Virulence gene silencing of Ralstonia pseudosolanacearum through small RNA interspecific translocation

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Bacterial wilt caused by Ralstonia pseudosolanacearum occurs on solanaceous plant species, such as tomato, potato, and tobacco. R. pseudosolanacearum can survive in the soil, plant, and even agricultural tools. So, R. pseudosolanacearum can be spread by contaminated soil, infected plants, and contaminated agriculture tools. The most widely used method of controlling R. pseudosolanacearum was a chemical method through soil fumigation. However, the chemical control method had the disadvantage of killing the soil microbes non-specifically and creating the soil dysbiosis, which reduced the bacterial diversity in the soil. Therefore, the particular targeting control of R. pseudosolanacearum was needed for overcoming the broad kill of soil microbes and decrease of the soil bacterial diversity using the chemical compound. In the study, a new strategy for specific control of R. pseudosolanacearum was studied by using host-induced gene silencing. The mechanism of HIGS was employed to silence the virulence gene in pathogens by expressing homologous dsRNAs in the host plant. HIGS system has been studied as a method for controlling eukaryotic phytopathogens, such as fungi, nematodes, insects, and parasitic plants. However, study of control using translocated siRNA from plant to bacterial pathogen was lacking. In my study, the prokaryotic phytopathogen were controlled in plant using HIGS system.

국문 초록 (Abstract)

토양 세균 중에 Ralstonia pseudosolanacearum은 토마토, 감자, 담배 등 가지과 작물에 풋마름병을 일으켜 식물을 고사시킨다. R. pseudosolanacearum은 난방제성 병원균으로 방제 방법 중 항생제를 이용한 화학적 방제 방법이 가장 효과적이다. 하지만 비 선택적으로 토양 세균을 사멸시키는 항생제로 인해 토양 내 세균 다양성이 감소된다는 단점을 가지고 있다. 따라서 R. pseudosolanacearum만을 선택적으로 방제하기 위한 새로운 대안이 필요하다. R. pseudosolanacearum의 병원성 유전자만을 인식하여 절단할 수 있는 small interference RNA (siRNA)를 이용하여 R. pseudosolanacearum의 병원성 유전자 침묵 방법이 중요한 대안으로 여겨진다. 이와 같이 식물 세포에서 만들어진 siRNA가 식물 병원균으로 전달되어 병원균의 병원성 유전자가 침묵 되는 현상을 host-induced gene silencing (HIGS) 이라 부른다. 기존의 HIGS 시스템은 식물에서 진균으로 이동하는 siRNA에 의한 식물병원성 진균 방제 방법으로 연구가 많이 진행되었다. 하지만 식물인 진핵 생물과 원핵 생물인 병원 세균 사이를 이동하는 siRNA에 의한 식물 병원 세균 방제에 관한 연구는 미흡했다. 본 논문에서는 HIGS 시스템을 통해 진핵생물인 식물에서 만들어진 siRNAs에 의해 원핵 생물인 식물병원 세균을 방제할 수 있음을 밝혔다.

목차 (Table of Contents)

• Chapter Ⅰ 1
• 1.1 Ralstonia solanacearum 2
• 1.2 Control of Ralstonia solanacearum 5
• 1.3 RNA interference 7
• 1.4 Virus-induced gene silencing 9
• 1.5 Host-induced gene silencing (HIGS) 11
• Chapter Ⅱ 13
• 2.1 Introduction 14
• 2.2 Materials and Methods 17
• 2.2.1 Plant materials and growth conditions 17
• 2.2.2 Bacterial culture conditions and precipitation of agro-infiltration 17
• 2.2.3 R. pseudosolanacearum and Pseudomonas syringae pv. tabaci pathogenesis assay 17
• 2.2.4 Genomic library construct of R. pseudosolanacearum 19
• 2.2.5 Screening clones of R. pseudosolanacearum virulence gene silencing 24
• 2.2.6 Statistical analysis 24
• 2.3 Results 26
• 2.3.1 Establishments of inoculating Ralstonia pseudosolanacearum and Agrobacterium tumefaciens concentration 26
• 2.3.2 Library construction for Ralstonia pseudosolanacearum virulence gene screening 33
• 2.3.3 Disease severity based forward genetics screening of R. pseudosolanacearum virulence gene 38
• 2.3.4 Disease severity based reverse-genetics screening of R. pseudosolanacearum virulence gene 54
• 2.3.5 Disease severity based screening of Pseudomonas syringae pv. tabaci virulence gene 62
• 2.3.6 Suppressing disease severity and a bacterial growth of P. syringae pv. tabaci 68
• 2.4 Discussion 70
• 2.5 Reference 74