KR20010072765A - Antifungal microorganism specific for pathogenic fungi, agricultural chemicals containing the same and a process for preparation thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 식물 병원성 및 동물 병원성 진균에 대해 항진균 활성을 가지는 미생물, 이로부터 생산된 항진균 활성물질 및 이들을 함유하는 농약제에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 유기물 분해능, 농약 내성 및 농약 분해능이 있는 항진균 활성을 가지는 미생물, 그 최적 배양방법 및 이를 함유하는 병원성 진균 방제용 바이오 매트릭스 (bio-matrix) 그리고 상기 미생물로부터 생산되는 항진균성 화합물 (화학물질 및 폴리펩타이드) 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to microorganisms having antifungal activity against plant pathogenic and animal pathogenic fungi, antifungal actives produced therefrom and pesticides containing them. More specifically, the present invention provides a microorganism having an antifungal activity with organic matter resolution, pesticide resistance and pesticide resolution, an optimal culture method and a bio-matrix for controlling pathogenic fungi containing the same, and an antifungal produced from the microorganism. It relates to sex compounds (chemicals and polypeptides) and methods for their preparation.
최근 세계 최대의 농약회사인 몬산토 (Monsanto)사가 화학유기 합성농약의 생산을 중단한다고 선언함으로써 농업분야에 기여할 수 있는 생물공학적 신기술의 개발이 필요하게 되었다. 따라서 농업 생산의 안정성 향상, 환경 보전, 농업 생산물의 부가가치 증진 등 양적, 질적 생산성을 향상시키기 위하여 저공해 천연 생물농약의 개발, 농산물의 안정적 생산 및 쾌적한 환경 보존을 위한 병충해 저항성 작물의 육종, 그리고 농산물 가공 및 이용 기술의 연구 등을 통하여 고부가 가치의 식품 및 의약품 소재를 개발하려는 연구들이 이루어지고 있다.Recently, Monsanto, the world's largest pesticide company, announced that it would halt the production of chemical organic synthetic pesticides, requiring the development of new biotechnological technologies that could contribute to the agricultural sector. Therefore, in order to improve quantitative and qualitative productivity, such as improving the stability of agricultural production, preserving the environment, and increasing the added value of agricultural products, developing low-pollution natural biopesticides, breeding of pest-resistant crops for stable production and pleasant environment preservation, and processing of agricultural products. And researches to develop high value-added food and pharmaceutical materials through research into the technology used.
특히, 환경 보호와 생태계 보전에 관한 그린 라운드 (Green Round) 협약이 국제적 관심의 대상이 되면서, 과다한 농약 등의 남용이 심각한 문제로 대두되고 이를 대체하는 식물 방제용 무공해 농약 (biocide)의 개발이 국제적으로 경쟁이 치열한 핵심 분야로 등장하고 있다. 기존 농약에 의한 환경오염 문제를 극복하기 위하여 생산, 저장 및 적용이 용이하고 병원균을 효과적으로 억제하는 길항 미생물을 선발하고 생물 활성물질을 분리하는 것은 매우 시급한 과제이다. 특히 항진균 활성 물질은 포유동물에 대하여 독성이 기존 농약보다 낮고, 식물에 약해가 없으면서, 활성은 탁월하고 잔류성은 적어서 윤작에도 영향이 없으며 지하수, 토양, 하천수 등을 오염시키지 말아야 한다.In particular, as the Green Round Convention on Environmental Protection and Ecosystem Conservation becomes the subject of international concern, the abuse of excessive pesticides, etc. becomes a serious problem, and the development of biocide for plant control to replace them is international. As a result, competition is emerging as a key field. In order to overcome the environmental pollution problem caused by conventional pesticides, it is very urgent to select antagonistic microorganisms that are easy to produce, store and apply and effectively inhibit pathogens and to separate biologically active substances. In particular, antifungal actives are less toxic to mammals than conventional pesticides, no harm to plants, excellent in activity and less residual, and therefore do not affect crop rotation and should not contaminate groundwater, soil, and river water.
지금까지 개발된 항진균제는 크게 살리실산 (salicilic acid), 알루미늄 염 (aluminum salt), 아연 염 (zinc salt), 요오드, 에탄올, 유기산 (benzoic acid, propionic acid 등)과 같이 표면 감염부위에 직접 작용하는 국소성 제제(nonsystemic agent)와 조직과 기관에 흡수되어 작용하는 전신성 제제 (systemic agent)로 구별된다.Antifungal agents developed to date are largely localized to act directly on surface infection areas such as salicilic acid, aluminum salt, zinc salt, iodine, ethanol, organic acid (benzoic acid, propionic acid, etc.). It is divided into nonsystemic agents and systemic agents that are absorbed and act on tissues and organs.
현재 사용되는 전신성 항진균제 계열을 살펴보면, (1) 페놀-에테르 화합물인 그리소풀빈 (griseofulvin,Penicilliumsp.), (2) 폴리엔 계열인 암포테리신 B(amphotericin B, Am B;Streptomyces nodosus), 하마이신 (hamycin,Streptomyces pimprina), 니스타틴 (nystatin,Streptomyces noursei), 나타마이신 (natamycin), (3) 피리미딘 계열인 플루사이토신 (flucytosine, 5FC), (4) 아졸 유도체인 미코나졸 (miconazole, MON), 케토코나졸 (ketoconazole, KET), 플루코나졸 (fluconazole, FLU), 제나코나졸 (genaconazole, GEN), 이트라코나졸 (itraconazole, ITR), 사퍼코나졸 (saperconazole, SAP), (5) 펩타이드 계열인 실로펀진 (cilofungin, CIL), 사라마이세틴 (saramycetin,Streptomices saraceticus), (6) 아릴아민 계열인 터비나핀 (terbinafine, TER), 나프티핀 (naftifine), (7) 몰포린 (morpholines) 계열인 펜프로피모프 (fenpropimorph) 등이 대표적이라 할 수 있다. 그러나 전신성 항진균제는 많은 종류가 보고되고 미생물로부터 생산도 가능하며 그 유도체가 활용되고 있음에도 불구하고, 항진균 활성 스펙트럼 및 독성 등의 많은 문제점이 있다. 따라서 농작물에 가장 큰 폐해를 가져다 주는 식물 병원성 진균류의 방제 뿐 아니라, 의학적으로 진균 감염증 치료에 실용화할 수 있는 저독성, 특이성, 속효성 항진균제의 개발은 무엇보다 시급하다. .The systemic antifungal agents currently used include (1) griseofulvin ( Penicillium sp.), A phenol-ether compound, (2) amphotericin B (Am B; Streptomyces nodosus ), and a hippocampus. Lysine (hamycin, Streptomyces pimprina ), nystatin, Streptomyces noursei , natamycin, (3) pyrimidine-based flucytosine (5FC), (4) azole derivative miconazole (miconazole, MON), ketoconazole (KET), fluconazole (FLU), genaconazole (GEN), itraconazole (ITR), saperconazole (SAP), (5) peptide series silopfunzin (cilofungin, CIL), saramycetin ( Streptomices saraceticus ), (6) arylamine-based terbinafine (TER), naftifine, (7) morpholines-based penpropie The morph (fenpropimorph) is a typical example. However, although many types of systemic antifungal agents have been reported and can be produced from microorganisms and their derivatives are utilized, there are many problems such as antifungal activity spectrum and toxicity. Therefore, the development of low toxicity, specificity, and fast-acting antifungal agents that can be practically used for the treatment of fungal infections as well as the control of plant pathogenic fungi that cause the greatest damage to crops is urgently needed. .
한편, 생물학적 제어 (biological control) 방법을 통하여 질병 억제에 관여하는 미생물 대사산물은 항진균제를 포함하여 시더로포아 (siderophore), NH3효소, 하이드로겐 사아니드 (hydrogen cyanide) 등을 들 수 있고 이들은 길항적 활성을 보인다. 지금까지 진균류에 대한 생물학적 제어에 활용되는 세균들로는 시더로포아를 생성하는Pseudomonas fluorescens, 균사 성장을 억제하고 암모니아를 발생시키는Enterobacter cloacae,P. ultimum, 뿌리에 감염되어 병원성 진균류를 제어하는P. putida, 잎에 적용되는 길항 세균인P. syringae등이 알려져 있고, 실제로 항진균 활성을 나타내는 천연 항진균제 및 이들 항진균제를 생산하는 세균류들을 생물학적 제어자로서 활용하는 것에 대하여 농약, 약학, 의학 등의 제분야에서 관심이 집중되고 있다.On the other hand, microbial metabolites involved in disease inhibition through biological control methods include antifungal agents, such as siderophore, NH 3 enzyme, hydrogen cyanide and the like. It is ever active. To date, bacteria used for biological control of fungi include Pseudomonas fluorescens , which produces cedarpoa , Enterobacter cloacae , P. ultimum , which inhibits mycelial growth and generates ammonia, and P. putida , which infects roots and controls pathogenic fungi. P. syringae , an antagonistic bacterium applied to leaves, is known, and there is interest in the fields of pesticides, pharmacy, medicine, etc. as a biological controller for natural antifungal agents that exhibit antifungal activity and bacteria that produce these antifungal agents. It is concentrated.
이에 본 발명자들은 새로운 미생물 농약제제를 개발하기 위하여, 병원성 진균에 항진균 활성을 가지는 미생물을 선별하여 동정하고 그들의 항균 스펙트럼과 이들이 생산하는 항진균 활성물질의 특성을 조사하며, 이를 함유하는 바이오 매트릭스 형태의 미생물 농약제를 제조하여 이들이 유기물 분해능, 농약 내성 및 농약 분해능을 가지므로 환경친화적인 다기능적 농약으로 유용함을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.In order to develop new microbial pesticides, the present inventors have selected and identified microorganisms having antifungal activity against pathogenic fungi, and investigated their antimicrobial spectrum and the characteristics of the antifungal active substances produced by them. The present invention has been completed by making pesticides and confirming that they are useful as environmentally friendly multifunctional pesticides because they have organic matter resolution, pesticide resistance and pesticide resolution.
본 발명은 병원성 진균에 대한 항진균 활성을 가지는 미생물, 이로부터 정제된 항진균성 화합물 및 이를 함유하는 환경친화적인 진균 방제제를 제공함에 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a microorganism having antifungal activity against pathogenic fungi, an antifungal compound purified therefrom and an environmentally friendly fungal control agent containing the same.
도 1은 본 발명의 항진균 활성 (AF) 세균을 함유하는 바이오 매트릭스 (bio-matrix complex)를 도시화하여 나타낸 것이고, 1 is a diagram showing a bio-matrix complex containing the antifungal activity (AF) bacteria of the present invention,
도 2는 본 발명의Alcaligenes faecalisKL1179 (KCTC 8914P) 균주의 병원성 진균에 대한 항진균 활성을 나타낸 것이고, Figure 2 shows the antifungal activity against pathogenic fungi of the Alcaligenes faecalis KL1179 (KCTC 8914P) strain of the present invention,
A :Rhizoctonia solani(벼문고병), B :Candida albicans(칸디다증)A: Rhizoctonia solani (blight plaque), B: Candida albicans (candidiasis)
도 3은 본 발명의 항진균 활성 세균의 주사전사현미경 사진을 나타낸 것이고, Figure 3 shows a scanning electron micrograph of the antifungal active bacteria of the present invention,
A :Bacillus subtilisvar.amyloliquefacienceKL1114 (KCTC 8913P);A: Bacillus subtilis var. amyloliquefacience KL1114 (KCTC 8913P);
B :Alcaligenes faecalisKL1179 (KCTC 8914P)B: Alcaligenes faecalis KL1179 (KCTC 8914P)
도 4는 본 발명의Bacillus subtilisvar.amyloliquefacienceKL1114 균주가 생성하는 분자량이 530 인 항진균 활성 화합물의 박편 크로마토그램을 나타낸 것이고, 4 is Bacillus subtilis var. It shows the flake chromatogram of the antifungal active compound having a molecular weight of 530 produced by the amyloliquefacience KL1114 strain,
도 5는 상기 KL1114 균주가 생성하는 분자량 5 kDa 인 항진균성 폴리펩타이드의 정제 과정 (A, B) 및 그의 항진균 활성 (C)을 나타낸 것이고, Figure 5 shows the purification process (A, B) and antifungal activity (C) of the antifungal polypeptide having a molecular weight of 5 kDa produced by the KL1114 strain,
도 6은 상기 KL1114 균주가 생성하는 분자량 41 kDa 인 항진균성 폴리펩타이드의 정제 과정 (A) 및 그의 항진균 활성 (B)을 나타낸 것이고, 6 shows the purification process (A) and antifungal activity (B) of the antifungal polypeptide having a molecular weight of 41 kDa produced by the KL1114 strain,
도 7은 다양한 고체 배지에서 유기물 분해능을 나타내는 항진균 활성 세균의 세포외 효소 활성을 나타낸 것이다. Figure 7 shows the extracellular enzyme activity of antifungal active bacteria exhibiting organic degradation in various solid media.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 병원성 진균에 특이적인 항진균활성을 가지는 미생물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a microorganism having antifungal activity specific to pathogenic fungi.
또한, 본 발명은 상기 미생물을 탄소원, 질소원 및 인산원을 조절하면서 아미노산 및 비타민을 첨가하여 배양하고, 이로부터 배양 상등액을 얻어 유기용매 추출법과 단백질 침전법 그리고 젤 침투 크로마토그래피 등을 수행함으로써 제조되는, 상기 미생물이 생산하는 항진균 활성을 가지는 화합물을 제공한다. 구체적으로 상기 항진균성 활성물질은 분자량이 530 인 화합물과 3 kDa, 5 kDa, 41 kDa 및 20 kDa 인 항진균성 폴리펩타이드를 포함한다.In addition, the present invention is prepared by culturing the microorganism by adding amino acids and vitamins while controlling the carbon source, nitrogen source and phosphate source, and obtain a culture supernatant therefrom to perform organic solvent extraction, protein precipitation and gel permeation chromatography. It provides a compound having antifungal activity produced by the microorganism. Specifically, the antifungal active substance includes a compound having a molecular weight of 530 and an antifungal polypeptide having 3 kDa, 5 kDa, 41 kDa, and 20 kDa.
또한, 본 발명은 상기 항진균성 화합물을 유효성분으로 하는 병원성 진균을 제어하는 항진균제 조성물을 제공한다.The present invention also provides an antifungal composition for controlling pathogenic fungi comprising the antifungal compound as an active ingredient.
또한, 본 발명은 상기 미생물을 함유하는 병원성 진균 방제용 바이오 매트릭스를 제공한다. 구체적으로 병원성 진균 방제용 바이오 매트릭스는 미생물 이외에 식물자원 고분자 재료, 생체고분자 합성 미생물 (biogel), 생체 고분자 (microgel) 및 계면활성제 등으로 구성된다.The present invention also provides a bio-matrix for controlling pathogenic fungi containing the microorganism. Specifically, the bio matrix for controlling pathogenic fungi is composed of plant material polymer materials, biopolymer synthetic microorganisms (biogel), biopolymers (microgels), and surfactants in addition to microorganisms.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 병원성 진균에 대한 항진균 활성을 가지는 환경친화적인 다양한 미생물을 선별한다.The present invention screens a variety of environmentally friendly microorganisms with antifungal activity against pathogenic fungi.
본 발명은 API 키트 및 다양한 생리생화학적 실험 등을 통하여 최종적으로 16개 균주를 분리하고 국제공인 동정기관에 의뢰하여 균주를 동정한다. 구체적으로Bacillus subtilisvar. amyloliquefaciens로 동정된 KL1114, KL1143, KL1367균주와Alcaligenes faecalis로 동정된 KL1136, KL1137, KL1178, KL1179, KL1188 균주 그리고Pseudomonas aurantiaca로 동정된 KL1314, KL1326 균주는 지금까지 보고되지 않은 새로운 항진균 활성 균주로 확인되었다. 또한, 상기 세균을 대상으로 항진균 활성 스펙트럼을 조사하여 활성 스펙트럼에 따라 균주를 구별한다.The present invention finally isolates 16 strains through API kits and various physiological biochemical experiments, and asks for an internationally recognized identification institution to identify strains. SpecificallyBacillus subtilisvar. amyloliquefaciensKL1114, KL1143, and KL1367 strains identified asAlcaligenes faecalisKL1136, KL1137, KL1178, KL1179, KL1188 strains identified asPseudomonas aurantiacaIdentified as KL1314 and KL1326 strains have been identified as new antifungal active strains that have not been reported to date. In addition, by examining the antifungal activity spectrum of the bacteria to distinguish the strain according to the activity spectrum.
본 발명에서는 이러한 상기 항진균 활성이 탁월한 균주로Bacillus subtilisvaramyloliquefaciensKL1114 (수탁번호 : KCTC 8913P),Alcaligenes faecalisKL1179 (수탁번호 : KCTC 8914P),Pseudomonas aeruginosaKL1121 (수탁번호 : KCTC 8915P) 및Pseudomonas aurantiacaKL1326 (수탁번호 : KCTC 8916P) 등을 선별하여 제공한다.In the present invention, such the as the superior strain antifungal activity Bacillus subtilis var amyloliquefaciens KL1114 (accession number: KCTC 8913P), Alcaligenes faecalis KL1179 ( accession number: KCTC 8914P), Pseudomonas aeruginosa KL1121 ( accession number: KCTC 8915P) and Pseudomonas aurantiaca KL1326 ( Accession No .: KCTC 8916P), etc. will be provided.
상기에서 병원성 진균은Mucorspp.(부패병),Pyricularia oryzae(벼도열병),Pythium ultimum(입고병),Rhizoctonia solani(벼문고병),Botryoshaeria dothidea(사과부패병),Bipolaris sorokniana(깨씨무늬병),Botrytis cinerea(잿빛곰팡이병),Colletotrichum gloeosporioides(고추탄저병),Pyricularia grisea(벼도열병),Mycosphaerella melonis(수박덩굴마름병),Phytophthora capsici(고추역병),Alternaria solani(토마토 겹둥근무늬병),Fusarium oxysporum(입고병, 근부병) 또는Sclerotinia sclerotiorum(균핵병) 등을 포함하는 식물 병원성 진균; 및Candida albicans(칸디다증) 등과 같은 동물 병원성 진균을 포함한다.The above pathogenic fungi include Mucor spp. (Corruption), Pyricularia oryzae (rice fever), Pythium ultimum (wort disease), Rhizoctonia solani (rice rot), Botryoshaeria dothidea (apple rot), Bipolaris sorokniana (seedstalk), Botrytis cinerea (gray mold), Colletotrichum gloeosporioides (red pepper anthracnose), Pyricularia grisea (rice blast), Mycosphaerella melonis (watermelon blight), Phytophthora capsici (pepper blight), Alternaria solani (tomato-ply round blotch), Fusarium oxysporum (wearing bottles Plant pathogenic fungi, including, but not limited to, root disease) or Sclerotinia sclerotiorum (mycobacterium tuberculosis); And animal pathogenic fungi such as Candida albicans (candidiasis) and the like.
또한, 본 발명은 상기 항진균 활성 세균이 환경 정화능력이 있는지 알아보기위하여, 유기물 분해능, 농약 분해능 및 농약 내성 등도 조사한다. 그 결과, 상기 항진균 활성 세균은 모두 유기물 분해능이 탁월하고, 특히 상기 KL1114 균주는 글루칸, 전분, 단백질, 셀룰로오즈, 리그닌 분해능력이 다른 균주에 비하여 3배 이상 높으며, KL1105, KL1326 균주는 키틴 분해능과 지질 분해능이 강한 것으로 확인되었다. 또한, 상기 항진균 활성 세균은 제초제, 살균제 및 살충제를 포함한 23종 이상의 농약에 대하여 내성이 있고, 농약을 분해함으로써 여러 종류의 농약에 대하여 저항성을 나타내게 된다. 따라서 본 발명의 항진균 활성 세균은 환경 보전 및 정화에 유용한 환경친화적인 다기능적 항진균제로 이용될 수 있다.In addition, the present invention to investigate whether the antifungal active bacteria have the ability to purify the environment, the organic decomposition, pesticide resolution and pesticide resistance and the like. As a result, all of the antifungal active bacteria are excellent in organic matter degrading ability, and in particular, the KL1114 strain is more than three times higher than other strains of glucan, starch, protein, cellulose and lignin degrading ability, and the KL1105 and KL1326 strains are capable of degrading chitin and lipids. It was confirmed that the resolution was strong. In addition, the antifungal active bacteria is resistant to more than 23 pesticides, including herbicides, fungicides and insecticides, and exhibits resistance to various types of pesticides by decomposing the pesticides. Therefore, the antifungal active bacteria of the present invention can be used as an environmentally friendly multifunctional antifungal agent useful for environmental conservation and purification.
즉 본 발명의 미생물은 항진균 활성에 더하여 유기물 분해능, 농약 내성 및 농약 분해능 등을 가짐으로 토양개량제, 퇴비부숙제, 엽면살포제 또는 관주살포제 등의 유효성분으로 이용될 수 있다.That is, the microorganism of the present invention may be used as an active ingredient such as soil improving agent, composting agent, foliar spraying agent or irrigation spraying agent, in addition to antifungal activity, having organic matter degrading ability, pesticide resistance and pesticide degrading ability.
또한, 본 발명은 상기 미생물로부터 항진균 활성을 가지는 화합물을 분리한다. 본 발명은 액체질소 트랩법, 분획법, 가스 크로마토그래피 (GC), TIC 및 질량 분석법 (mass spectroscopy) 등으로 항진균 활성이 있는 분자량이 530 인 화합물을 확인하고, 젤 침투 칼럼으로는 분자량이 약 3kDa, 5kDa, 41kDa 및 20 kDa 인 항진균성 폴리펩타이드 등을 정제한다.In addition, the present invention isolates a compound having antifungal activity from the microorganism. The present invention identifies compounds having a molecular weight of 530 having antifungal activity by liquid nitrogen trap method, fractionation method, gas chromatography (GC), TIC and mass spectroscopy, and the gel permeation column has a molecular weight of about 3 kDa. And antifungal polypeptides of 5 kDa, 41 kDa and 20 kDa, and the like.
또한, 본 발명은 상기 항진균성 폴리펩타이드의 전체 또는 일부 아미노산 서열을 제공하는데, 구체적으로 분자량이 3 kDa인 폴리펩타이드는 서열 1의 아미노산 서열을 포함하고, 분자량이 5 kDa인 폴리펩타이드는 서열 2의 아미노산 서열을 포함하며, 분자량이 41 kDa인 폴리펩타이드는 서열 3의 아미노산 서열을 포함하고, 분자량이 20 kDa인 폴리펩타이드는 서열 4의 아미노산 서열을 포함한다.In addition, the present invention provides an entire or partial amino acid sequence of the antifungal polypeptide, specifically, the polypeptide having a molecular weight of 3 kDa comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, the polypeptide having a molecular weight of 5 kDa is A polypeptide comprising an amino acid sequence and having a molecular weight of 41 kDa comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 and a polypeptide having a molecular weight of 20 kDa comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4.
상기 폴리펩타이드를 이용하여 펩타이드 시퀀싱 (peptide sequencing)을 한 결과, KL1114 균주에서 발견되는 약 3kDa 폴리펩타이드는Nicotiana,Solanum등에서 생성되는 오스모틴 유사단백질 (Osmotin-like protein, PR-5d)과Citrus의 염기성 키티나제/라이소자임 (basic chitanase/lysozyme) 등과 유사하고, 5kDa 폴리펩타이드는 리보좀 단백질과 상동성을 나타내며, 41kDa 단백질은 플라젤린 (flagellin)의 N-말단과 상동성을 가진다. 또한, KL1326 균주의 20kDa 폴리펩타이드는Pseudomonas syringae의 주요 분비단백질인 오토라이신 (autolysin) 또는 DNase 와 상동성을 가진다.As a result of peptide sequencing using the polypeptide, about 3kDa polypeptides found in the KL1114 strain were the basicity of Osmotin-like protein (PR-5d) and Citrus produced in Nicotiana , Solanum, etc. Similar to basic chitanase / lysozyme and the like, the 5kDa polypeptide shows homology with ribosomal proteins, and the 41kDa protein has homology with the N-terminus of flagellin. In addition, the 20kDa polypeptide of the KL1326 strain has homology with autolysin or DNase, a major secreted protein of Pseudomonas syringae .
또한, 상기 항진균성 폴리펩타이드의 일부 아미노산 서열을 이용하여 그 유전자를 분리하고 이를 이용하여 재조합 식물체를 제조하면 항진균성 형질전환 식물체도 제조할 수 있다.In addition, by separating the gene using the amino acid sequence of some of the antifungal polypeptide and to produce a recombinant plant using the same can also be produced antifungal transgenic plants.
또한 본 발명은 상기 항진균 활성 미생물 및 항진균성 화합물을 대량 생산하기 위하여, 미생물 배지 조성 중 탄소원, 질소원, 인산원 및 첨가 비타민 등을 조절하면서 상기 균주를 배양하여 항진균 활성물질이 생산되는 최적 조건을 조사한다. 포도당을 제외한 탄소원으로 KL1114 균주의 경우는 락토스와 만니톨을 사용하는 것이 바람직하고, KL1326 균주의 경우는 과당, 갈락토스, 글리세롤을 사용하는 것이 바람직하며, 질소원으로는 펩톤과 이스트 추출물을 사용하는 것이 바람직하고, 특히 KL1114 균주의 경우는 트립톤을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 인산원의 경우는 농도에 따라 균주 성장이 비례하기는 하지만 0.5mM 이상의 농도에서는 성장에 따라 차이가 없고, 다만 아미노산으로 아르기닌, 라이신을 사용하는 것이 항진균 활성물질을 높게 생산하는데 바람직하다.In addition, the present invention is to investigate the optimum conditions for producing the antifungal active material by culturing the strain while controlling the carbon source, nitrogen source, phosphate source and added vitamins in the microbial medium composition in order to mass-produce the antifungal active microorganism and antifungal compound do. It is preferable to use lactose and mannitol as a carbon source excluding glucose, and in the case of KL1326 strain, fructose, galactose, and glycerol are preferred, and as a nitrogen source, peptone and yeast extract are preferred. In particular, in the case of KL1114 strain, it is most preferable to use tryptone. In the case of phosphate sources, the growth of the strain is proportional to the concentration, but there is no difference in the growth at concentrations of 0.5mM or more.
또한, 본 발명의 항진균 활성 균주는 식물체의 성장에 영향을 주지 않는 것을 종자발아율을 측정하여 조사한다. 상기 항진균 활성 세균은 식물종자 발아율을 전혀 저해하지 않는 것으로 나타나 미생물 농약제로 뿐만 아니라 종자 피막화로 저장 및 보존에도 유용하다.In addition, the antifungal active strain of the present invention is investigated by measuring the seed germination rate does not affect the growth of the plant. The antifungal active bacteria have not been shown to inhibit plant seed germination at all, which is useful not only as a microbial pesticide but also as a seed coating.
또한, 본 발명은 식물자원 고분자 재료, 미생물 기원 생체고분자 (microgel), 생체고분자 합성 미생물의 세포 자체 등을 적절히 혼합하여 이루어지는 병원성 진균 방제용 바이오 매트릭스를 제공한다.The present invention also provides a biomatrices for controlling pathogenic fungi formed by appropriately mixing a plant resource polymer material, a microgel-derived biopolymer, a cell of a biopolymer-synthesized microorganism, and the like.
이 때 식물자원 고분자 재료로는 시금치가루, 양배추가루, 생현미, 도토리묵가루, 알파콘, 미역가루, 신선초가루, 쑥가루, 생율무가루, 다시마가루, 녹두가루, 마가루, 팥가루, 밤가루, 미숫가루, 솔잎검정콩가루 또는 당근가루 등을 사용하고, 생체 고분자는 뮤코폴리사카라이드 (mucopoly-saccharide) 또는 폴리-베타-하이드록시알카노에이트 등을 사용하며, 미생물로는 질소 고정 세균인Rhizobium loti, Rhizobium meliloti, Rhizobium japonicum또는 남조류 (cyanobacteria) 등을 사용하는 것이 바람직하다.At this time, the plant material polymer materials include spinach powder, cabbage powder, raw brown rice, acorn jelly powder, alpha cone, seaweed powder, fresh vinegar powder, mugwort powder, raw sugar powder, kelp powder, green bean powder, mar powder, red bean powder, chestnut powder, Wheat flour, pine needle black bean powder or carrot powder is used, and biopolymer is mucopolysaccharide (mucopolysaccharide) or poly-beta-hydroxyalkanoate, and the microorganism is nitrogen-fixed bacterium Rhizobium loti. It is preferable to use Rhizobium meliloti, Rhizobium japonicum or cyanobacteria.
상기 바이오 매트릭스는 상기 조성에 더하여 질석, 진흙, 알긴산, 키틴, 굴조개껍질, 과일껍질건조분말, 옥수수대/왕겨/톱밥 태운 가루 등, 각종 추출물, 펩톤, 트립톤, 당류, 무기염류, 비타민, 아미노산 또는 플라보노이드 (flavonoid) 등을 더 포함할 수 있다.In addition to the above composition, the biomatrix may include vermiculite, mud, alginic acid, chitin, oyster shell, fruit shell dried powder, corn stalks, chaff, sawdust, and other powders, various extracts, peptone, tryptone, sugars, inorganic salts, vitamins, It may further comprise an amino acid or flavonoid (flavonoid) and the like.
상기 바이오 매트릭스에서 플라보노이드는 항진균 활성 증진보조제로서 사용된다 (Letters in Applied Microbiology. 26: 363-366, 1998).Flavonoids in the biomatrix are used as antifungal activity enhancers (Letters in Applied Microbiology. 26: 363-366, 1998).
또한, 상기 바이오매트릭스는 항진균 활성 세균을 식물잎에 잘 부착되거나 토양에서 잘 분해되게 하는 코팅 응집물질을 사용한다. 구체적으로 항진균 활성 세균의 코팅 응집물질로는 남조류 (cyanobacteria)가 수생 환경으로 방출하는 응집물질 (bioflocculants) 등을 사용하는 것이 바람직하고, 특히Anabaenasp. PC-1 과Anabaenasp. N-1444 균주를 사용하는 것이 응집활성이 강한 세포외 (extracellular) 응집물질을 얻는데 유리하다.In addition, the biomatrices use a coating agglomerate that allows the antifungal active bacteria to adhere well to the plant leaves or to degrade in the soil. Specifically, as a coating aggregate of the antifungal active bacteria, it is preferable to use a bioflocculants or the like that cyanobacteria release to the aquatic environment, and particularly Anabaena sp. PC-1 and Anabaena sp. Use of the N-1444 strain is advantageous for obtaining extracellular aggregates with strong aggregation activity.
상기 바이오 매트릭스는 항진균 활성 세균의 생존유지기간, 생존발아율, 항진균 활성 유지, 항진균 물질생성능력이 우수하여 모든 항진균 활성 세균에 적용하여 미생물 농약, 미생물 제제의 피막화 물질, 미생물 담체 및 종자 코팅제 등으로 유용하게 사용될 수 있다. 이 외에도 상기 바이오 매트릭스는 토양개량제, 퇴비부숙제, 엽면살포제 또는 관주살포제 등에 사용될 수 있다.The bio-matrix has excellent survival time, survival germination rate, antifungal activity, and antifungal substance generation ability of antifungal active bacteria, and is applied to all antifungal active bacteria as microbial pesticide, encapsulating material of microbial preparation, microbial carrier and seed coating agent. It can be usefully used. In addition, the bio-matrix may be used for soil improving agent, composting agent, foliar spray or irrigation spray.
본 발명의 항진균성 화합물이 농약제로 이용되기 위해서 약제학적 분야에서 공지의 방법에 의하여 제조될 수 있으며, 그 자체 또는 약학적으로 허용되는 담체 (carrier), 부형제 (forming agent), 희석제 (diluent) 등과 혼합하여 다양한 제형으로 제조되어 사용될 수 있다.The antifungal compound of the present invention may be prepared by a method known in the pharmaceutical field for use as a pesticide, and may be a carrier, excipient, forming agent, diluent, or the like, by itself or a pharmaceutically acceptable carrier. It can be prepared and used in various formulations by mixing.
이하 실시예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples.
단, 하기 실시예들은 본 발명을 예시하는 것으로, 본 발명의 내용이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the examples.
<실시예 1> 항진균 활성 균주의 선별Example 1 Screening for Antifungal Active Strains
본 발명은 식물 병원성 진균에 강한 항진균 활성을 나타내는 113개 균주를 우선 분리하고 이중 52개 균주를 다시 API 키트 등을 사용하여 22개 균주로 선별한 다음 이들 균주를 이용하여 추가적으로 약 80여가지 이상의 생리생화학적 실험을 수행하고 최종적으로 16개 균주 (KL1112, 1114, 1121, 1136, 1137, 1143, 1178, 1179, 1188, 1314, 1321, 1326, 1330, 1367, 1105, KLP21)에 대한 동정을 국제공인 동정기관인 네덜란드의 클루이베르 실험실 (Kluyver laboratory, Faculty of Chemical Technology and Material Science)에 의뢰하였다.In the present invention, 113 strains showing strong antifungal activity against plant pathogenic fungi are first isolated, and 52 strains are selected as 22 strains again using API kits, and then additionally about 80 kinds of physiology using these strains. Biochemical experiments were performed and final identification of 16 strains (KL1112, 1114, 1121, 1136, 1137, 1143, 1178, 1179, 1188, 1314, 1321, 1326, 1330, 1367, 1105, KLP21) It was commissioned by the Kluyver laboratory, Faculty of Chemical Technology and Material Science.
그 결과, 이들 균주들 중B. subtilisvar.amyloliquefaciens로 동정된 KL1114, KL1143, KL1367 균주와A. faecalis로 동정된 KL1136, KL1137, KL1178, KL1179, KL1188 균주 그리고P. aurantiaca로 동정된 KL1314, 1326 균주는 현재까지 국내외적으로 보고된 바가 전혀 없는 항진균 활성을 가지는 새로운 균주로 확인되었다.As a result, of these strainsB. subtilisvar.amyloliquefaciensKL1114, KL1143, and KL1367 strains identified asA. faecalisKL1136, KL1137, KL1178, KL1179, KL1188 strains identified asP. aurantiacaIdentified as KL1314, 1326 strain was identified as a new strain having antifungal activity that has not been reported at home and abroad to date.
이들 균주는 ATCC, KCTC 공시 균주들과 균주특성에 있어 여러 가지 형질이달랐을 뿐아니라, 항진균 활성이 전혀 다르게 나타났다. 즉, 공시 균주들은 항진균활성이 없었다. 따라서 현재 이들 16개 균주들 중 항진균 활성과 항진균 활성의 특이성 그리고 균주의 특성을 고려하여 새로운 4개의 균주 KL1114, KL1179, KL1121, 및 KL1326 를 선별하였다.These strains differed from ATCC and KCTC published strains in terms of their characteristics, and their antifungal activity was completely different. That is, the disclosed strains did not have antifungal activity. Therefore, four new strains KL1114, KL1179, KL1121, and KL1326 were selected in consideration of the antifungal activity, the specificity of the antifungal activity, and the characteristics of the strains.
<실시예 2> 항진균 활성 균주의 활성 분석Example 2 Activity Analysis of Antifungal Active Strains
상기 실시예 1 에서 분리, 동정된 항진균 활성 세균들은 동일한 학명일지라도 균주간에 콜로니 형태, 색소형성 유무, 유기물 분해능, 농약 분해능, 항진균 활성 스펙트럼 등에 있어서 상당한 차이가 있었다.The antifungal active bacteria isolated and identified in Example 1 had a significant difference in colony form, pigmentation, organic matter resolution, pesticide resolution, antifungal activity spectrum, etc., between strains.
(2-1) 항진균 활성 스펙트럼(2-1) Antifungal Activity Spectrum
우선 식물 병원성 진균류 6종Mucor sp., Fusarium oxysporum cucumerium, Rhizoctonia solani, Botrys cinerea, Collectotrichum gloeosporiodes, Pyricularis oryzae등과 동물 병원성 균주Candida albicans에 대한 항진균 활성은 진균류가 도말된 PDA (Dipco Co.) 배지에 종이 디스크 (직경 6mm)을 이용하여 영양 배지에서 전배양된 세포 배양액을 접종하고 30℃에서 2∼3일간 배양함으로 조사하였다. 상기에서 선별한 세균을 대상으로 항진균 활성 스펙트럼을 조사하여 다시 많은 공시 식물 병원성 진균류를 대상으로 항진균 활성 스펙트럼을 분석한 결과, 광범위 활성 스펙트럼을 보인 KL1114, KL1143, KL1367 균주와 특이적인 좁은 범위의 활성 스펙트럼을 보인 세균군이 확실하게 구별됨을 확인하였다.First, six kinds of phytopathogenic fungi Mucor sp., Fusarium oxysporum cucumerium, Rhizoctonia solani, Botrys cinerea, Collectotrichum gloeosporiodes, Pyricularis oryzae as animal pathogenic strains Candida albicans is the antifungal activity of the (Dipco Co.) PDA the fungus is plated medium paper disk (6 mm in diameter) was used to inoculate the cell culture cultured in the nutrient medium and incubated for 2 to 3 days at 30 ℃. As a result of analyzing the antifungal activity spectrum of the selected bacteria and the analysis of the antifungal activity spectrum of many of the plant pathogenic fungi, the strains of KL1114, KL1143, and KL1367 showed a broad spectrum of activity and a narrow spectrum of activity. It was confirmed that the bacterial group showing the distinct.
특히 KL1114 균주의 경우 일정한 성장 시기에 도달하면 라이시스 (lysis)되고 일부 세포가 다시 성장을 재개하는 것이 관찰되었는데, 투사 전자현미경 (TEM)으로 촬영한 결과에서 바이러스 입자가 발견됨으로 KL1114 균주는 바이러스에 감염된 세포 (lyogenized cell) 상태로 존재함을 확인하였다. 실제로 상기 KL1114 균주는 동일한 학명의 KL1143, KL1367 균주에 비하여 항진균 활성과 항진균 스펙트럼이 월등히 우수한 것으로 나타나는데, 이는 바이러스에 의하여 라이시스가 일어날 때 세포 안에서 합성이 진행되거나 미처 분비되지 못한 항진균 활성물질이 한꺼번에용출될 수 있기 때문인 것으로 사료된다. 이와 같이 KL1114, KL1121, KL1326, KL1143, KL1179 균주 등은 월등히 높은 항진균 활성과 넓은 항진균 활성 스펙트럼을 나타내었다.In particular, in the case of the KL1114 strain, it was observed to lyse and resume growth of some cells when a certain growth period was reached.The KL1114 strain was found to be infected with the virus because the virus particles were found in the images taken by the projection electron microscope (TEM). It was confirmed that the cells exist in lyogenized cells. In fact, the KL1114 strain showed superior antifungal activity and antifungal spectrum compared to the KL1143 and KL1367 strains of the same scientific name. This is because it can be. As described above, the KL1114, KL1121, KL1326, KL1143, and KL1179 strains showed extremely high antifungal activity and broad antifungal activity spectrum.
본 발명은 상기 균주 중에서B. subtilisvar.amyloliquefaciensKL1114 균주 (수탁번호 : KCTC 8913P),Alcaligenes faecalisKL1179 균주 (수탁번호 : KCTC 8914P),Pseudomonas aeruginosaKL1121 균주 (수탁번호 : KCTC 8915P) 및Pseudomonas aurantiacaKL1326 균주 (수탁번호 : KCTC 8916P)를 한국과학기술연구원 부설 생명공학연구소 유전자은행에 1998년 11월 27일자로 기탁하였다 (수탁번호 : KCTC 8913P).The present invention is B. subtilis var. amyloliquefaciens KL1114 strain (Accession No .: KCTC 8913P), Alcaligenes faecalis KL1179 strain (Accession No .: KCTC 8914P), Pseudomonas aeruginosa KL1121 strain (Accession No .: KCTC 8915P), and Pseudomonas aurantiaca KL1326 strain (KT 8916P) It was deposited with the Institute of Biotechnology Research Institute Gene Bank on November 27, 1998 (accession number: KCTC 8913P).
(2-2) 항진균 활성 세균의 작용 기작(2-2) Mechanism of action of antifungal active bacteria
6종의 병원성 진균 및 15종의 공시 병원성 진균류를 대상으로 주사 전자현미경 (SEM) 및 간섭현미경 등을 이용하여 항진균 활성의 작용기작을 분석한 결과, 상기 균주는 균사 형성 억제, 포자 생성 유도 및 억제, 영양균 사용해 등의 형태로 병원균을 성장 억제하거나 사멸시킴을 확인하였다.As a result of analyzing the mechanism of action of antifungal activity using scanning electron microscopy (SEM) and interference microscopy in 6 pathogenic fungi and 15 published pathogenic fungi, the strains inhibited mycelial formation, induces and suppresses sporulation. It was confirmed that the pathogens were inhibited or killed in the form of, nutrients, and the like.
<실시예 3> 항진균 활성 세균의 최적 배양 조건 조사Example 3 Investigation of Optimal Culture Conditions of Antifungal Active Bacteria
상기 실시예에서 선별한 세균을 대량 생산하기 위하여, 항진균 활성이 우수한 새로운 균주 KL1114, KL1121, KL1326, KL1179, KL1143, KLP21 을 대상으로 항진균 활성물질이 생성되는 최적 조건을 조사하였다. 실험에 사용한 배지 조성 중 탄소원, 질소원 및 인산원에 대한 것은 표 3 에 나타낸 바와 같고 이러한 조성을 이용한 성장 효과는 미생물의 성장곡선을 48시간 동안 620 또는 630㎚ 에서의 흡광도로 측정하여 확인하였다.In order to mass-produce the bacteria selected in the above example, the optimum conditions for the production of antifungal actives were investigated in new strains KL1114, KL1121, KL1326, KL1179, KL1143, and KLP21 with excellent antifungal activity. Among the composition of the medium used in the experiment for the carbon source, nitrogen source and phosphate source is shown in Table 3, the growth effect using this composition was confirmed by measuring the growth curve of the microorganisms at absorbance at 620 or 630 nm for 48 hours.
(3-1) 탄소원 종류에 따른 성장량(3-1) Growth Amount by Carbon Sources
GM63 배지에 질소원으로 펩톤 (0.5%)을 고정양으로 넣어주고 각각의 탄소원을 0.5%씩 첨가하여 조사하였다. 포도당을 제외한 7가지 탄소원 중 KL1114 균주는 락토스와 만니톨이 탄소원으로 효과적이고, KL1326 균주는 과당, 갈락토스, 글리세롤이 성장을 위한 탄소원으로 매우 효과적이었다.Peptone (0.5%) was added to GM63 medium as a nitrogen source in a fixed amount, and 0.5% of each carbon source was added to investigate. Among the seven carbon sources except glucose, KL1114 strain was the most effective carbon source for lactose and mannitol, and KL1326 strain was the most effective carbon source for growth of fructose, galactose, and glycerol.
(3-2) 질소원 종류에 따른 성장량(3-2) Growth amount by type of nitrogen source
GM63 배지에 각각의 질소원을 0.5%로 첨가한 것을 이용하여 측정하였다. 항진균 활성 균주의 성장을 위한 질소원으로 펩톤과 이스트 추출물이 가장 좋았고, 우레아를 사용한 경우 성장률이 가장 낮았다. KL1114 균주는 특이하게 트립톤이 질소원으로 가장 좋았다.It was measured by adding 0.5% of each nitrogen source to GM63 medium. Peptone and yeast extract were the best nitrogen sources for the growth of antifungal active strains, and urea was the lowest. In the KL1114 strain, tryptone was the best nitrogen source.
(3-3) 인산원 농도에 따른 성장량(3-3) Growth amount according to the concentration of phosphate source
인산원은 Glu-MOPS 배지의 인산 농도를 달리하여 항진균 활성 균주의 성장 정도를 측정하였다. 인산 농도에 따라 성장률은 정확히 비례하였고, 0.5mM 이상의 농도에서는 성장량에 차이가 없었다.Phosphoric acid source was measured by varying the phosphoric acid concentration of Glu-MOPS medium growth of antifungal active strains. The growth rate was exactly proportional to the phosphoric acid concentration, and there was no difference in the growth at concentrations of 0.5 mM or more.
(3-4) 탄소원, 질소원 종류 및 인산원 농도에 따른 항진균 활성 조사(3-4) Investigation of antifungal activity according to carbon source, nitrogen source type and phosphate concentration
KL1179 와 KLP21 균주를 제외한 항진균 활성 균주로부터 배양시간 (6, 12, 24시간)에 따라 배양액을 취하고 이를 원심분리하여 미생물을 제거한 다음 상등액에 동량의 부탄올을 사용하여 항진균 활성물질을 추출하였다. 이 중 1㎖ 만을 농축하여C. albicans(KLP21 균주의 경우Fusarium)에 대한 항진균 활성도를 측정하였다. KL1179 와 KLP21 균주는 디스크 (disk)를 이용하여 활성도를 조사하는데, 활성도는C. albicans또는Fusarium이 성장하지 못하는 억제환 (inhibition zone)의 직경 (cm 단위)으로 측정하였다. 그 결과 KL1114 와 KL1143 균주의 경우 배지 조성에 영향을 받지 않고 높은 활성도를 보였고, 나머지 미생물들은 Glu-MOPS 배지보다는 질소원 배지에서, 질소원 배지보다는 탄소원 배지에서 높은 활성도를 나타내었다.Culture medium was taken from the antifungal active strains except KL1179 and KLP21 strains according to the culture time (6, 12, 24 hours), centrifuged to remove the microorganisms, and the antifungal actives were extracted using the same amount of butanol in the supernatant. Only 1 ml of this was concentrated to determine the antifungal activity against C. albicans ( Fusarium for KLP21 strain). KL1179 and KLP21 strains were examined for activity using a disk. The activity was measured as the diameter (in cm) of the inhibition zone in which C. albicans or Fusarium did not grow. As a result, the KL1114 and KL1143 strains showed high activity without being affected by the composition of the medium, and the remaining microorganisms showed higher activity in the nitrogen source medium than the Glu-MOPS medium and in the carbon source medium than the nitrogen source medium.
(3-5) 아미노산, 비타민 첨가 및 pH 변화에 따른 항진균 활성 조사(3-5) Antifungal Activity of Amino Acids, Vitamins and pH Change
항진균 활성물질을 생산하는 균주 (KL1114, 1121, 1143, 1179, 1326, KLP21)를 대상으로 환경요인에 따른 항진균 활성물질의 생성능을 비교하기 위하여, 온도, pH, 비타민 (B1, B2, B12) 및 첨가 아미노산 등을 달리하면서 배양하였다. 각 구간에서 배양된 배양액의 상등액을 동량의 부탄올로 추출하여 감압 농축하고, 농축액으로부터 항진균 활성물질을 측정한 결과, 항진균 활성 균주의 성장률 및 배지내 pH 변화는 균주간에 거의 유사한 양상을 나타냈다. 그러나 항진균 활성물질의 생성능은 균주간에 차이가 있어 KL1114, 1179, 1326 균주는 비타민 B1, KL1121 균주는 비타민 B2, KL1143 균주는 비타민 B12가 첨가될 때 항진균 활성물질을 최대로 생산하였다. 아미노산은 아르기닌, 라이신을 처리한 경우 항진균 활성물질의 생성능이 높았다.To compare the production of antifungal actives according to environmental factors in strains producing antifungal actives (KL1114, 1121, 1143, 1179, 1326, KLP21), temperature, pH, vitamins (B1, B2, B12) and The culture was performed with different amino acids. The supernatant of the culture cultured in each section was extracted with the same amount of butanol, concentrated under reduced pressure, and the antifungal active material was measured from the concentrate. As a result, the growth rate of the antifungal active strain and the pH change in the medium showed almost similar patterns among the strains. However, the production of antifungal actives was different among the strains, so KL1114, 1179, and 1326 strains produced vitamin B1, KL1121 strains, vitamin B2, and KL1143 strains produced the maximum antifungal actives. Amino acids had high antifungal activity in the treatment of arginine and lysine.
(3-6) 온도에 따른 항진균 활성물질 생성능(3-6) Antifungal Active Substance Generating Ability According to Temperature
배양 온도를 15, 25, 30, 37℃ 구간에서 3일간 배양하여 항진균 활성도를 측정한 결과, 균주간에 다소 차이는 있지만 전체적으로 30∼37℃ 온도 구간에서 항진균물질 생성능이 우수하였다.Antifungal activity was measured by culturing the culture temperature at 15, 25, 30 and 37 ° C for 3 days, and the antifungal activity was excellent in the temperature range of 30 to 37 ° C.
<실시예 4> 미생물이 식물 종자 발아율에 미치는 영향 조사Example 4 Investigation of the Effect of Microorganisms on Plant Seed Germination Rate
항진균 활성 균주가 아무리 우수한 항진균 활성을 가지고 있더라도 식물체의 성장을 저해한다면 항진균 활성 균주로서 가치가 없을 것이므로 항진균 활성 세균을 대상으로 종자발아율을 측정하는 것은 매우 중요하다. 불암조생 풋호박 종자의발아율은 KL1179 균주를 제외한 모든 균주에서 100%의 발아율을 나타내고, 오리엔탈 피망글로리의 경우, 모든 균주가 기준군과 유사한 발아율을 보였다.It is very important to measure the seed germination rate of antifungal active bacteria, even if the antifungal active strains have good antifungal activity. The germination rate of uncultivated green pumpkin seeds showed 100% germination rate in all strains except KL1179 strain, and in case of Oriental Bell pepper, all strains showed germination rate similar to that of the reference group.
이와 같이 상기 항진균 활성 세균들은 식물종자 발아율을 저해시키지 않으므로 포장에서 쓰이는 미생물 농약제제로 뿐만아니라, 종자 수준에서 피막화시킬 경우 종자 저장 및 보존에도 대단히 유용할 것이다.As such, the antifungal active bacteria do not inhibit the seed germination rate of the plant, and thus, they may be very useful for seed storage and preservation when encapsulated at the seed level.
<실시예 5> 항진균 활성 세균을 이용한 바이오 매트릭스의 제조Example 5 Preparation of Biomatrices Using Antifungal Active Bacteria
항진균 활성 세균이 자연 환경생태계 또는 식물체에서 생존을 유지하면서 항진균 생리활성물질을 생산하기 위해서는 영양분 공급 (단기적, 중장기간 이용가능한 영양분), 항진균 세균의 보호, 발아율 증진, 장단기적 생장 등을 유지하는 것이 필요하다. 따라서 이와 같은 작용을 가지는 바이오 매트릭스 (bio-matrix)를 개발하고자 하였다.To produce antifungal physiologically active substances while maintaining them in a natural environmental ecosystem or in plants, it is necessary to maintain nutrient supply (nutrients that can be used in the short and medium to long term), protect the antifungal bacteria, increase germination rates, and maintain long-term growth. need. Therefore, the bio-matrix (bio-matrix) having such a function was to be developed.
구체적으로 식물자원 고분자 재료 (biogel), 미생물기원 생체고분자 (microgel), 생체고분자 합성미생물의 세포 자체 또는 기타 재료 등을 적절히 혼합하여 20여종의 바이오 매트릭스를 제조하였다. 이 때 식물자원 고분자 재료로는 시금치가루, 양배추가루, 생현미, 도토리묵가루, 알파콘, 미역가루, 신선초가루, 쑥가루, 생율무가루, 다시마가루, 녹두가루, 마가루, 팥가루, 밤가루, 미숫가루, 솔잎검정콩가루 또는 당근가루 등을 사용하고, 이외에 기타 재료로 질석, 진흙, 알긴산, 키틴, 굴조개껍질, 과일껍질건조분말, 옥수수대/왕겨/톱밥 태운 가루 등, 각종 추출물, 펩톤, 트립톤, 당류, 무기염류, 비타민, 아미노산 또는 플라보노이드(flavonoid) 등을 적절히 첨가하여 사용하였다. 또한, 미생물기원 생체고분자로는 뮤코폴리사카라이드 (MPS) 또는 폴리-베타-하이드록시알카노에이트를 사용하고, 뮤코폴리사카라이드는 질소고정세균인Rhizobium. loti, R. meliloti, R. japonicum또는 남조균 (cyanobacteria)로부터 유래하는 것을 사용하였다.Specifically, about 20 kinds of biomatrices were prepared by appropriately mixing plant resource polymer material (biogel), microbial source biopolymer (microgel), biopolymer synthetic microorganism cells or other materials. At this time, the plant material polymer materials include spinach powder, cabbage powder, raw brown rice, acorn jelly powder, alpha cone, seaweed powder, fresh vinegar powder, mugwort powder, raw sugar powder, kelp powder, green bean powder, mar powder, red bean powder, chestnut powder, Uses wheat flour, pine needle black bean powder or carrot powder, and other ingredients such as vermiculite, mud, alginic acid, chitin, oyster shell, fruit shell dried powder, corn stalk, rice husk, sawdust and other powders, extracts, peptone, Tryptone, sugars, inorganic salts, vitamins, amino acids or flavonoids (flavonoid) and the like were added as appropriate. In addition, mucopolysaccharide (MPS) or poly-beta-hydroxyalkanoate is used as a microbial source biopolymer, and mucopolysaccharide is a nitrogen-fixed bacterium Rhizobium. loti, R. meliloti, R. japonicum or cyanobacteria were used.
상기 바이오 매트릭스를 영양원으로 주고 항진균 활성 세균의 생존유지기간,생존발아율, 항진균 활성 유지, 항진균 물질생성능력을 측정한 결과, 상기 바이오 매트릭스는 모든 항진균 활성 세균에 적용할 수 있고, 미생물 농약 및 미생물 제제의 피막화와 미생물 담체로서 역할이 매우 탁월하였다.As a result of measuring the bio matrix as a nutrient source and measuring the survival period, survival germination rate, antifungal activity, and antifungal substance generating ability of the antifungal active bacteria, the biomatrix can be applied to all antifungal active bacteria, microbial pesticides and microbial preparations. The film was excellent in its encapsulation and as a microbial carrier.
<실시예 6> 세균 흡착을 증강시키는 생분해성 코팅 응집물질의 선별Example 6 Screening of Biodegradable Coating Aggregates Enhancing Bacterial Adsorption
식물 병원성 진균을 방제하는 살균제로 본 발명의 미생물이 이용되기 위하여, 우선 길항균이 장기간 실온에서도 길항 활성을 유지할 뿐만 아니라 식물잎에 잘 부착되거나 토양에서 잘 분해되는 코팅 응집물질이 필요하다. 본 발명은 상기에서 얻은 항진균 활성 세균과 함께 남조류 (cyanobacteria)가 수생 환경으로 방출하는 응집물질 (bioflocculants)을 추출하고 그 특성을 분석하였다. 여러 종의 남조류 균주중 카올린 진흙 (kaolin clay) 분석 및 알시안 블루 결합 분석 (Alcian blue binding assay)을 통하여 선발한Anabaenasp. PC-1 과Anabaenasp. N-1444 균주가 응집활성이 강한 세포외 (extracellular) 응집물질을 풍부하게 분비하는 것으로 조사되었다. 이 응집물질의 특성을 이해하기 위하여,Anabaenasp. PC-1을 6주간 배양하면서 각 주별로 성장곡선과 카올린 응집활성을 조사한 결과, 성장이 정체기에 이르는 4주경에 응집활성이 가장 강하게 나타났으며, 4주간 배양한 균주로부터 핫 페놀 (hot phenol)을 이용하여 응집물질을 추출하고 CTAB 및 에탄올 침전법을 이용하여 부분 정제한 다음 세파크릴 S-200 칼럼 크로마토그래피를 이용하여 순수 정제하였다. 이 응집물질은 고분자성 다당류 (macromolecular polysaccharides)로서 전체 분자량의 63%는 중성 슈가, 5%는 우론산 (uronicacids), 12%는 단백질로 조성되어 있으나, 케토산, 헥소사민 (hexosamines), 지방산 (fatty acids)은 거의 존재하지 않았다.In order for the microorganism of the present invention to be used as a fungicide for controlling plant pathogenic fungi, first of all, the coating antagonist is required not only to maintain antagonistic activity even at room temperature for a long time, but also to adhere well to plant leaves or to decompose well in soil. The present invention extracted and characterized the bioflocculants released by cyanobacteria into the aquatic environment with the antifungal active bacteria obtained above. Anabaena sp. Was isolated from kaolin clay and Alcian blue binding assays among several species of cyanobacteria. PC-1 and Anabaena sp. The N-1444 strain was found to secrete abundantly extracellular aggregates with strong coagulation activity. To understand the properties of this flocculant, Anabaena sp. As a result of investigating the growth curve and kaolin aggregation activity for each week while culturing PC-1 for 6 weeks, the coagulation activity was the strongest at 4 weeks until the growth was stagnant, and the hot phenol from the strain cultured for 4 weeks The coagulant was extracted using, and partially purified using CTAB and ethanol precipitation, followed by pure purification using Sephacryl S-200 column chromatography. These aggregates are macromolecular polysaccharides, with 63% of the total molecular weight being neutral sugar, 5% of uronicacids, and 12% of protein, but keto acids, hexosamines and fatty acids. Fatty acids were rarely present.
또한, 정제된 응집물질은 양이온 염료 (cationic dye)인 알시안 블루에 강한 친화성을 가지므로 폴리음이온 설페이트 (polyanionic/sulfated) 다당류로 사료되고, 이 물질의 응집활성은 강한 산성 조건에서 더 강하고 (acid-dependent), 100oC에서 7분간 가열해도 응집활성이 40% 증가하는 것으로 보아 온도 안정성이 있는 것으로 확인되었다. 또한 NaCl, NaNO3, MgSO4, ZnSO4와 같은 염이나 금속을 첨가하였을 때 그 활성이 증가되고 용액 상에서 활성 탄소, 실리카, 산화알루미늄, 벤토나이트, 키틴, 키토산, 분말성 아가, 셀룰로스, DEAE, Dowex-50W, 세파덱스와 같은 유기/무기물질과도 어느 정도 응집하였다.In addition, the purified agglomerates have a strong affinity for the cationic dye, Alcian blue, and thus are considered polyanionic / sulfated polysaccharides, and their coagulation activity is stronger under strong acidic conditions ( acid-dependent), coagulation activity increased by 40% even after heating at 100 o C for 7 min. In addition, when the salt or metal such as NaCl, NaNO 3 , MgSO 4 , ZnSO 4 is added, the activity is increased, and activated carbon, silica, aluminum oxide, bentonite, chitin, chitosan, powdered agar, cellulose, DEAE, Dowex in solution -50W, some aggregation with organic / inorganic materials such as Sephadex.
또한 항진균 활성 세균 중 KL1321, 1143, 1330, 1367 균주는 응집활성이 서서히 증가하는 다른 균주와 달리 배양 1일부터 pH 2∼4 사이에서 강한 응집활성을 나타내므로 환경친화형 응집제로서 항진균 활성 세균으로부터 합성되는 것을 직접 이용할 수 있다.Also, KL1321, 1143, 1330, and 1367 strains of antifungal active bacteria showed strong aggregation activity between pH 2 and 4 from day 1 of culture, unlike other strains with slowly increasing aggregation activity. Can be used directly.
<실시예 7> 항진균 활성물질의 활성증진 보조제 선별Example 7 Selection of Adjuvant for Antifungal Active Substance
미생물보다는 식물에 다량 분포하는 천연산물인 플라보노이드 계통의 화합물을 배지에 첨가할 경우 항진균활성의 상승효과 가능성이 있는가를 조사하기 위하여, 또는 항진균활성이 뛰어나지만 세포 독성이 있는 금속성분과 같은 물질이 플라보노이드와의 상호작용을 통해서 진균의 성장에 어떤 효과를 미치는가를 검정하기 위하여 아연과 퀴어세틴 (Quercetin) 및 구리와 퀴어세틴의 상호 작용에 의한 진균성장의 억제 효과를 관찰하였다. 이를 통하여 플라보노이드는 항진균 활성 증진보조제로서 사용될 수 있음을 확인하였다 (Letters in Applied Microbiology. 26: 363-366, 1998).In order to investigate the possibility of synergistic effect of antifungal activity when the compound of flavonoid family, which is a natural product distributed in plants rather than microorganisms, is possible, or a substance such as a metal component having excellent antifungal activity but cytotoxicity, In order to examine the effects of fungal growth on the growth of fungi, the inhibitory effect of fungal growth by the interaction of zinc with quercetin and copper with quercetin was observed. This confirmed that flavonoids can be used as an antifungal activity enhancer (Letters in Applied Microbiology. 26: 363-366, 1998).
<실시예 8> 항진균 활성 세균을 함유하는 바이오 매트릭스 농약의 제조Example 8 Preparation of Biomatrix Pesticide Containing Antifungal Active Bacteria
(8-1) 제조 과정(8-1) Manufacturing Process
1차적으로 조제된 바이오 매트릭스를 멸균한 후, 50℃정도에서 냉각. 농축된 항진균 활성 세균을 먼저 질소 고정 세균이 분비하는 뮤코폴리사카라이드 (mucopolysaccharide, MPS)로 피막화하고, 상기 바이오 매트릭스와 혼화하여 고분자 재료 그람당 세포 수가 108-109정도 되도록 조제한 다음, 호모지나이저 (homogenizer)속에서 균일하게 섞어 미생물들이 골고루 막속에 2차적으로 고정되도록 하였다. 이렇게 고정된 미생물, 뮤코폴리사카라이드과 고분자의 바이오 매트릭스 복합체는 건조하여 적당한 크기의 분말로 제조되었다.After sterilizing the first prepared bio-matrix, it is cooled to about 50 ℃. The concentrated antifungal active bacteria are first coated with mucopolysaccharides (MPS) secreted by nitrogen-fixed bacteria, mixed with the biomatrices, and prepared so that the number of cells per gram of the polymer material is about 10 8 -10 9 . The homogenizer was mixed evenly in the homogenizer so that the microorganisms were evenly fixed in the membrane. This fixed microorganism, mucopolysaccharide and the bio-matrix composite of the polymer was dried to prepare a powder of the appropriate size.
항진균 활성 세균을 함유하는 바이오 매트릭스 복합체 농약에 대한 개요도를도 1에 나타내었다. 구체적으로 본 발명의 미생물 농약은 5가지 형태로 피막화되도록 제조되었다.A schematic diagram of a biomatrix complex pesticide containing antifungal active bacteria is shown in FIG. 1 . Specifically, the microbial pesticide of the present invention was prepared to be encapsulated in five forms.
<실시예 9> 항진균 활성물질의 정제 및 분석Example 9 Purification and Analysis of Antifungal Active Substances
(9-1) 저비등점 (휘발성) 항진균 활성물질의 분석(9-1) Analysis of low boiling point (volatile) antifungal active substances
KL1136, KL1137, KL1179, KL1187 균주가 생산하는 휘발성 항진균 활성물질을 액체질소 트랩법, 분획법, 가스 크로마토그래피 (GC), TIC 및 질량 분석법 (mass spectroscopy) 등으로 그 특성을 확인하고, NMR 등으로 그 구조를 분석하였다. 상기 균주는Rhizoctonia solani는 물론이고 특히 잔디브라운패치병에 방제 효과가 뛰어난 것으로 알려져 있어 이 과정으로 얻은 항진균 물질은 특정 병원균 방제에 유용하다.Volatile antifungal actives produced by KL1136, KL1137, KL1179, and KL1187 strains were characterized by liquid nitrogen trap method, fractionation method, gas chromatography (GC), TIC and mass spectroscopy, and then, NMR, etc. The structure was analyzed. Rhizoctonia solani as well as the strain is known to have an excellent control effect, especially turf brown patch disease, antifungal substances obtained by this process is useful for the control of certain pathogens.
(9-2) 저분자량의 (500∼1,000 정도) 항진균 활성물질 분석(9-2) Analysis of low molecular weight (about 500 ~ 1,000) antifungal active substance
KL1114, KL1326, KL1330, KL1143, KL1121 균주가 생산하는 항진균 활성물질을 상기 (9-1) 과정과 동일하게 분석하였다. 특히 KL1114 균주는 4 종류의 항진균 활성물질을 생산하는데, 이를 TLC, 역상 TLC, HPLC 등으로 확인하고 이들 중 비교적 분자량이 작은 물질을 대상으로 XAD-4, HP20, G-10 컬럼, TLC, 프렙 HPLC 등으로 다시 분리, 정제하여1H NMR, C-NMR, 질량 분석 스펙트럼 등을 수행하였다. 또한, FAB-MS 스펙트럼에서 m/z 531 {M+H}+의 분자 이온 피크 (molecular ion peak)가 관찰되어 분자량은 530 (KLMBF-①)으로 추정되고 있으며 이외의 다른 항진균 활성물질은 말디 MS 스펙트럼 (Maldi MS spectrum)에서 분자량이 1045 (KLMBF-②), 1058 (KLMBF-③), 1074 (KLMBF-④)로 나타났다. 특히 분자량이 530인 항진균 활성물질은 여태까지 전혀 데이터 베이스에 보고된 바 없는 새로운 화합물이다.The antifungal actives produced by the strains KL1114, KL1326, KL1330, KL1143, and KL1121 were analyzed in the same manner as in (9-1). In particular, the KL1114 strain produces four kinds of antifungal actives, which are identified by TLC, reverse phase TLC, HPLC, etc., and among them, XAD-4, HP20, G-10 columns, TLC, prep HPLC The mixture was separated and purified again, and subjected to 1 H NMR, C-NMR, and mass spectrometry. In addition, a molecular ion peak of m / z 531 {M + H} + was observed in the FAB-MS spectrum, and the molecular weight was estimated to be 530 (KLMBF-①). The molecular weights in the spectrum were 1045 (KLMBF-②), 1058 (KLMBF-③) and 1074 (KLMBF-④). In particular, antifungal actives with a molecular weight of 530 are new compounds that have not been reported in the database at all.
(9-3) 폴리펩타이드성 항진균 활성물질의 정제(9-3) Purification of Polypeptide Antifungal Active Substances
KL1114 균주의 배양 상등액을 (NH4)2SO470% 로 포화시키고 세파덱스 G-50 (50 by 2.5㎝) 컬럼으로 젤 침투 (gel filtration)를 실시한 다음 디스크 젤 전기영동, 젤 용출 시스템 (gel eluter system)과 로터퍼 시스템 (Rotoper system)을 이용하여 항진균 단백질을 분리, 정제하였다. 정제된 단백질을 PAGE 또는 배지상에서 분석한 결과, 분자량이 약 3kDa 및 5kDa인 항진균 활성 단백질을 확인하였다.The culture supernatant of the KL1114 strain was saturated with (NH 4 ) 2 SO 4 70%, gel filtration was performed on a Sephadex G-50 (50 by 2.5 cm) column, followed by disk gel electrophoresis and gel elution system (gel antifungal proteins were isolated and purified using the eluter system and the Rotoper system. Purified proteins were analyzed on PAGE or medium to identify antifungal active proteins having molecular weights of about 3 kDa and 5 kDa.
또한, 완전히 라이시스가 일어난 KL1114 균주의 배양 상등액을 PEG 로 침전시키고 세파덱스 G-100 (30 by 1.5㎝) 컬럼으로 젤 침투를 실시한 다음 상기와 같이 항진균 단백질을 분리, 정제하였다. 정제된 단백질을 SDS-PAGE 상에서 SDS 를 제거하고 항진균 활성을 분석한 결과, 분자량이 약 41kDa 인 항진균 활성 단백질을 확인하였다.In addition, the culture supernatant of KL1114 strain completely lysed was precipitated with PEG and gel permeation was performed on a Sephadex G-100 (30 by 1.5 cm) column, and the antifungal protein was isolated and purified as described above. Purified protein was removed from SDS on SDS-PAGE and analyzed for antifungal activity, and an antifungal active protein having a molecular weight of about 41 kDa was identified.
이외에도 KL1326 균주의 배양 상등액을 (NH4)2SO470% 로 포화시키고 세파덱스 G-50 (50 by 2.5㎝) 컬럼으로 젤 침투를 실시한 다음 상기와 같이 항진균 활성 단백질을 분리, 정제하여 분석한 결과, 분자량이 약 20kDa인 항진균 활성 단백질을 확인하였다.In addition, the culture supernatant of the KL1326 strain was saturated with (NH 4 ) 2 SO 4 70%, gel permeation was performed on a Sephadex G-50 (50 by 2.5 cm) column, and the antifungal active protein was isolated and purified as described above. As a result, an antifungal active protein having a molecular weight of about 20 kDa was identified.
(9-4) 폴리펩타이드성 항진균 활성물질의 구조 분석(9-4) Structural Analysis of Polypeptide Antifungal Active Substances
KL1114 와 KL1326 균주에서 항진균성 세포외 분비단백질 분획을 SDS-PAGE 젤로부터 분리하여 N-말단의 펩타이드 시퀀싱 (peptide sequencing)을 수행하였다. 다음 N-말단 아미노산 서열로 BLAST 분석을 수행한 결과, KL1114 균주의 약 3kDa 단백질은Nicotiana,Solanum등에서 생성되는 오스모틴 유사단백질 (Osmotin-like protein, PR-5d)과Citrus의 염기성 키티나제/라이소자임 (basic chitanase/lysozyme) 등과 상동성을 나타내었다. 상기 3kDa 폴리펩타이드가 식물에서 기원되는 항진균활성 단백질인 오스모틴 (24 kDa)과 일부 도메인에서 상동성을 보이는 것은 처음 보고되는 주목할 만한 것이다.Antifungal extracellular secretion protein fractions from KL1114 and KL1326 strains were isolated from SDS-PAGE gels and peptide sequencing of the N-terminus was performed. As a result of BLAST analysis using the N-terminal amino acid sequence, about 3kDa protein of the KL1114 strain was an osmotin-like protein (PR-5d) produced by Nicotiana , Solanum, etc. and a basic chitinase / lysozyme of Citrus ( basic chitanase / lysozyme). It is remarkable to be reported for the first time that the 3kDa polypeptide shows homology in some domains with osmotin (24 kDa), an antifungal activity protein derived from plants.
또한 강력한 항진균 활성을 나타내는 KL1114 균주의 5kDa 단백질은 리보좀 단백질과 상동성을 나타내는데, 이는 리보좀 단백질이 종양 억제 활성 (tumor suppressor activity)를 증가시키는 생물학적 기능을 고려할 때 의미가 있고, 한편 KL1114 균주의 41kDa 단백질의 N-말단은 플라젤린 (flagellin)의 N-말단과 상동성이 있고, KL1326 균주의 20kDa 단백질의 N-말단은Pseudomonas syringae의 주요 분비단백질인 오토라이신 (autolysin) 또는 DNase 인 것으로 밝혀졌다. 이와 같이3kDa, 5kDa, 41kDa, 20kDa 폴리펩타이드는 현재까지 보고된 바 없는 새로운 세균 유래의 항진균 활성 단백질이다.In addition, the 5kDa protein of KL1114 strain exhibiting strong antifungal activity is homologous to ribosomal protein, which is meaningful when considering the biological function of ribosomal protein to increase tumor suppressor activity, while 41kDa protein of KL1114 strain The N-terminus of was found to be homologous to the N-terminus of flagellin, and the N-terminus of the 20kDa protein of the KL1326 strain was found to be autolysin or DNase, a major secreted protein of Pseudomonas syringae . As such, the 3kDa, 5kDa, 41kDa, 20kDa polypeptides are new bacterially derived antifungal active proteins that have not been reported to date.
<실험예 1> 미생물 농약의 안정성 및 성능 조사Experimental Example 1 Investigation of Stability and Performance of Microbial Pesticides
(1-1) 미생물 농약의 안정성(1-1) Stability of Microbial Pesticides
미생물 농약은 약효 수명이 최소한 1∼2년 정도 유지되는 것이 중요하므로상기 미생물 농약을 0개월, 3개월, 6개월, 9개월, 12개월을 방치한 다음 회생되는 살아있는 미생물 수를 조사하였다. 구체적으로 농축된 항진균 활성 세균을 실험 구간을 설정하여 각각의 시료를 NA 평판배지 상에 도말한 다음 30℃에서 24시간 배양하고, 처음에 넣어준 미생물 수와 회생된 미생물 수를 비교하여 안정성을 측정하였다. 그 결과, 대조군에 비하여 피막화되어 건조된 농약은 균주에 따라 다소 차이는 있지만 12개월 저장기간 동안 아무런 변화없이 안정하였다.It is important that the microbial pesticides have a medicinal life of at least 1 to 2 years, so that the number of living microorganisms regenerated after leaving the microbial pesticides for 0 months, 3 months, 6 months, 9 months, and 12 months. Specifically, the concentration of the antifungal active bacteria was set in the experimental section, each sample was plated on a NA plate medium and incubated at 30 ° C for 24 hours, and the stability was measured by comparing the number of microorganisms initially put and the number of regenerated microorganisms. It was. As a result, compared with the control group, the encapsulated and dried pesticides were stable without any change during the 12-month storage period, although somewhat different depending on the strain.
회생된 항진균 활성 세균의 항진균 활성을 분석하기 위하여, 회생된 AF+세균을 임의로 50개씩 선별하여 AF 실험을 수행한 결과, 모두 AF+길항성을 보유하고 있어 회생된 균주들은 모두 생물학적인 항진균 활성을 그대로 유지함을 확인하였다.In order to analyze the antifungal activity of the regenerated antifungal active bacteria, AF experiments were carried out by randomly selecting 50 regenerated AF + bacteria, and all of them possess AF + antagonism. It was confirmed to remain as it is.
(1-2) 피막화된 미생물 농약 내에서 항진균 활성 세균의 엽면, 토양생존률 조사(1-2) Leaf Surface and Soil Viability of Antifungal Active Bacteria in Encapsulated Microbial Pesticides
KL1114, 1121, 1179, KLP21 등 4가지 균주에 대하여 오이엽면, 오이근권토양, 일반토양에서 1주후, 2주후의 생존률을 조사한 결과, KLP21 (50% 정도 감소)를 제외하고 모든 균주들이 초기의 생존률에 비하여 오히려 2∼20배까지 증가하였다.Survival rates of four strains including KL1114, 1121, 1179, and KLP21 were examined after 1 week and 2 weeks in cucumber lobe, cucumber root soil, and general soil. Rather, it increased by 2 to 20 times.
(1-3) 미생물 농약의 살포 활성 조사(1-3) Spray activity investigation of microorganism pesticide
KL1114, KL1121, KL1143, KL1326, KL1179, KLP21 균주를 피막화시켜 살포한 경우 KL1114 (Tech) 시제품 (5,000ppm, 107cfu/㎖)은 대조약제 플루아지아남(Fluazianam, 200ppm)에 비하여 오이잿빛곰팡이에 대한 방제 효과가 오히려 높았다(KL1114 (Tech): 83%, Fluazianam: 74%).In case of spraying KL1114, KL1121, KL1143, KL1326, KL1179, and KLP21 strains, KL1114 (Tech) prototype (5,000ppm, 10 7 cfu / ml) was compared to the control agent Fluazianam (200ppm). The control effect was rather high (KL1114 (Tech): 83%, Fluazianam: 74%).
(1-4) 미생물 농약의 코팅종자 발아율 조사(1-4) Investigation of germination rate of coated seed of microbial pesticide
6가지 미생물 농약 (KL1114, 1121, 1179, KLP21, 1143, 1326)을 각각 피막화시켜 오이, 토마토, 고추의 종자들 100개씩을 대상으로 코팅하였을 때, 코팅 종자의 발아율은 무처리구와 차이가 없거나 오히려 증가하는 효과가 나타났다.When six microbial pesticides (KL1114, 1121, 1179, KLP21, 1143, 1326) were coated and coated on 100 seeds of cucumber, tomato, and pepper, respectively, the germination rate of the coated seeds was no different from that of the untreated group. An increasing effect was seen.
(1-5) 미생물 농약의 UV 저항성 조사(1-5) UV Resistance of Microbial Pesticides
햇볕에 5시간 노출시킨 KL1114 균주는 단순히 증량제만 배합하여도 생존률은 감소되지 않았다. 그러나 KL1114 균주는 증량제, MPS, UV 차단제, 미역가루, 야채가루, 영양분 등을 적절히 배합하여 제제화하는 경우 생존 균체수가 약간 증가하였다.The KL1114 strain exposed to the sun for 5 hours did not reduce the survival rate by simply adding an extender. However, KL1114 strain slightly increased the number of viable cells when formulated with an appropriate combination of extender, MPS, UV blocker, wakame powder, vegetable powder, nutrients.
(1-6) 환경 보전 및 정화 능력(1-6) Environmental Conservation and Purification Ability
항진균 활성 세균이 생물 폐자원을 이용하여 고부가가치의 미생물 농약 제제 및 항진균제 생산은 물론이고, 환경정화능력이 있는지 여부를 가리기 위해 세포외효소의 활성을 액체 상태와 고체배지 상태로 나누어 조사하였다. 그 결과, 16종의 항진균 활성 세균 모두 유기물 분해능력이 뛰어났다. 특히 KL1114 균주는 글루칸, 전분, 단백질, 셀룰로오즈, 리그닌 분해능력이 다른 균주에 비하여 3배 이상 높았고, KL1105, 1326 균주는 키틴분해능과 지질분해능이 매우 강하였다.Antifungal Activity The activity of extracellular enzymes in liquid and solid media was investigated to determine whether the bacteria use biological waste resources to produce high value-added microbial pesticides and antifungal agents, as well as whether they are environmentally clean. As a result, all 16 antifungal active bacteria were excellent in degrading organic matter. In particular, KL1114 strain was more than three times higher than other strains of glucan, starch, protein, cellulose, and lignin. KL1105 and 1326 strains were very strong in chitin and lipid degradation.
(1-7) 농약 내성 및 분해능(1-7) Pesticide Resistance and Resolution
항진균 활성 세균의 농약에 대한 저항성을 분석하기 위하여 NA 배지에 23종의 농약, 살균제로는 베노밀 (Benomyl), 플루실라졸 (Flusilazole), 테부코나졸 (Tebuconazole), 옥사디실 (Oxadixyl), 에디펜포스 (Edifenphos), 트리사이클라졸 (Tricyclazole), 만코젭 (Mancozeb), 클로로타로닐 (Chlorothalonil), 디클로프루아니드 (Dichlofluanide), 펜사이쿠론 (Pencycuron), 아족시스트로빈 (Azoxystrobin), 수산화구리 (Copper hydroxide), 이소프로티오란 (Isoprothiorane), 이프로벤포스 (Iprobenphos), 살충제로는 클로르페나피르 (Chlorfenapyr), 이미다클로프리드 (Imidacloprid), 카보퓨란 (Carbofuran), 펜파이옥시메이트 (Fenpyroximate), 클로르피리포스 (Chlorpyrifos), BPMC, 디아지논 (Diazinon), 제초제로는 부타클로르 (Butachlor), 글리포세이트 (Glyphosate)를 각각 첨가하여 30℃에서 2일간 배양하여 성장 여부를 관찰하였다.In order to analyze the resistance of the antifungal active bacteria to pesticides, 23 kinds of pesticides were used in NA medium, and bactericides include benomyl, flusilazole, tebuconazole, oxadixyl and edifene. Edifenphos, Tricyclazole, Mancozeb, Chlorothalonil, Dichlofluanide, Pencycuron, Azoxystrobin, Copper Hydroxide (Copper hydroxide), Isoprothiorane, Iprobenphos, Insecticides include Chlorfenapyr, Imidacloprid, Carbofuran, Fenpyroximate, Chlorpyrifos, BPMC, Diazinon, and herbicides were added butachlor and Glyphosate, respectively, and cultured at 30 ° C. for 2 days to observe growth.
농약 분해능의 분석을 위해서는 탄소원으로 포도당 대신에 농약를 첨가한 GM63 액체 배지와, 유일한 인(P)원으로 농약를 첨가한 Glu-MOPS 액체 배지에 균주를 30℃에서 3일간 배양하여 성장 여부 및 분해능을 UV 스펙트럼과 TLC 방법 등으로 조사하였다. 대조군 (control)으로는 탄소원으로 포도당이 첨가된 GM63 액체 배지와 역시 원래의 인원인 인산을 첨가한 Glu-MOPS 0.1mM Pi 액체 배지에 균주를 배양하여 동일한 방법으로 조사하였다.For analysis of pesticide resolution, strains were cultured at 30 ° C for 3 days in GM63 liquid medium containing pesticide instead of glucose as a carbon source, and in Glu-MOPS liquid medium added with pesticide as the only phosphorus (P) source for UV growth and resolution. Spectra and TLC methods were used for the investigation. As a control, the strains were cultured in GM63 liquid medium containing glucose as a carbon source and Glu-MOPS 0.1 mM Pi liquid medium containing phosphoric acid, which was also the original phosphorus, in the same manner.
그 결과, 상기 항진균 활성 균주들은 대부분이 여러 종류의 농약에 대하여 저항성을 갖고 분해능은 균주별, 농약별로 차이를 나타내었다. 독성이 강하고 환경오염물질로 작용하는 대부분의 유기화학농약에 대하여 본 발명의 항진균 활성 세균이 저항성과 분해능을 가지고 있기 때문에 환경 보전 및 정화에 매우 유용한 환경친화적인 다기능적 미생물 제제 (농약)으로 이용될 수 있다.As a result, most of the antifungal active strains were resistant to various kinds of pesticides, and the resolution was different for each strain and pesticide. Since most of the organic chemical pesticides that are highly toxic and pollutants act as environmental pollutants, the antifungal active bacterium of the present invention has resistance and degradability, so it can be used as an environmentally friendly multifunctional microbial agent (pesticide) which is very useful for environmental conservation and purification. Can be.
<실험예 2> 항진균 활성 세균 및 항진균제의 독성 조사Experimental Example 2 Investigation of Toxicity of Antifungal Active Bacteria and Antifungal Agents
항진균 활성 세균 및 항진균 활성물질 (KL1114 균주의 분자량 3, 5, 41kDa 의 항진균성 폴리펩타이드, KL1326 균주의 20kDa 폴리펩타이드, 항진균 활성 세포벽분해효소) 그리고 시제품화한 미생물농약제제를 대상으로 세포독성실험, 피부자극실험 및 급성독성실험을 수행하였다. KL1114, KL1121, KL1179, KL1121, KL1143, KN1326 등의 항진균 세균들과 미생물 농약 시제품을 이용하여 모두 마우스를 대상으로 경구 투입에 의한 급성독성실험을 수행한 결과, 일반농약투입 기준보다 높은2,000mg/kg 을 투여하여도 전혀 독성을 나타내지 않을 뿐만 아니라 오히려 대조구에 비하여 체중이 증가하는 효과도 나타냈다.Cytotoxicity test on antifungal active bacteria and antifungal actives (molecular weight 3, 5, 41kDa of KL1114 strain, 20kDa polypeptide of KL1326 strain, antifungal active cell wall enzyme) and prototype microbial pesticides Skin irritation test and acute toxicity test were performed. Antifungal bacteria such as KL1114, KL1121, KL1179, KL1121, KL1143, and KN1326, and microbial pesticide prototypes were all used to test acute toxicity by oral administration in mice. Administration did not show any toxicity, but also showed the effect of increasing weight compared to the control.
<실험예 3> 온실 및 포장 활성실험Experimental Example 3 Greenhouse and Pavement Activity Experiment
경북 상주에 위치한 오이 비닐하우스 온실재배 농가에서 자연적으로 발생되는 오이 흰가루병, 노균병, 흑성병의 제어하기 위하여, 본 발명의 22개 균주를 희석하여 병징이 심하게 나타난 엽면에 1주일 간격으로 2회 직접 분무하여 길항능력을 시험하였다.In order to control cucumber powdery mildew, Downy mildew, and Black Star disease, which occur naturally in the cucumber greenhouse greenhouse farmhouse located in Sangju, Gyeongbuk, 22 strains of the present invention are diluted and sprayed twice a week directly on the leaf surface showing severe symptoms. Antagonism was tested.
그 결과, 길항균주 KL1136 은 흰가루병, 노균병, 흑성병의 병징 및 병반의 확산을 억제시키는 것이 관찰되었다. 또한 상기 길항균을 직접 식물에 접종할 경우 식물 병원성 진균의 생장이 저해되거나 발병이 억제되는가를 조사하기 위하여 온실에서 길항 미생물을 직접 처리한 결과 지속적인 방제 효과가 나타났다. 따라서, 길항 미생물로서 뛰어난 항진균 활성을 가지는 KL1114, KL1121, KL1367 균주를 2-3일간 NB 혹은 TSB 배지에 배양하고 원심분리하여 침전시킨 다음 멸균 증류수로 현탁하고 고추에 직접 병원균과 동시에 접종하여 발병 억제 작용 또는 병반 발달의 지연을 지속적으로 수행하는가를 조사하였다. 이들 균주는 고추 생산에 심각한 경제적 손실을 주는 고추 탄저병 (Anthracnose)균인Colletotrichum gloeosporioides의 병반 발생을 억제하였고, KL1143, KL1314, KL1321, KL1326, KL1330, KL1411 균주는 병원균과 동시에 처리하는 경우 병반 발생을 지연시키는 효과를 나타내었다. 또한 배양된 길항균의 배양여액을 부탄올로 추출하고 농축하여Colletotrichum gloeosporioides가 접종된 고추열매에 동시 처리한 결과 KL1114 와 KL1367 균주의 추출액이 지속적으로 강한 억제 효과를 나타내었다. 따라서 본 발명의 균주는 생물학적인 제어제 (biological controller)로서 역할을 잘 수행하는 것으로 판명되었다.As a result, it was observed that antagonistic strain KL1136 suppresses the symptoms of powdery mildew, mildew disease, and blackness disease and spread of lesions. In addition, the direct control of the antagonists in the greenhouse to investigate whether the growth of plant pathogenic fungi is inhibited or the onset of the antagonistic microorganisms in the greenhouse as a result of continuous control effect was shown. Therefore, KL1114, KL1121, and KL1367 strains having excellent antifungal activity as antagonistic microorganisms were cultured in NB or TSB medium for 2-3 days, centrifuged and precipitated, suspended in sterile distilled water, and inoculated simultaneously with pathogens in red pepper to inhibit their onset. In addition, it was investigated whether the delay of lesion development was continuously performed. These strains suppressed the incidence of Colletotrichum gloeosporioides, an Anthracnose bacterium that causes severe economic loss in pepper production. KL1143, KL1314, KL1321, KL1326, KL1330, and KL1411 strains delay the development of pathogens when treated simultaneously with pathogens. The effect was shown. In addition, the culture filtrate of cultured antagonists was extracted with butanol and concentrated and treated simultaneously with red pepper fruit inoculated with Colletotrichum gloeosporioides. The extracts of KL1114 and KL1367 strains showed strong inhibitory effect. Therefore, the strain of the present invention has been found to perform well as a biological controller.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 항진균 활성을 가지는 미생물은 항진균 활성에 더하여 유기물 분해능, 농약내성 및 농약 분해능을 지니고 있어 환경 보전 및 정화 작용이 있는 다기능적 농약제로서 환경친화형 토양개량제, 퇴비부숙제, 환경정화제 등에도 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 항진균성 화합물은 세균 유래의 폴리펩타이드로 판명되어 그 아미노산 서열을 결정하면 유전자의 클로닝 및 발현을 통하여 항진균 활성이 증진된 변형 폴리펩타이드도 제조될 수 있다. 또한, 본 발명의 진균 방제용 바이오 매트릭스는 우리나라에서 자생하는 미생물을 이용하여 경제적인 대체 효과가 크고 고성능을 가지므로 농업 인력도 획기적으로 줄일 수 있다.As described above, the present invention is a microorganism having antifungal activity, in addition to antifungal activity, has an organic decomposition ability, pesticide resistance and pesticide degradability, which is a multifunctional pesticide with environmental conservation and purification, environmentally friendly soil improving agent, and composting part. Can also be used for homework, environmental cleansing, etc. In addition, when the antifungal compound of the present invention is found to be a polypeptide derived from bacteria and the amino acid sequence is determined, modified polypeptides having enhanced antifungal activity through cloning and expression of genes may be prepared. In addition, the fungal control bio-matrix of the present invention using the microorganisms growing in Korea, economical replacement effect is large and has a high performance, it can also significantly reduce the agricultural workforce.
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