사하게 나타났다. Summer patch is the most serious disease at turfgrass field or golf course established with Kentucky bluegrass during high temperature season in Korea. Nevertheless, chemicals for the summer patch control are not yet registered in Korea. We isolated the pathogens from the turfgrass showing typical summer patch symptoms and identified as Magnaporthiopsis poae by using the internal transcribed spacer ITS1 and ITS4 sequences of rDNA. The inhibition rates of the pathogen were investigated for 10 fungicides. As results, the pathogen growth was suppressed when chemicals concentration increased and negatively correlated with incubation period with the chemicals. In triazole group, all chemicals (metconazole, myclobutanil, propiconazole and tebuconazole) treated showed the inhibition rates by 100%. Thiophanate-methyl showed the next highest inhibition effect against a summer patch pathogen. In strobilurin group, pyraclostrobin was the highest suppression effect compared with azoxystrobin and trifloxystrobin. Inhibition effect of fludioxonil and fluxapyroxad on pathogen was similar to the trifloxystrobin. Based on the results, triazole and carboxamide groups are strongly recommended due to the highest inhibition effect on the summer patch pathogen, Magnaporthiopsis poae.

유용미생물 처리에 따른 들잔디 재배지의 갈색퍼짐병 병원균 감소와 잔디생육 촉진 효과

배은지,전창욱,홍아름,이광수,곽연식,Bae, Eun-Ji,Cheon, Chang Wook,Hong, A-Reum,Lee, Kwang-Soo,Kwak, Youn-Sig 한국잡초학회한국잔디학회 2017 Weed & Turfgrass Science Vol.6 No.3

들잔디 재배지역에 갈색퍼짐병을 방제하기 위하여 Tebuconazole 약제 및 Streptomyces sp.와 Burkholderia sp. 미생물을 처리하였다. 무처리구에 비해 Tebuconazole 약제 처리구, Streptomyces sp., Burkholderia sp.와 Streptomyces S8 미생물 처리구는 잔디의 생육, 엽록소와 카로티노이드, 프롤린 함량은 유의하게 증가하였며, MDA 함량은 감소하였다. 토양미생물인 Streptomyces sp., Burkholderia sp.와 Streptomyces sp. S8 처리에 따라 갈색퍼짐병 병원균밀도 감소로 갈색퍼짐병의 증상이 완화되어 정상적인 잔디로 생육이 된 것으로 판단되었다. 이러한 결과는 사용된 미생물이 잔디의 생물적 방제와 잔디의 생육 촉진 미생물로 이용될 수 있음을 시사한다. To prevent large patch disease, caused by Rhizoctonia solani AG-2-2, in zoysiagrass a fungicide, Tebuconazole and three microbial agents Streptomyces sp. Burkholderia sp. and Streptomyces sp. S8 were applied in commercial turfgrass cultivation field in Sanchung, Gyeongnam, Korea. All treatments showed 50% reduced the pathogen population in thatch layer throughout the yearly cultivation period. Not only reduced the pathogen population, Tebuconazole, Streptomyces sp. Burkholderia sp. and Streptomyces sp. S8 treatment also enhanced turfgrass growth, chlorophyll and proline content. Malondialdehyde contents in each treatment was reduced from 6.2~28.9% when compared with the control. Taken together, reduction of pathogen population in soil lowered the disease incidence or severity, and allowed the turfgrass developed as normal condition. The results suggested that the selected microbial agents may use as biological control and growth promotion agents for the Zoysia turfgrass.

국내 골프코스의 켄터키블루그래스에 Laetisaria fuciformis에 의한 붉은뿔마름병(Red Thread) 발생보고

이정한,김정호,심규열,곽연식,Lee, Jung Han,Kim, Jeong Ho,Shim, Gyu Yul,Kwak, Youn-Sig 한국잡초학회 한국잔디학회 2018 Weed & Turfgrass Science Vol.7 No.3

2017년 4월 중순 경남 양산에 소재한 골프장에서 Laetisariafuciformis에 의한 redthread 병징이 켄터키블루그래스에 발생하였다. 골프코스의 페어웨이에 불규칙한 모양의 병반 형태로 발생하였다. 감염된 잎은 마름증상을 보이면서 점차 볏짚색으로 변했으며, 잎의 끝부분은 실모양으로 헝클어져있었다. 이른 아침에는 분홍빛을 띤 젤라틴 형태로된 사슴뿔 모양의 균핵을 형성하였다. 배양적 특징으로 균총은 옅은 분홍색이었으며 균사다발이 형성되었고 3-5mm 크기의 연한 분홍색 균핵을 형성하였다. 병원균은 형태, 배양적특징 및 분자생물학적 특징을 토대로 L. fuciformis로 동정되었다. 코흐의 원칙에 따라 병원성 검정을 실시하여 켄터키블루그래스에 병원성이 있음을 확인하였다. 이는 한국에서 L. fuciformis에 의해 켄터키블루그래스에 발생하는 redthread에 대한 최초의 보고이다. In the middle of May 2018, typical red thread disease symptoms were observed on Kentucky bluegrass (Poa pratensis L.) on a golf course, which locates at Yangsan, Gyeongnam province in Korea. Irregular-shaped patched symptoms were observed in fairway of golf course. The foliar symptom was dried out and faded to straw color and tip of the grass leaves were tangled like thread. Early morning, infected and tangled leaves were covered with the pinkish gelatinous antler-like structure (sclerotinia) as a typical red thread disease symptom. Causal fungal pathogens were isolated from the symptom in Kentucky bluegrass. The fungal culture characteristic on potato dextrose agar color of colony was pale pink and conjugated hyphae, sclerotium of irregular shape was pale pink and 3~5mm diameter in size. The pathogen was identified as Laetisaria fuciformis based on morphological and culture characteristics as well as molecular characteristics. Pathogenicity test was verified on the Kentucky bluegrass by Koch's postulates. This is the first report of red thread disease occurrence in Kentucky bluegrass by L. fuciformis in Korea.

파풍망 종류에 따른 키위의 발아, 개화 및 과실 특성

곽용범,김홍림,이목희,이한철,곽연식,이용복,Kwack, Yong-Bum,Kim, Hong Lim,Lee, Mockhee,Rhee, Han-Cheol,Kwak, Youn-Sig,Lee, Yong Bok 한국환경농학회 2017 한국환경농학회지 Vol.36 No.3

태풍에 의한 조기낙엽과 같은 바람피해 예방을 위해 키위재배에서 이용되고 있는 파풍망의 종류에 따른 과수원 내 미세기상의 차이 및 과실품질과 이듬해 발아, 개화에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 국내 키위재배에서 바람피해 예방을 위해 사용되고 있는 5종류의 파풍 소재를 4.3 m 높이의 철재 하우스 골조의 지붕에 피복하였다. 파풍망 종류에 따른 과원 내 광합성유효광선(PAR) 투과량, 연평균기온 등의 미세기상과 저온요구도 충족여부 및 과실특성을 조사, 비교하였다. 모든 처리에서 4~10월 생육기에 연평균 $400{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$이상의 PAR투과율을 나타내 키위의 최대순동화율에 필요한 광량이 부족하지 않았다. 연평균 기온은 PE필름에서 파풍망에 비해 $1{\sim}2^{\circ}C$높았다. 3가지 모델에 의해 산출된 저온요구도(CU)는 파풍망 종류에 관계없이 1400 CU 이상으로 키위의 발아, 개화에 필요한 저온요구도를 충족하였다. 결과모지 눈의 발아율은 차이가 없었으며, 과중은 PE필름과 백색망 4 mm 피복처리에서 다른 파풍망보다 증가했다. 결론적으로 PAR 투과, 연평균 기온, 과중 등을 종합적으로 고려하면 PE필름과 백색 4 mm 파풍망이 키위 생산에 가장 효과적인 것으로 판단된다. BACKGROUND:Kiwifruit growers build their vineyards using many windbreaks to protect their kiwifruit vines from defoliation injury by strong winds such as typhoon. In this study, we have compared fruit quality, budbreak rate and floral bud as affected by windbreaks. And also we surveyed several microclimate indices of kiwifruit orchard depending on the covering materials of arch-type windbreaks. METHODS AND RESULTS: Five different windbreak materials including polyethylene film (PE), blue- and white-colored nets were tested in pipe-framed archtype kiwifruit vineyards as the covering materials. Photosynthetically active radiation (PAR), annual mean temperature (AMT) and chill unit (CU) as well as fruit quality were compared among the covering materials. In all treatments, annual PAR was more than $400{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$, in which kiwifruit leaf could reach its maximum photosynthesis, since the leaves were emerged. Annual mean temperature was greater in 0.1 mm-PE covering as much as $1-2^{\circ}C$ than other windbreaks. In CU calculated by three different models, all windbreaks showed more than 1400 CU that is fully fulfilled CU for kiwifruit rest completion. There were no difference in budbreak rate among the covering materials. Fruit weight was heavier in 0.1 mm-PE and white-net (4 mm) than other windbreaks. CONCLUSION: Regardless of the windbreak materials, the PAR quantity was enough for kiwifruit photosynthesis. And CU for kiwifruit rest completion was fully achieved in all treatments. However, with respect to fruit weight, quantity of PAR, and AMT, etc., It is highly recommended for kiwifruit growers to choose 0.1 mm-PE and white-net (4 mm) as for their windbreaks materials.

갯기름나물 시들음병 보고 및 방제약제 선발

권슬기(Seul Ki Kwon),전창욱(Chang-Wook Jeon),곽연식(Youn-Sig Kwak) 한국농약과학회 2020 농약과학회지 Vol.24 No.1

인삼 뿌리썩음병원균에 대한 길항미생물 분리 및 동정

김수현(Su-Hyeon Kim),김다란(Da-Ran Kim),곽연식(Youn-Sig Kwak) 한국농약과학회 2020 농약과학회지 Vol.24 No.3

Sclerotium rolfsii에 의한 비름 흰비단병 최초 보고 및 방제 약제 선발

전창욱(Chang-Wook Jeon),김다란(Da-Ran Kim),곽연식(Youn-Sig Kwak) 한국농약과학회 2020 농약과학회지 Vol.24 No.1

과수화상병 병원세균 Erwinia amylovora에 대한 지의류 추출물의 방제 능력 및 항생제 상호작용 효과 검증

이수인(Su In Lee),김원준(Wonjun Kim),김다란(Da-Ran Kam),곽연식(Youn-Sig Kwak) 한국농약과학회 2021 농약과학회지 Vol.25 No.1