고구마 표피썩음병 방제 최적 음역대 선발

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The optimal sound frequency for the inhibition of Fusarium surface rot in sweet potato (Ipomoea batatas [L.] Lam.) was selected in this study. The spores of Fusarium commune causing Fusarium surface rot was exposed from 100Hz to 15kHz to determined the effect of frequency-specific sound waves on germination and growth of F. commune. Of the frequencies tested in F. commune, 2.4 kHz sound wave significantly inhibited spore germination and fungal growth. Furthermore, the disease rate was also most effective at 2.4 kHz, when the specific sound wave frequencies are treated on sweet potato and detached Arabidopsis thaliana leaves with inoculated fungus. I analyzed the gene expression of F. commune on the PDA media and infected Arabidopsis leaves after sound wave treatment. While the expression of germination and pathogenicity related genes of F. commune were decreased compared to the untreated group, the hormone-mediated defense genes in Arabidopsis were increased in the sound wave treated leaves. These results suggest that 2.4 kHz sound wave treatment could be used to reduce the occurrence of Fusarium surface rot on sweet potato by regulation of the expression levels fungus germination- and pathogenicity-related genes, and plant defense-related genes.
In order to investigate the effects of sound wave on the resistance of A. thaliana against F. commune, I next screened fungus disease resistant Arabidopsis T-DNA mutant lines under sound wave treatment(100 and 250Hz). From this approach, I identified T-DNA insertion sites of these mutant lines by T-DNA flanking sequencing and DNA genotyping analyses, and further confirmed four fungus disease resistant-related genes.
Taken together, these results suggest that sound wave treatment could represent an environmentally-friendly alternative to chemical fungicides and further expand our knowledge regarding the effective management of noxious fungal pathogens by a non-chemical approach such as sound wave.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 수확 후 저장 중인 고구마에서 주로 발생하는 표피썩음병(Fusarium surface rot) 방제를 위한 최적의 음역대를 선발하기 위해 수행되었다. 이를 위하여 표피썩음병의 원인균인 Fusarium commune 의 포자와 균총에 다양한 음역대의 음파를(100Hz-15kHz) 처리하여 F. commune 에 대한 포자발아 및 균총생장에 대한 효과를 확인하고자 하였고 그 결과, 2.4kHz 처리구에서 포자발아와 균총생장이 현저히 억제되었으며 고구마와 애기장대에 균을 접종하여 음파처리 시에도 동일하게 2.4kHz 처리구에서 병이 가장 억제되는 것을 확인하였다. 음파처리가 균과 애기장대 유래 유전자들의 발현에 미치는 영향을 분석한 결과, 무처리에 비해 음파처리구에서 F. commune 의 포자발아 및 균총 생장 유전자와 병원성 관련 유전자는 감소하는 경향을 보였고 애기장대의 호르몬 의존적 방어 관련 유전자의 발현은 증가하는 경향을 보였다. 이상의 결과를 종합하여 볼 때, 2.4kHz 음파처리가 병원균의 발아 및 병원성 관련 유전자와 기주식물 유래 방어 유전자들의 발현을 인위적으로 조절하여 표피썩음병을 억제시키는 것으로 추정되었다.
다음으로 F. commune 에 대한 애기장대의 저항성을 증가시키는 음파(100Hz, 250Hz)의 영향을 조사하기 위하여 애기장대 T-DNA 돌연변이체를 이용해 음파처리 시 병원균에 대한 저항성·감수성 라인을 선발하였다. 선발된 라인의 T-DNA 삽입위치를 확인하기 위하여 T-DNA　flanking sequencing과 genotyping 분석을 하였고 음파에 의해 조절되는 4개의 병 저항성 관련 유전자를 확인하였다.
본 연구의 결과는 고구마에서 표피썩음병을 방제하기 위한 친환경적이고 지속가능한 방제방법으로서 음파가 활용가능하다는 것을 제시하고 있으며 작물병저항성 유전자들의 발현을 인위적으로 조절하는 기작을 구명함으로써 기존 화학농약 사용에 의해 야기되는 문제점을 해결하는데 기여할 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차 ⅰ
• List of Tables ⅳ
• List of Figures ⅴ
• Abstract ⅶ
• 서 언 1
• 재료 및 방법 7
• 결과 및 고찰 18
• 1장. 고구마에서 고구마 표피썩음병 방제 음역대 선발 및 고구마 표피썩음병 관련 유전자 발현 분석
• 1. 고구마 표피썩음병 병징 18
• 2. F. commune 포자발아 억제 최적음파 선발 18
• 3. F. commune 균총생장 억제 최적음파 선발 21
• 4. 고구마 표피썩음병 발병감소 최적음파 선발 23
• 5. F. commune의 포자발아 및 균총생장 관련 유전자 발현 양상분석 26
• 5.1. 에너지 생산 관련 유전자: 당 대사-오탄당과 글루쿠론산 상호변환-지방산 분해-질소대사 26
• 5.2. 단백질 활성 관련 유전자: 인산화효소단백질-세포수송단백질-세포벽 합성 및 변형 단백질 32
• 6. F. commune의 병원성 관련 유전자 발현양상 분석 36
• 6.1. F. commune의 병원성 관련 유전자: 침입-감염-독소분비 38
• 2장. 애기장대에서 고구마 표피썩음병 방제 음역대 효과 및 식물 호르몬 의존적 방어 관련 유전자 발현 분석
• 1. 음파처리에 의한 F. commune 발병감소 최적음파 선발 41
• 1.1. 음파처리 F. commune 접종이 음파 무처리 애기장대에 미치는 효과 41
• 1.2. 음파 무처리 F. commune 접종이 음파처리 애기장대에 미치는 효과 42
• 1.3. 음파 무처리 애기장대에 음파 무처리 F. commune 접종 후 음파처리 효과 47
• 2. 음파처리 애기장대에서 식물호르몬 의존적 신호전달 관련 유전자 발현양상 분석 50
• 2.1. 자스몬산(JA) 신호전달 유전자 50
• 2.2. 에틸렌(ET) 신호전달 유전자 50
• 2.3. 살리실산(SA) 신호전달 유전자 51
• 3. F. commune에 대한 음파 반응 병 저항성·감수성 애기장대 돌연변이 라인 선발 54
• 3.1 음파처리에 의한 병 저항성·감수성 애기장대 T-DNA 돌연변이 라인 선발 54
• 3.2 T-DNA 삽입 위치 확인을 위한 삽입인접서열정보 및 유전자형 분석58
• 최종결론 68
• 참고문헌 70
• 국문초록 78