WO2023121329A1 - 식물병 저항성 증진용 조성물 - Google Patents

식물병 저항성 증진용 조성물 Download PDF

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WO2023121329A1
WO2023121329A1 PCT/KR2022/021041 KR2022021041W WO2023121329A1 WO 2023121329 A1 WO2023121329 A1 WO 2023121329A1 KR 2022021041 W KR2022021041 W KR 2022021041W WO 2023121329 A1 WO2023121329 A1 WO 2023121329A1
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WO
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composition
plant
plant disease
enhancing
disease
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/021041
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English (en)
French (fr)
Inventor
송근철
윤여홍
이미롱
손주연
Original Assignee
씨제이제일제당 (주)
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Filing date
Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N37/00—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing organic compounds containing a carbon atom having three bonds to hetero atoms with at the most two bonds to halogen, e.g. carboxylic acids
    • A01N37/44—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing organic compounds containing a carbon atom having three bonds to hetero atoms with at the most two bonds to halogen, e.g. carboxylic acids containing at least one carboxylic group or a thio analogue, or a derivative thereof, and a nitrogen atom attached to the same carbon skeleton by a single or double bond, this nitrogen atom not being a member of a derivative or of a thio analogue of a carboxylic group, e.g. amino-carboxylic acids
    • A01N37/46—N-acyl derivatives

Definitions

  • the present application relates to a composition for enhancing plant disease resistance containing amino acids, a method for enhancing plant disease resistance using the same, a method for preventing or treating plant diseases, a use for enhancing plant resistance, a use for preventing or treating plant diseases, a composition for controlling plants containing amino acids, It relates to a plant control method using the same, and a plant control use.
  • Plants have developed signal transduction systems that effectively respond to changes in the external environment. For example, when a plant is exposed to a pathogen, resistance-related genes are expressed and signal transduction systems can be activated as a resistance response.
  • jasmonic acid, ethylene, salicylic acid, and the like are known as plant hormones, which play a major role in transmitting disease resistance responses systemically from the infected site to the plant.
  • Salicylic acid and jasmonic acid, respectively either in the form derived from them or by themselves move in plants and induce systemic resistance reactions. By inducing such a systemic response, a resistance response is induced not only in the leaves invaded by the pathogen but also in the whole body of the plant that is not invaded.
  • BTH benzo(1,2,3)-thiadiazile-7-carbothioic acid S-methyl ester, benzothiadiazole
  • BTH benzo(1,2,3)-thiadiazile-7-carbothioic acid S-methyl ester, benzothiadiazole
  • a serious problem was found that the growth of the plant was inhibited or the yield was significantly reduced during the BTH treatment.
  • this problem is known to be due to the lack of energy to be used for growth by excessively consuming plant energy by expressing many resistance genes in plants even in the absence of pathogens. Therefore, it is urgent to develop a substance that exhibits an effect similar to that of BTH that induces a resistance response in the whole body and does not inhibit plant growth.
  • the problem to be solved by the present application is a composition for enhancing plant disease resistance containing amino acids, a method for enhancing plant disease resistance using the same, a method for preventing or treating plant diseases, a use for enhancing plant resistance, a use for preventing or treating plant diseases, a composition containing amino acids It is to provide a plant control composition, a plant control method using the same, and a plant control use.
  • One object of the present application is to provide a composition for enhancing plant disease resistance containing amino acids.
  • Another object of the present application is to provide a method for enhancing plant disease resistance using the composition for enhancing plant disease resistance.
  • Another object of the present application is to provide a method for preventing or treating plant diseases using the composition for enhancing resistance to plant diseases.
  • Another object of the present application is to provide a composition for controlling plants containing amino acids.
  • Another object of the present application is to provide a method for controlling plants using the composition for controlling plants.
  • Another object of the present application is to provide a use for enhancing plant disease resistance of the amino acid or the composition for enhancing plant disease resistance.
  • Another object of the present application is to provide a plant control use of the amino acid or the plant control composition.
  • Another object of the present application is to provide an amino acid, a composition for enhancing plant disease resistance, or a plant disease prevention or treatment use of the plant control composition.
  • 1 is a diagram showing the results of verification of induced resistance of 10 amino acids in a model plant (Arabidopsis thaliana).
  • Figure 2 is a diagram showing the results of deriving the concentration of valine with the best induction resistance in model plants.
  • Figure 3 is a diagram showing the reduction of pathogens as the model plant is treated with valine, proline, and isoleucine.
  • Figure 4 is a view showing the expression level of disease resistance genes according to the treatment of valine, proline, and isoleucine in model plants.
  • Figure 5 is a diagram confirming the control effect according to valine and isoleucine treatment in soybeans, cucumbers, lettuce, rice, tomatoes, wheat, barley, and peppers.
  • Figure 6 is a diagram confirming the control effect according to valine, proline, and isoleucine treatment in soybeans, cucumbers, and lettuce.
  • FIG. 7 is a diagram showing the result of reactivation test through a hyperspectral camera.
  • FIG. 8 is a diagram showing the results of assaying the growth promoting ability of valine.
  • composition for enhancing plant disease resistance comprising an amino acid.
  • the amino acid is at least one selected from the group consisting of branched chain amino acids, proline, glutamic acid, aspartic acid, and histidine, and the plant disease is spot disease, soft rot (Bacterial soft rot), plague (Phytophthora stem and root rot), bacterial leaf blight, and rice blast.
  • branched chain amino acid means an amino acid having a branched alkyl group in a side chain, and includes valine, leucine and isoleucine.
  • the branched chain amino acid may be an L-branched chain amino acid, and the L-branched chain amino acid may be at least one selected from L-valine, L-leucine and L-isoleucine, but is not limited thereto. no.
  • the proline may be L-proline
  • the glutamic acid may be L-glutamic acid
  • the aspartic acid may be L-glutamic acid
  • histidine may be L-histidine, but is not limited thereto.
  • the amino acid of the present application is 0.0001 to 10%, 0.0001 to 5%, 0.0001 to 1%, 0.005 to 10%, 0.005 to 1%, 0.005 to 0.5%, 0.001 to 10%, 0.001 to 1%, 0.001 to 0.5%, 0.01 to 10%, 0.01 to 1%, 0.01 to 0.5%, 0.05 to 10%, 0.05 to 1%, 0.05 to 0.5%, It may be treated with plants at a concentration of 0.1 to 10%, 0.1 to 1%, or 0.1 to 0.5% (w/w), but is not limited thereto.
  • the present application has technical significance in identifying that amino acids, specifically branched-chain amino acids, proline, glutamic acid, aspartic acid, and histidine are used to enhance plant disease resistance or to control plants.
  • plant disease means a disease that occurs in plants, and refers to an abnormality in the original form and physiological function.
  • the cause of the disease may be caused by disease caused by pathogens, nutrient deficiency in the soil, weather conditions, toxic gases, and the like.
  • the pathogen may be a fungal pathogen or a bacterial pathogen, but is not limited thereto.
  • the plant disease of the present application is in the group consisting of leaf spot, soft rot, blight (Phytophthora stem and root rot), bacterial leaf blight, and rice blast. more than one selected one.
  • spot means a disease in which large and small spots (spots or specks) occur on plant stems or fruits or leaves.
  • the spots may be black, light brown, or brown.
  • the spot disease may occur in fruits and vegetables, but may occur without being limited to the type of plant.
  • the spot disease may be caused by several species of fungi or bacteria, and live parasitic pathogens, specifically Pseudomonas ( Pseudomonas ) genus microorganisms, more specifically Pseudomonas syringae Pv tomato ( Pseudomonas syringae pv. tomato ), more specifically Pseudomonas It may be caused by Syringae Pv Tomato DC3000 ( Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000), but is not limited thereto.
  • Bacterial soft rot means a disease in which plant tissue is eroded and smells bad and rots and becomes brittle. In particular, it appears a lot in succulent vegetables such as lettuce and Chinese cabbage, and also appears in tomatoes, sweet potatoes, and potatoes, so it can occur without being limited to the type of plant.
  • the soft rot may be caused by a parasitic pathogen, specifically , Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum , but is not limited thereto.
  • Plants in the vigorous growth period are atrophied, lower leaves appear reddish brown, and young leaves are withered and show various colors. If the infection is not severe, the external symptoms are often unclear, the fruit of the diseased plant is small, and the creeping gland may be poor.
  • the plague may occur in fruits and vegetables, but may occur in plants without being limited to the type.
  • the plague is caused by a pathogen that is a fungus of the genus Phytophthora belonging to the Pythiaceae family of flagella fungi, and may be caused by, specifically , Phytophthora sojae . Not limited.
  • Bacterial leaf blight means a disease in which the leaf blight appears as a spot pattern and turns brown.
  • Disease patterns may be formed on leaves, stems, pods, petioles, and cotyledons. It is not limited to the type of plant such as beans, mung beans, or fruits and vegetables, and can develop.
  • the spot disease may be caused by a microorganism of the genus Pseudomonas, specifically , Pseudomonas syringae pv. lachrymans , but is not limited thereto.
  • Root blast is the most important disease of cereals, especially rice, and can occur in all parts of cereals. It forms lesions on the ground parts such as leaves, ears, spike branches, nodes, and rice grains, but leaf, ear, and ear blast blast is the most common. It is infected by conidia and is characterized by spreading irregular red, grayish, black, and/or brown spots on the leaves and browning and drying of the entire leaf. Ear tree or spike branch dries to a light brown color, and if there is a lot of moisture, gray mold grows on the surface. A dark brown disease pattern is formed on the node, and it is easily broken, and when it is humid, the surface can be covered with gray mold. The spotted disease may be caused by a microorganism of the genus Magnaporthe , specifically Magnaporthe oryzae , but is not limited thereto.
  • the plant disease is Pseudomonas syringae Pv tomato ( Pseudomonas syringae pv. tomato ) , Pectobacterium carotovorum subspecies Carotovorum ( Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum ) , Phytophthora sojae , Pseudomonas syringae Pv Lachrymans ( Pseudomonas syringae pv. lachrymans ) , and Magna Forte Oryza ( Magnaporthe oryzae ) It may be caused by any one or more bacteria selected from the group consisting of, but is not limited thereto.
  • the plant disease is a spot disease caused by Pseudomonas syringae pv.tomato, a soft rot caused by Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum , Soybean blight caused by Phytophthora sojae , Cucumber bacterial spot caused by Pseudomonas syringae pv . It may be at least one selected from the group consisting of lettuce soft rot caused by Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum and rice blast caused by Magnaporthe oryzae , but is not limited thereto.
  • the plant disease can be invented regardless of the type of plant, but in one embodiment, the plant may be selected from the group consisting of legumes, fruits and vegetables, leafy vegetables, and grains.
  • legumes means legumes (Fabaceae) used as food or feed.
  • Fabaceae legumes
  • soybean, stone bean, kidney bean, seoritae, pea, red bean, peanut, and copper may be included therein.
  • the legumes may be soybeans, but are not limited thereto.
  • fruit and vegetable means a vegetable for the purpose of using fruit based on the use part of the vegetable.
  • peppers, cucumbers, tomatoes, watermelons, strawberries, and melons may be included therein.
  • the fruit and vegetable may be pepper, cucumber, or tomato, but is not limited thereto.
  • leaf vegetable means a vegetable for the purpose of using the leaf based on the use part of the vegetable.
  • cabbage, lettuce, sesame leaves, and spinach may be included therein.
  • the leafy vegetables may be Chinese cabbage or lettuce, but is not limited thereto.
  • cereal means a cultivated plant of the herbaceous family whose seeds are used for food.
  • rice, wheat, barley, and corn may be included therein.
  • the grain may be rice, wheat, or barley, but is not limited thereto.
  • plant disease resistance means a property that prevents invasion of pathogens, a property that prevents plant diseases from developing, and/or a property that does not cause disease even when there is an invasion of pathogens.
  • the amino acid of the present application may prevent or treat plant pathogen infection, and may induce systemic resistance in plants, but is not limited thereto.
  • the amino acid of the present application may enhance plant disease resistance and at the same time not inhibit plant growth, but is not limited thereto.
  • a substance that induces plant resistance not only pathogens but also derivatives that induce various resistance reactions are known, some of which (for example, benzo(1,2,3)-thiadiazole-7-carbothioic acid S -methyl ester, benzothiadiazole; BTH) has serious side effects such as inhibiting plant growth or significantly reducing yield.
  • the amino acids of the present application do not inhibit plant growth, but rather can promote plant growth.
  • composition for enhancing plant disease resistance of the present application may include without limitation any formulations or products necessary to enhance plant disease resistance, such as pesticide formulations, fertilizers, and control agents.
  • the term "pesticide” means a drug used for the protection and growth of crops. Specifically, agents used to control diseases, pests, weeds, germs, nematodes, mites, etc. that occur during cultivation and storage of crops, as well as growth regulators for use in enhancing or inhibiting the physiological function of crops, enhancing medicinal effects All supplements may be included.
  • fertilizer also called manure, means a nutrient that fertilizes land and promotes the growth of vegetation.
  • the fertilizer containing the composition of the present application can be conveniently used by mixing with soil before sowing, and can be applied together when spraying pesticides.
  • composition for enhancing plant disease resistance of the present application may further include substances that are commonly used for enhancing disease resistance, and in addition to the above amino acids, pharmaceutically acceptable solid carriers, liquid carriers, liquid diluents, liquefied A gaseous diluent, a solid diluent, or other adjuvants such as surfactants such as emulsifiers, dispersants, or foaming agents may be further included.
  • composition for enhancing plant disease resistance of the present application may be formulated into an agricultural composition by mixing the active ingredient and the excipient, and all methods commonly used in the art may be applied as a method of formulating an agricultural composition.
  • composition for enhancing plant disease resistance of the present application may be provided in the form of a wet agent, granule, powder, emulsion, spray, smoke, capsule, and gel, and for buoyancy of the composition, contact of a donut-type formulation Zero may be provided, but is not limited thereto.
  • the composition of the present application is a composition for enhancing plant disease resistance or a composition for controlling plant disease containing valine, wherein the plant disease is spot disease, soft rot (Bacterial soft rot), late blight (Phytophthora root rot), bacterial spot disease ( Bacterial leaf blight), and may be any one or more selected from the group consisting of rice blast, but is not limited thereto.
  • the composition of the present application is a composition for promoting plant disease resistance or a composition for controlling plant disease containing isoleucine, wherein the plant disease is spot disease, soft rot (Bacterial soft rot), late blight (Phytophthora root rot), bacterial spot disease ( Bacterial leaf blight), and may be any one or more selected from the group consisting of rice blast, but is not limited thereto.
  • the composition of the present application may be a composition for enhancing spot disease or soft rot (Bacterial soft rot) resistance containing leucine or a composition for controlling plants, but is not limited thereto.
  • the composition of the present application may be a composition for enhancing spot disease or soft rot (Bacterial soft rot) resistance containing proline or a composition for controlling plants, but is not limited thereto.
  • the composition of the present application may be a composition for enhancing spot disease resistance or a composition for controlling plants containing at least one selected from the group consisting of glutamic acid, aspartic acid, and histidine, but is not limited thereto.
  • Another aspect of the present application provides a method for enhancing plant disease resistance, comprising the step of treating plants with a composition for enhancing plant disease resistance containing amino acids.
  • the plant disease resistance enhancing method may also promote plant growth, but is not limited thereto.
  • the amino acid, plant disease, plant disease resistance, and a composition for enhancing plant disease resistance are as described in another embodiment.
  • the plant body includes all without limitation to plant parts and plant types such as roots, stems, leaves, or combinations thereof.
  • the plant may be a plant subject at risk of being infected with a plant disease or infected with a pathogen, but is not limited thereto.
  • Treatment of the composition for enhancing plant disease resistance may be performed by spraying, injecting, injecting, mixing, or mixing the composition into the plant, but the inside or outside of the plant is directly or indirectly with the composition. If contact is possible, it is not limited to this.
  • the treatment may be performed at the same time or at the same time as the pathogen invades the plant, and may be performed before or after the pathogen invades the plant, but is not limited thereto.
  • composition for enhancing plant disease resistance may be treated once or twice or more, but is not limited thereto.
  • treatment may be performed at intervals of 3 days to 15 days, 3 days to 10 days, 3 days to 7 days, 4 days to 7 days, 5 days to 7 days, or 6 days, but is not limited thereto.
  • the composition for enhancing plant disease resistance may be a primary treatment 7 days before pathogen invasion and a secondary treatment 1 day before, but is not limited thereto.
  • the plant may be any one or more selected from the group consisting of legumes, fruits and vegetables, leafy vegetables, and grains, but is not limited thereto.
  • the legumes, fruits and vegetables, leafy vegetables, and grains are as described in another embodiment.
  • Another aspect of the present application provides a method for preventing or treating plant diseases, comprising the step of treating plants with a composition for enhancing plant disease resistance containing amino acids.
  • amino acid, plant disease, plant disease resistance, composition for enhancing plant disease resistance, treatment with a composition for enhancing plant disease resistance, and plants are as described in other embodiments.
  • treatment means any action that improves or benefits the symptoms of a plant disease.
  • treatment may include all actions to prevent infection of plant disease pathogens or recurrence of plant diseases, alleviate symptoms, reduce the rate of progression, alleviate the disease state, temporarily or continuously alleviate the disease state, remission, or improve the prognosis.
  • Another aspect of the present application provides a composition for controlling plants containing an amino acid.
  • the amino acid is at least one selected from the group consisting of branched chain amino acids, proline, glutamic acid, aspartic acid, and histidine, and the plant disease is spot disease, soft rot (Bacterial soft rot), late blight (Phytophthora root rot), bacterial spot disease (Bacterial leaf blight), and a blast (Rice blast), and any one or more selected from the group consisting of, it provides a composition for controlling plants.
  • control means preventing plants such as crops from damage from pests, removing pathogens generated, or preventing the spread of pathogens.
  • the control is a series of actions to reduce harm caused by pests, and may include a physical (mechanical) control method, an agricultural control method, a chemical control method, a biological control method, and an environmentally friendly control method, but is not limited thereto.
  • the control is not only chemical control using fungicides or insecticides that are toxic to pests, but also a method of creating an inappropriate environment for pathogens by using cultivation of resistant plants, rotation, etc., heat treatment of plants or steam treatment of soil to remove pathogens. It includes a method of removing pests, a method of attracting and killing pests using attractants or sex pheromones, and the like.
  • composition for controlling plants of the present application may include without limitation any formulations or products necessary for controlling plants, such as pesticide formulations, fertilizers, and control agents.
  • composition for controlling plants of the present application may further include materials commonly used for control, and in addition to the above amino acids, pharmaceutically acceptable solid carriers, liquid carriers, liquid diluents, liquefied gas diluents, solid A surfactant such as a diluent or other auxiliary agent such as an emulsifier, a dispersing agent or a foaming agent may be further included.
  • composition for controlling plants of the present application may be formulated into an agricultural composition by mixing the active ingredient and the excipient, and all methods commonly used in the art may be applied as a method of formulating an agricultural composition.
  • composition for controlling plants of the present application may be provided in the form of a wet agent, granule, powder, emulsion, spray, smoke, capsule, and gel, and provided as a contact agent of a donut-type formulation for buoyancy of the composition It can be.
  • Another aspect of the present application provides a plant control method comprising the step of treating plants with a plant control composition containing amino acids.
  • the plant control method may also promote the growth of plants.
  • amino acids, plants, plants, plant diseases, control, and compositions for controlling plants are as described in other embodiments.
  • Treatment of the plant control composition may be performed by spraying, injecting, injecting, mixing, or mixing the composition to the plant, but is limited to this if the inside or outside of the plant can come into contact with the composition. It doesn't work.
  • the treatment may be performed at the same time or at the same time as the pathogen invades the plant, and may be performed before or after the pathogen invades the plant, but is not limited thereto.
  • composition for controlling plants may be treated once or twice or more, but is not limited thereto.
  • treatment may be performed at intervals of 3 days to 15 days, 3 days to 10 days, 3 days to 7 days, 4 days to 7 days, 5 days to 7 days, or 6 days, but is not limited thereto.
  • Another aspect of the present application is the use of enhancing plant disease resistance of an amino acid or a composition comprising the same; plant control uses; And to provide plant disease prevention or treatment use.
  • amino acid, plant disease, plant disease resistance, control, prevention, and treatment, etc. are as described in other embodiments.
  • Arabidopsis seeds were sterilized by immersion in 3% sodium hypochlorite (NaOCl) for 5 minutes. Thereafter, they were rinsed 5 times with sterilized water and seeded in 1/2 Murashige and Skoog (MS) medium (0.6% agar, 1.5% sucrose, pH 5.8). When the seeds germinated after 3 days, the germinated seeds were transferred to a plate (Falcon, USA) by 6 pieces and cultured in a plant incubator (12 hours light condition and 23° C. temperature condition).
  • NaOCl sodium hypochlorite
  • Pst pathogens were cultured at 30° C. for 48 hours on King's B (KB) solid medium before treatment.
  • disease severity was observed after 7 days of pathogen treatment, and the severity of each leaf was measured on a scale of 0 to 5 according to the following criteria, and the average value was obtained;
  • Pcc pathogens were cultured at 30° C. for 48 hours in Luria-Bertani broth (LB) solid medium before treatment.
  • LB Luria-Bertani broth
  • the disease severity of each leaf was observed after 24 hours and 48 hours after the pathogen treatment, respectively, and the disease severity was measured on a scale of 0 to 5 according to the following criteria, and then the average value was obtained;
  • Amino acids exhibiting an induction resistance effect on the disease were selected as statistically significant compared to the water treatment control group.
  • valine maintained disease resistance even after 48 hours of treatment with Pcc disease.
  • valine, proline, isoleucine, and leucine induce induction resistance to both the parasitic pathogen Pst and the parasitic pathogen Pcc in plants.
  • Example 1 the effect of inducing induction of inductive resistance was confirmed again using valine, which showed the most excellent inductive resistance to Pcc and Pst.
  • Valine was used at concentrations of 0.5, 0.1, 0.05, 0.01, 0.005 and 0.001%, and Pst was used as the pathogen. All other methods are the same as those of Example 1.
  • the 1mM BTH-treated group known as an induction-resistant substance, showed an incidence of 3.7, confirming that the 0.5% and 0.1% valine-treated groups had better disease resistance than the BTH-treated group (FIG. 2).
  • proline and branched chain amino acids BCAA
  • valine and isoleucine were used to verify whether induction of induced resistance reduces the number of pathogens.
  • plants were prepared in the same manner as in Example 1, and amino acids (selected valine 0.1%, isoleucine 0.1%, and proline 0.1%, which were confirmed to have an induction resistance effect at low concentrations in Example 2) and pathogens were treated. .
  • the number of pathogens was measured by putting the parts except the root of Arabidopsis thaliana in an e-tube containing beads, grinding them, and then examining the pathogens contained in the juice.
  • Arabidopsis thaliana containing a disease resistance marker gene Arabidopsis thaliana containing a disease resistance marker gene, PR (Pathogenesis-related protein) 1a promoter GUS fusion construct (Denoux et al. , Molecular Plant, Volume 1, Number 3, pages 423-445, May 2008) was used.
  • Arabidopsis plants were prepared in the same manner as in Example 1, and 50 ⁇ l of valine, 50 ⁇ l of isoleucine, and 50 ⁇ l of proline were respectively treated with Arabidopsis thaliana roots. After one week of treatment, expression of PR1a, a resistance marker gene, was observed through GUS ( ⁇ -glucuronidase; GUS reporter) activity.
  • Seeds of 8 crops were sterilized by soaking in 3% sodium hypochlorite (NaOCl) for 5 minutes each. After that, it was rinsed 5 times using sterilized water, then seeded in a pot containing soil, and cultured in a plant incubator (12 hours light conditions and 23 ° C temperature conditions). After growing in a pot for 3 weeks in a plant incubator (12-hour light culture, 26° C. vision), 5 ml of each amino acid at a concentration of 0.1% was sprayed. After one day of amino acid treatment, the control value was calculated after inoculating the pathogen as follows.
  • pathogens of a total of eight crops were tested, and the target pathogens are as follows; Soybean blight ( Phytophthora sojae ), cucumber bacterial spot ( Pseudomonas syringae pv. lachrymans ), lettuce soft rot ( Pectobacterium carotovorum pv.
  • the lettuce bacterial soft rot pathogen, Pectobacterium carotovorum pv. carotovora strain was cultured in LB (Luria-Bertani broth) solid medium for 48 hours at 28 °C.
  • the inoculated lettuce was incubated in a constant temperature and humidity room at 26 °C for 1 day, and then the lesion area (%) was examined.
  • Rice blast was inoculated with the pathogen Magnaporthe oryzae KI-1113a on rice bran agar; And spores formed by culturing for 2 weeks in an incubator at 25 °C were harvested with sterile distilled water to prepare a spore suspension (5.0X10 5 spores/ml).
  • the rice inoculated by spraying at 5 ml per plant was left in the dark for 24 hours in a wet room, and then incubated for 4 days in a constant temperature and humidity room with a relative humidity of 80% and a temperature of 25 °C, and then the diseased area (%) was examined.
  • Tomato gray mold (TGM) is inoculated with the pathogen Botrytis cinerea on potato agar; And spores formed by culturing in a 20 °C incubator (dark state) were used as inoculum.
  • spores were harvested and the spore concentration was 5.0X10 5 spores/ml using a hemocytometer, and then the samples were spray-inoculated into the treated tomato seedlings (2-3 leaf stages).
  • the inoculated tomato seedlings were left in a humid room at 20 ° C (relative humidity of 95% or more) and incubated for 3 days, and then the lesion area (%) was examined.
  • Tomato blight is caused by inoculation of the pathogen Phytophthora infestans strain into oatmeal medium; And cultured in an incubator at 20 ° C. to form zoosporangia.
  • the formed zoosporangia were harvested by adding sterile distilled water, and a spore suspension having a spore concentration of 2.0X10 4 sporangia/ml was prepared.
  • Zoospore suspension was prepared by treating these at a low temperature in a refrigerator to extract zoospore. This was spray-inoculated to the sample-treated tomato seedlings (2-3 leaf stage).
  • Tomato seedlings inoculated with pathogens were treated in a humid room at 20 ° C for 2 days and then incubated for 2 days in a constant temperature and humidity room, and then the lesion area (%) was examined.
  • urediniospores formed on wheat leaves were used as an inoculum during direct subculture.
  • 5 grains of wheat seeds ('Geumgangmil') were sowed in disposable pots (diameter: 4.5cm), and the samples were treated with seedlings in the first leaf stage grown for 8 days in a greenhouse, and 1 day later, the inoculum (spores 0.67g/L) was spray inoculated.
  • the inoculated wheat seedlings were treated in a humid room at 20 ° C for 1 day and then transferred to a constant temperature and humidity room at 20 ° C with a relative humidity of 70% to induce disease. Seven days after inoculation, the lesion area (%) was examined.
  • Barley powdery mildew (BPM) is caused by the pathogen Blumeria graminis f. sp. Since hordei is an active parasitic bacterium, spores formed on barley leaves were used as an inoculum while subcultured to barley seedlings. For the investigation of medicinal efficacy, 5 barley seeds ('Hanyeong barley') were sown in disposable pots (diameter: 4.5cm), sprayed on the seedlings of the first leaf stage grown for 8 days in the greenhouse, air-dried in the greenhouse, and Powdery mildew spores were shaken off and inoculated. The inoculated barley seedlings were placed in a constant temperature and humidity room at 20 ° C and a relative humidity of about 50%, and after 7 days of disease, the lesion area ratio (%) was examined.
  • Pepper anthracnose is caused by inoculation of the pathogen Colletotrichum coccodes on oatmeal media; And spores formed by culturing at 25 ° C. for 10 days were harvested, and a spore suspension was prepared by adjusting the spore concentration to 5X10 5 spores / ml. The prepared spore suspension was spray-inoculated on the treated pepper seedlings (3-4 leaf stage), left in a humid room (25 ° C) for 2 days, and then developed in a constant temperature and humidity room (25 ° C 80% RH). . After 3 days of inoculation, the lesion area (%) formed on the pepper leaves was investigated.
  • control value was calculated from the lesion area ratio investigated in the same way as a) to i) according to the following calculation formula.
  • control rates of the valine-treated and isoleucine-treated groups were 15% and 10% for soybean blight, 17% and 12% for cucumber bacterial spot, 13% and 8% for lettuce soft rot, and 13% and 8% for rice blast, respectively. were 13% and 16%.
  • Soybean blight, cucumber blight, lettuce soft rot, and rice blast were 10%, 9%, 10%, and 9%, respectively, in the BTH-treated group, which is an induction resistance-inducing substance, compared to the untreated group.
  • the control of tomato gray mold in the BTH treatment group was 20% compared to the untreated group.
  • the results of the first amino acid treatment 7 days before the pathogen treatment and the second treatment 1 day before the treatment are as follows.
  • valine treatment and isoleucine treatment were 1.1 and 2.3, respectively, compared to 4.1 in the water control group. Control values were calculated as 73% and 44%, respectively, compared to the untreated group. Valine induced a better disease control effect than that of the BTH-treated group with a control value of 46%, and it was confirmed that isoleucine had a similar control effect to that of the BTH-treated group (FIG. 6a).
  • valine and isoleucine In the case of cucumber bacterial spot disease, the incidence of valine and isoleucine was 2.7 and 3.6, respectively, compared to 4.4 in the water control group. Control values were calculated as 39% and 18%, respectively, compared to the untreated group. On the other hand, it was confirmed that the BTH treatment group inhibited not only disease susceptibility but also growth compared to the untreated group. Valine and isoleucine induce induced resistance against bacterial spot disease in cucumber, which has a disease control effect, and unlike the BTH-treated group, in which growth inhibition occurs when induced resistance is induced, there is no growth inhibition in the valine-treated group and the isoleucine-treated group. confirmed (Fig. 6b).
  • valine-treated group and isoleucine-treated group have better disease control effects than the BTH-treated group with 17% control (FIG. 6c).
  • the induced resistance to soybean blight was verified using a hyperspectral camera and a visible light band camera.
  • Plant preparation was performed in the same manner as in Example 6, and after 7 days of bottle treatment, hyperspectral photographs were taken by picking leaves from the same location in each treatment group.
  • the hyperspectral camera took images in the wavelength range of 400 to 1000 nm. The fact that normal leaves and diseased leaves have different wavelength bands and can be displayed in color was used. Even when it is difficult to distinguish the difference in incidence with the naked eye, it can be easily distinguished by using a hyperspectral camera.
  • NDVI Normalized Difference Vegetation Index
  • the average weight of the valine-treated group was 11 g, which was 2.4 g heavier than that of the untreated group (8.6 g).
  • the BTH-treated group exhibited growth inhibition at 7.3 g (FIG. 8a).
  • the average weight of the valine-treated group was 34 g, 3 g heavier than the untreated 31 g.
  • the BTH-treated group showed a growth inhibition phenomenon compared to the untreated group at 26 g (FIG. 8b).

Abstract

본 출원은 아미노산을 포함하는 식물병 저항성 증진용 조성물, 이를 이용한 식물병 저항성 증진 방법, 식물병 예방 또는 치료 방법, 식물 저항성 증진 용도, 식물병 예방 또는 치료 용도, 아미노산을 포함하는 식물 방제용 조성물, 이를 이용한 식물 방제 방법, 및 식물 방제 용도에 관한 것이다.

Description

식물병 저항성 증진용 조성물
본 출원은 아미노산을 포함하는 식물병 저항성 증진용 조성물, 이를 이용한 식물병 저항성 증진 방법, 식물병 예방 또는 치료 방법, 식물 저항성 증진 용도, 식물병 예방 또는 치료 용도, 아미노산을 포함하는 식물 방제용 조성물, 이를 이용한 식물 방제 방법, 및 식물 방제 용도에 관한 것이다.
식물은 외부 환경의 변화에 효과적으로 대응하는 신호전달체계를 발전시켜왔다. 예를 들어, 식물이 병원균에 노출되면 저항성 반응으로 저항성 관련 유전자가 발현되고 신호전달체계가 가동할 수 있다. 또한, 식물 호르몬으로 자스몬산(jasmonic acid), 에틸렌(ethylene) 및 살리실산(salicylic acid) 등이 알려져 있는데, 이들은 감염부위로부터 식물 전신적으로 병 저항성 반응(Induced resistance)을 전달하는데 주 역할을 한다. 살리실산과 자스몬산은 각각 그들로부터 파생된 형태나 그들 스스로 식물 안에서 이동하여 전신저항성반응을 유도한다. 이러한 전신반응 유도로 병원균이 침입한 잎뿐만 아니라 침입하지 않은 식물체 전신에서 저항성 반응이 유도된다.
관련하여, 병원균뿐 아니라 여러 가지 저항성 반응을 유도하는 유도체가 보고 되었다. 그 중에서 가장 강력한 효과를 나타내는 물질로 BTH (benzo(1,2,3)-thiadiazile-7-carbothioic acid S-methyl ester, benzothiadiazole)가 알려져 있다. 하지만, BTH 처리시 식물체의 생육이 억제되거나 수확량이 현저히 줄어드는 심각한 문제점이 발견되었다. 이러한 문제점은 이후 연구에 의하면, BTH는 병원균이 없어도 식물에 많은 저항성 유전자를 발현시킴으로써 식물의 에너지를 과다하게 소비하여 생장에 사용할 에너지의 부족 때문이라고 알려졌다. 따라서 전신에서 저항성 반응을 유도하는 BTH와 유사한 효과를 나타내며, 식물 생장 억제 현상이 없는 물질 개발이 시급하다.
또한, 일부 화합물을 함유하는 농원예용 살균살충제 등은 연구된 바 있으나(US 10123537 B2), 여전히 전신 저항성 반응을 유도하면서 식물 생장을 억제하지 않는 물질의 개발은 미미한 실정이다.
본 출원의 해결하고자 하는 과제는 아미노산을 포함하는 식물병 저항성 증진용 조성물, 이를 이용한 식물병 저항성 증진 방법, 식물병 예방 또는 치료 방법, 식물 저항성 증진 용도, 식물병 예방 또는 치료 용도, 아미노산을 포함하는 식물 방제용 조성물, 이를 이용한 식물 방제 방법, 및 식물 방제 용도를 제공하는 것이다.
본 출원의 하나의 목적은 아미노산을 포함하는 식물병 저항성 증진용 조성물을 제공하는 것이다.
본 출원의 다른 하나의 목적은 상기 식물병 저항성 증진용 조성물을 이용한 식물병 저항성 증진 방법을 제공하는 것이다.
본 출원의 또 다른 하나의 목적은 상기 식물병 저항성 증진용 조성물을 이용한 식물병 예방 또는 치료 방법을 제공하는 것이다.
본 출원의 또 다른 하나의 목적은 아미노산을 포함하는 식물 방제용 조성물을 제공하는 것이다.
본 출원의 또 다른 하나의 목적은 상기 식물 방제용 조성물을 이용한 식물 방제 방법을 제공하는 것이다.
본 출원의 또 다른 하나의 목적은 아미노산 또는 상기 식물병 저항성 증진용 조성물의 식물병 저항성 증진 용도를 제공하는 것이다.
본 출원의 또 다른 하나의 목적은 아미노산 또는 상기 식물 방제용 조성물의 식물 방제 용도를 제공하는 것이다.
본 출원의 또 다른 하나의 목적은 아미노산, 상기 식물병 저항성 증진용 조성물, 또는 상기 식물 방제용 조성물의 식물병 예방 또는 치료 용도를 제공하는 것이다.
아미노산을 이용하여 식물체의 병 저항성을 증진시키는 효과가 있다.
도 1은 모델식물(애기장대)에서 아미노산 10종의 유도 저항성 검증 결과를 나타낸 도이다.
도 2는 모델식물에서 유도 저항성이 가장 우수한 발린의 농도를 도출한 결과를 나타낸 도이다.
도 3은 모델식물에 발린, 프롤린, 및 이소류신을 처리함에 따라 병원균이 감소함을 나타낸 도이다.
도 4는 모델식물에의 발린, 프롤린, 및 이소류신 처리에 따른 병 저항성 유전자 발현 정도를 관찰한 도이다.
도 5는 대두, 오이, 상추, 벼, 토마토, 밀, 보리, 및 고추에서 발린 및 이소류신 처리에 따른 방제 효과를 확인한 도이다.
도 6은 대두, 오이, 및 상추에서 발린, 프롤린, 및 이소류신 처리에 따른 방제 효과를 확인한 도이다.
도 7은 초분광 카메라를 통한 유도저항성 검정 결과를 나타낸 도이다.
도 8은 발린의 생장 촉진 능력을 검정한 결과를 나타낸 도이다.
이하, 본 출원 내용에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 한편, 본 출원에서 개시한 일 양태의 설명 및 실시형태는 공통된 사항에 대하여 다른 양태의 설명 및 실시 형태에도 적용될 수 있다. 또한, 본 출원에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 출원의 범주에 속한다. 더불어, 하기 기술된 구체적인 서술에 의하여 본 출원의 범주가 제한된다고 볼 수 없다.
본 출원의 일 양태는 아미노산을 포함하는 식물병 저항성 증진용 조성물을 제공한다.
상기 아미노산(amino acid)은 분지쇄 아미노산, 프롤린, 글루탐산, 아스파르트산, 및 히스티딘으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상이고, 상기 식물병은 반점병, 무름병(Bacterial soft rot), 역병(Phytophthora stem and root rot), 세균성 점무늬병(Bacterial leaf blight), 및 도열병(Rice blast)으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것인, 식물병 저항성 증진용 조성물을 제공한다.
본 출원에서 "분지쇄 아미노산"은 곁사슬에 분지알킬기가 있는 아미노산을 의미하며, 발린, 류신 및 이소류신을 포함한다. 구체적으로, 본 출원에서 상기 분지쇄 아미노산은 L-분지쇄 아미노산일 수 있고, 상기 L-분지쇄 아미노산은 L-발린, L-류신 및 L-이소류신 중에서 선택되는 1 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 프롤린은 L-프롤린, 상기 글루탐산은 L-글루탐산, 상기 아스파르트산은 L-글루탐산, 및 히스티딘은 L-히스티딘일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현 예로, 본 출원의 아미노산은 전체 식물 병 저항성 증진용 조성물, 이의 희석물, 또는 농축물 대비 0.0001 내지 10%, 0.0001 내지 5%, 0.0001 내지 1%, 0.005 내지 10%, 0.005 내지 1%, 0.005 내지 0.5%, 0.001 내지 10%, 0.001 내지 1%, 0.001 내지 0.5%, 0.01 내지 10%, 0.01 내지 1%, 0.01 내지 0.5%, 0.05 내지 10%, 0.05 내지 1%, 0.05 내지 0.5%, 0.1 내지 10%, 0.1 내지 1%, 또는 0.1 내지 0.5%(w/w)의 농도로 식물에 처리되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 출원은 아미노산, 구체적으로 분지쇄 아미노산, 프롤린, 글루탐산, 아스파르트산, 및 히스티딘이 식물병 저항성 증진 또는 식물 방제 용도가 있음을 규명한 것에 기술적 의의가 있다.
본 출원에서, "식물병"이란, 식물에 일어나는 질병을 의미하며, 본래의 형태와 생리기능에 이상이 생기는 것을 말한다. 병의 원인은 병원체에 의한 병해, 토양 중의 양분결핍, 기상조건, 유독가스 등에 의한 것일 수 있다. 상기 병원체는 진균성 병원체 또는 세균성 병원체로일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
구체적으로, 본 출원의 식물병은 반점병(leaf spot), 무름병(Bacterial soft rot), 역병(Phytophthora stem and root rot), 세균성 점무늬병(Bacterial leaf blight), 및 도열병(Rice blast)으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상이다.
본 출원에서 "반점병(leaf spot)"은 식물체 줄기 또는 과실이나 잎에 크고 작은 반점(spot 또는 speck)이 생기는 병을 의미한다. 상기 반점은 흑색, 담갈색, 또는 갈색일 수 있다. 상기 반점병은 과채류에서 발병될 수 있으나 식물의 종류에 제한되지 않고 발병될 수 있다. 상기 반점병은 여러 종의 진균 또는 세균에 의해 발병할 수 있으며, 활물기생 병원균, 구체적으로 슈도모나스(Pseudomonas)속 미생물, 보다 구체적으로 슈도모나스 시린개 피브이 토마토(Pseudomonas syringae pv. tomato), 더욱 구체적으로 슈도모나스 시린개 피브이 토마토 DC3000(Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000)에 의해 유발되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 출원에서 "무름병(Bacterial soft rot)"은 식물의 조직이 침식되어 악취가 나고 썩어 문드러지는 병을 의미한다. 특히 상추, 배추와 같은 즙이 많은 채소에서 많이 나타나며, 토마토, 고구마, 및 감자 등에도 나타나므로, 식물의 종류에 제한되지 않고 발병될 수 있다. 상기 무름병은 사물기생 병원균, 구체적으로 펙토박테리움 캐로토보륨 아종 캐로토보륨(Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum)에 의해 유발되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 출원에서 "역병(Phytophthora stem and root rot)"은 감자 또는 토마토 등에서 발병하는 곰팡이병의 일종으로서, 외부증상은 감염 정도에 따라 다소 다르게 나타난다. 왕성한 생육기의 식물체는 위축되고, 하엽은 적갈색으로 보이며, 어린 잎은 퇴록되어 다양한 색깔을 나타내기도 한다. 감염이 심하지 않은 경우에는 외부증상이 불명확할 때가 많으며, 병든 포기의 과실은 작고, 포복지 생성도 불량할 수 있다. 상기 역병은 과채류에서 발병될 수 있으나, 식물에 종류에 제한되지 않고 발병될 수 있다. 상기 역병은 편모균류의 피티아균과(Pythiaceae)에 속하는 피토프토라(Phytophthora) 속 균류인 병원균에 의해 유발되며, 구체적으로 피토프토라 소자에(Phytophthora sojae)에 의해 유발되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 출원에서 "세균성 점무늬병(Bacterial leaf blight)"은 병무늬가 점무늬로 나타나며 갈색으로 변하는 병을 의미한다. 병무늬는 잎, 줄기, 꼬투리, 잎자루, 자엽 등에 형성될 수 있다. 콩, 녹두, 또는 과채류 등 식물의 종류에 제한되지 않고 발병될 수 있다. 상기 점무늬병은 슈도모나스(Pseudomonas) 속 미생물, 구체적으로 슈도모나스 시린개 피브이 라크리만스(Pseudomonas syringae　pv.　lachrymans)에 의해 유발되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 출원에서 "도열병(Rice blast)"은 곡류, 특히 벼의 가장 중요한 병으로 곡류의 모든 부위에 발생할 수 있다. 잎, 이삭, 이삭가지, 마디, 벼알 등의 지상부위에 병반을 형성하나 잎, 이삭, 이삭가지 도열병이 가장 흔하다. 분생자에 의해 감염되며 잎에 적색, 잿빛, 또는 검은색, 및/또는 갈색의 불규칙한 반점이 퍼지고 잎 전체가 갈색이 되어 마르게 되는 것이 일반적인 증상이다. 이삭목이나 이삭가지는 옅은 갈색으로 말라 죽으며 습기가 많으면 표면에 잿빛의 곰팡이가 핀다. 마디에는 암갈색의 병무늬가 형성되며 잘 꺾이기 쉽고 다습할 때 표면에 잿빛의 곰팡이로 덮힐 수 있다. 상기 반점병은 마그나포르테(Magnaporthe) 속 미생물, 구체적으로 마그나포르테 오리자(Magnaporthe oryzae)에 의해 유발되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 구현 예로, 상기 식물병은 슈도모나스 시린개 피브이 토마토(Pseudomonas syringae pv. tomato), 펙토박테리움 캐로토보륨 아종 캐로토보륨(Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum), 피토프토라 소자에(Phytophthora sojae), 슈도모나스 시린개 피브이 라크리만스(Pseudomonas syringae　pv.　lachrymans), 및 마그나포르테 오리자(Magnaporthe oryzae)로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 균에 의해 유발되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 구현 예로, 상기 식물병은 슈도모나스 시린개 피브이 토마토(Pseudomonas syringae pv. tomato)에 의해 유발되는 반점병, 펙토박테리움 캐로토보륨 아종 캐로토보륨(Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum)에 의해 유발되는 무름병, 피토프토라 소자에(Phytophthora sojae)에 의해 유발되는 대두역병, 슈도모나스 시린개 피브이 라크리만스(Pseudomonas syringae　pv.　lachrymans)에 의해 유발되는 오이 세균성 점무늬병, 펙토박테리움 캐로토보륨 아종 캐로토보륨(Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum)에 의해 유발되는 상추 무름병, 및 마그나포르테 오리자(Magnaporthe oryzae)에 의해 유발되는 벼 도열병으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 식물병은 식물의 종류에 관계 없이 발명할 수 있으나, 일 구현 예로 상기 식물은 식물은 콩류, 과채류, 엽채류, 및 곡류로 구성되는 군에서 선택되는 것일 수 있다.
본 출원에서 "콩류"는 음식이나 사료로 쓰이는 콩과 식물(Fabaceae)을 의미한다. 일 예로, 대두, 돌콩, 강낭콩, 서리태, 완두, 팥, 땅콩, 및 동부 등이 이에 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 콩류는 대두일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 출원에서 "과채류"는 채소의 이용 부위를 기준으로 할 때 과실의 이용을 목적으로 하는 채소를 의미한다. 일 예로, 고추, 오이, 토마토, 수박, 딸기, 참외 등이 이에 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 과채류는 고추, 오이, 또는 토마토일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 출원에서 "엽채류"는 채소의 이용 부위를 기준으로 할 때 잎의 이용을 목적으로 하는 채소를 의미한다. 일 예로, 배추, 상추, 깻잎, 및 시금치 등이 이에 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 엽채류는 배추 또는 상추일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 출원에서 "곡류"는 종자가 식용으로 이용되는 화본 과의 재배식물을 의미한다. 일 예로, 벼, 밀, 보리, 및 옥수수 등이 이에 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 곡류는 벼, 밀, 또는 보리일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 출원에서 "식물병 저항성"은, 병원체의 침입을 방지하는 성질, 식물병이 발병하지 못하도록 하는 성질, 및/또는 병원체의 침입이 있었을 때에도 병에 걸리지 않는 성질을 의미한다.
일 구체 예로, 본 출원의 아미노산이 식물의 병원균 감염을 예방 또는 치료하는 것일 수 있고, 식물의 전신 유도 저항성을 유발하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 구체 예로, 본 출원의 아미노산이 식물병 저항성을 증진시킴과 동시에 식물 생장을 저해하지 않는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 구체적으로, 식물의 저항성을 유도하는 물질로 병원균뿐만 아니라 여러 가지 저항성 반응을 유도하는 유도체가 알려져 있으며, 이들 중 일부 (예를 들어, benzo(1,2,3)-thiadiazole-7-carbothioic acid S-methyl ester, benzothiadiazole; BTH)는 식물체의 생육이 억제되거나 수확량이 현저히 줄어드는 심각한 부작용이 있다. 그러나, 본 출원의 아미노산은 식물체의 생장을 억제하지 않고, 오히려 식물체 생장을 촉진시킬 수 있다.
본 출원의 식물병 저항성 증진용 조성물은 농약 제제, 비료, 및 방제제 등 식물병 저항성을 증진시키는 데에 필요한 제제 또는 상품이라면 제한 없이 포함할 수 있다.
본 출원에서 용어, "농약"이란, 농작물의 보호와 생장에 사용되는 약제를 의미한다. 구체적으로 농작물의 재배, 저장 중 발생하는 병, 해충, 잡초, 병균, 선충, 응애 등을 방제하기 위해 사용하기 위한 제제뿐 아니라 농작물의 생리기능을 증진 또는 억제하는데 사용하기 위한 생장조절제, 약효를 증진시키는 보조제를 모두 포함할 수 있다.
본 출원에서 용어, "비료"란 거름이라고도 불리며, 토지를 기름지게 하고 초목의 생육을 촉진시키는 영양물질을 의미한다. 본 출원의 조성물을 포함하는 비료는 파종 전 토양과 혼화하여 간편하게 사용할 수 있으며, 농약 등의 살포시 함께 시비할 수 있다.
본 출원의 식물병 저항성 증진용 조성물은 통상적으로 이용되는 병 저항성 증진을 위해 함유되는 물질을 더 포함할 수 있으며, 상기 아미노산 이외에 부형제로 약제학적으로 허용 가능한 고체 담체, 액체 담체, 액체 희석제, 액화된 기체 희석제, 고체 희석제 또는 기타 보조제 예를 들어 유화제, 분산제 또는 기포제 등의 계면활성제를 더욱 포함할 수 있다.
본 출원의 식물병 저항성 증진용 조성물은 활성성분과 상기 부형제를 혼합하여 농업용 조성물로 제제화시켜 사용할 수 있고, 농업용 조성물로 제제화하는 방법으로 당 분야에서 통상적으로 사용되는 방법은 모두 적용할 수 있다.
또한, 본 출원의 식물병 저항성 증진용 조성물은 수화제, 입제, 분제, 유제, 스프레이상, 연막제, 캅셀형 및 젤상의 제형으로 제공될 수 있으며, 조성물의 부력을 위해 도넛형과 같은 제형의 접촉제로 제공될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 구현 예로, 본 출원의 조성물은, 발린을 포함하는 식물병 저항성 증진용 조성물 또는 식물 방제용 조성물로서, 상기 식물병은 반점병, 무름병(Bacterial soft rot), 역병(Phytophthora root rot), 세균성 점무늬병(Bacterial leaf blight), 및 도열병(Rice blast)으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 구현 예로, 본 출원의 조성물은, 이소류신을 포함하는 식물병 저항성 증진용 조성물 또는 식물 방제용 조성물로서, 상기 식물병은 반점병, 무름병(Bacterial soft rot), 역병(Phytophthora root rot), 세균성 점무늬병(Bacterial leaf blight), 및 도열병(Rice blast)으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 구현 예로, 본 출원의 조성물은, 류신을 포함하는 반점병 또는 무름병(Bacterial soft rot) 저항성 증진용 조성물 또는 식물 방제용 조성물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 구현 예로, 본 출원의 조성물은, 프롤린을 포함하는 반점병 또는 무름병(Bacterial soft rot) 저항성 증진용 조성물 또는 식물 방제용 조성물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 구현 예로, 본 출원의 조성물은, 글루탐산, 아스파르트산, 및 히스티딘으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 반점병 저항성 증진용 조성물 또는 식물 방제용 조성물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 출원의 다른 하나의 양태는 아미노산을 포함하는 식물병 저항성 증진용 조성물을 식물체에 처리하는 단계를 포함하는, 식물병 저항성 증진 방법을 제공한다.
일 구체 예로, 상기 식물병 저항성 증진 방법은 식물의 생장도 촉진시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 아미노산, 식물병, 식물병 저항성, 및 식물병 저항성 증진용 조성물 등은 다른 양태에서 설명한 바와 같다.
상기 식물체는 뿌리, 줄기, 잎, 또는 이의 조합 등 식물의 부위 및 식물 종류에 제한 없이 모두 포함한다. 구체적으로, 상기 식물체는 식물병에 감염될 위험이 있거나 병원균에 감염된 식물 개체일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 식물병 저항성 증진용 조성물 처리는 상기 조성물을 식물체에 분무, 주사, 주입, 혼합, 또는 토양에 혼화 등의 방법으로 처리하는 것일 수 있으나, 상기 식물체의 내부 또는 외부가 상기 조성물과 직접 또는 간접적으로 접촉할 수 있다면 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 처리는 병원체가 식물에 침입하는 것과 동시 또는 이시에 수행될 수 있으며, 병원체의 식물 침입 전 또는 후에 이루어 질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 식물병 저항성 증진용 조성물은 단회 또는 2회 이상 처리할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 2회 이상 처리 시, 3일 내지 15일, 3일 내지 10일, 3일 내지 7일, 4일 내지 7일, 5일 내지 7일, 또는 6일 간격으로 처리하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 구현 예로, 상기 식물병 저항성 증진용 조성물은 병원균 침입 7일 전 1차 처리 및 1일 전 2차 처리하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 구현 예로, 상기 식물은 콩류, 과채류, 엽채류, 및 곡류로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 콩류, 과채류, 엽채류, 및 곡류 등은 다른 양태에서 설명한 바와 같다.
본 출원의 또 다른 하나의 양태는 아미노산을 포함하는 식물병 저항성 증진용 조성물을 식물체에 처리하는 단계를 포함하는, 식물병 예방 또는 치료 방법을 제공한다.
상기 아미노산, 식물병, 식물병 저항성, 식물병 저항성 증진용 조성물, 식물병 저항성 증진용 조성물 처리, 및 식물체 등은 다른 양태에서 설명한 바와 같다.
본 출원에서 "예방"은 식물병의 발병 또는 이의 진행을 억제 또는 지연시키는 모든 행위를 의미한다.
본 출원에서 "치료"는 식물병의 증상이 호전되도록 하거나 이롭게 되도록 하는 모든 행위를 의미한다. 본 출원에서 치료는 식물병 병원균의 감염 또는 식물병의 재발 방지, 증상 완화, 진행 속도 감소, 질병 상태를 경감, 질병 상태를 일시적 또는 지속적으로 완화, 차도시키거나 예후를 개선하는 모든 행위를 포함할 수 있다.
본 출원의 또 다른 하나의 양태는 아미노산을 포함하는 식물 방제용 조성물을 제공한다. 상기 아미노산은 분지쇄 아미노산, 프롤린, 글루탐산, 아스파르트산, 및 히스티딘으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상이고, 상기 식물병은 반점병, 무름병(Bacterial soft rot), 역병(Phytophthora root rot), 세균성 점무늬병(Bacterial leaf blight), 및 도열병(Rice blast)으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것인, 식물 방제용 조성물을 제공한다.
상기 아미노산 및 식물병 등은 다른 양태에서 설명한 바와 같다.
본 출원에서 용어, "방제"란 작물 등의 식물을 병해충의 피해로부터의 예방, 발생한 병원체의 제거 또는 병원체의 파급을 저지시키는 것을 의미한다. 상기 방제는 해충에 의한 해를 감소시키기 위한 일련의 행위로서, 물리적(기계적) 방제법, 경종적 방제법, 화학적 방제법, 생물학적 방제법, 및 친환경 방제법 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 방제는 병해충에 독성이 있는 살균제 또는 살충제를 사용하는 화학적 방제뿐 아니라 저항성 식물의 재배, 돌려짓기 등을 이용하여 병원체에 대해 부적절한 환경을 조성하는 방법, 식물체를 열처리하거나 토양을 증기 처리하여 병원체를 제거하는 방법, 유인물질이나 성페로몬을 이용하여 해충을 유인하여 포살하는 방법 등이 포함된다.
본 출원의 식물 방제용 조성물은 농약 제제, 비료, 및 방제제 등 식물 방제에 필요한 제제 또는 상품이라면 제한 없이 포함될 수 있다.
본 출원의 식물 방제용 조성물은 통상적으로 이용되는 방제를 위해 함유되는 물질을 더 포함할 수 있으며, 상기 아미노산 이외에 부형제로 약제학적으로 허용 가능한 고체 담체, 액체 담체, 액체 희석제, 액화된 기체 희석제, 고체 희석제 또는 기타 보조제 예를 들어 유화제, 분산제 또는 기포제 등의 계면활성제를 더욱 포함할 수 있다.
본 출원의 식물 방제용 조성물은 활성성분과 상기 부형제를 혼합하여 농업용 조성물로 제제화시켜 사용할 수 있고, 농업용 조성물로 제제화하는 방법으로 당 분야에서 통상적으로 사용되는 방법은 모두 적용할 수 있다.
또한, 본 출원의 식물 방제용 조성물은 수화제, 입제, 분제, 유제, 스프레이상, 연막제, 캅셀형 및 젤상의 제형으로 제공될 수 있으며, 조성물의 부력을 위해 도넛형과 같은 제형의 접촉제로 제공될 수 있다.
본 출원의 다른 하나의 양태는 아미노산을 포함하는 식물 방제용 조성물을 식물체에 처리하는 단계를 포함하는, 식물 방제 방법을 제공한다. 구체적으로, 상기 식물 방제 방법은 식물의 생장도 촉진시키는 것일 수 있다.
상기 아미노산, 식물, 식물체, 식물병, 방제, 및 식물 방제용 조성물 등은 다른 양태에서 설명한 바와 같다.
상기 식물 방제용 조성물 처리는 상기 조성물을 식물체에 분무, 주사, 주입, 혼합, 또는 토양에 혼화 등의 방법으로 처리하는 것일 수 있으나, 상기 식물체의 내부 또는 외부가 상기 조성물과 접촉할 수 있다면 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 처리는 병원체가 식물에 침입하는 것과 동시 또는 이시에 수행될 수 있으며, 병원체의 식물 침입 전 또는 후에 이루어 질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 식물 방제용 조성물은 단회 또는 2회 이상 처리할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 2회 이상 처리 시, 3일 내지 15일, 3일 내지 10일, 3일 내지 7일, 4일 내지 7일, 5일 내지 7일, 또는 6일 간격으로 처리하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 구현 예로, 상기 식물 방제용 조성물은 병원균 침입 7일 전 1차 처리 및 1일 전 2차 처리하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 출원의 또 다른 하나의 양태는 아미노산 또는 이를 포함하는 조성물의 식물병 저항성 증진 용도; 식물 방제 용도; 및 식물병 예방 또는 치료 용도를 제공하는 것이다.
상기 아미노산, 식물병, 식물병 저항성, 방제, 예방, 및 치료 등은 다른 양태에서 설명한 바와 같다.
이하 본 출원을 실시예에 의해 보다 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 출원을 예시하기 위한 바람직한 실시양태에 불과한 것이며 따라서, 본 출원의 권리범위를 이에 한정하는 것으로 의도되지는 않는다. 한편, 본 명세서에 기재되지 않은 기술적인 사항들은 본 출원의 기술 분야 또는 유사 기술 분야에서 숙련된 통상의 기술자이면 충분히 이해하고 용이하게 실시할 수 있다.
실시예 1. 식물병에 대한 아미노산의 유도저항성 검증
다양한 아미노산의 식물병에 대한 유도저항성을 검증하기 위해 모델식물인 애기장대(Arabidopsis thaliana)를 사용하였고, 병원균은 반점병을 일으키는 것으로 알려진 슈도모나스 시린개 피브이 토마토 DC3000(Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000, 이하 Pst)과 무름병을 일으키는 것으로 알려진 펙토박테리움 카로토보룸 아종 카로토보룸 SCC1(Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum SCC1, 이하 Pcc)을 사용하였다.
모델식물을 키우기 위해 애기장대 종자를 5분간 3% 차아염소산나트륨(NaOCl)에 침지하여 표면살균 하였다. 그 후 멸균 처리된 물을 이용하여 5번 헹군 다음 1/2 Murashige and Skoog(MS) 배지(0.6% 아가, 1.5% 수크로스, pH 5.8)에 파종하였다. 3일 후 종자가 발아되었을 때 발아된 종자를 플레이트(Falcon, 미국)에 6개씩 옮겨 심고, 식물 배양기(12시간 명 조건 및 23℃ 온도 조건)에서 배양했다.
옮겨 심고 2주 후, 10종의 아미노산 각각을 각 식물체마다 0.1% 농도로 50㎕씩 뿌리에 처리하였다. 아미노산 처리 7일 후 각 식물체의 잎 5장에 1X108 cfu/㎖의 Pst(활물기생, 도 1a)와 Pcc(사물기생, 도 1b) 병원균을 2㎕씩 처리하였다.
Pst 병원균은 처리 전 King's B(KB) 고체 배지에서 48시간 동안 30℃에서 배양하였다. Pst 병원균의 경우 병원균 처리 7일 후 발병도(Disease severity)를 관찰하였고, 각 잎의 발병도 정도를 0~5로 다음과 같은 기준으로 측정한 후 평균값을 구하였다;
- 0=증상 없음, 1=약한 백화 증상, 2=백화 증상, 3=백화 증상과 약한 괴사, 4=괴사 및 5=심한 괴사 증상.
Pcc 병원균은 처리 전 Luria-Bertani broth (LB) 고체 배지에서 48시간 동안 30℃에서 배양하였다. Pcc 병원균을 처리한 경우에는 병원균 처리 24 시간과 48시간 후 각각 각 잎의 발병도를 관찰하였고, 발병도 정도를 0~5로 다음과 같은 기준으로 측정한 후 평균값을 구하였다;
- 0=증상 없음, 1=병 접종 부위 약한 무름 증상, 2=병 접종 부위 무름 증상, 3=병 접종 부위 심한 무름 증상, 4=병 접종 주위까지 무름 증상, 5=잎 전체 무름 증상.
병에 대한 유도저항성 효과를 나타내는 아미노산은 물 처리 대조군에 비해 통계적 유의성이 있는 것으로 선별하였다.
그 결과, 발린(Valine), 프롤린(Proline), 이소류신(Isoleucine), 류신(Leucine), 글루탐산(Glutamic acid), 히스티딘(Histidine), 및 아스파트산(Aspartic acid)의 아미노산 7종이 Pst에 대한 저항성을 유도하는 것으로(도 1a), 발린(Valine), 프롤린(Proline), 이소류신(Isoleucine), 및 류신(Leucine)의 아미노산 4종이 Pcc에 대한 저항성을 유도하는 것을 확인하였다(도 1b).
특히, 발린은 Pcc 병 처리 48시간 후에도 병 저항성이 지속됨을 확인하였다. 또한, 발린, 프롤린, 이소류신, 및 류신은 식물에서 활물기생 병원균인 Pst와 사물기생 병원균인 Pcc 모두에 대해 유도저항성을 유발함을 확인하였다.
실시예 2. 식물병에 대한 유도저항성을 유발하는 아미노산 추가 검증
상기 실시예 1에서 Pcc 및 Pst에 대해 가장 우수한 유도저항성을 나타낸 발린을 이용하여 유도저항성 유발 효과를 재차 확인하였다.
0.5, 및 0.1, 0.05, 0.01, 0.005 및 0.001% 농도의 발린을 사용하였고, 병원균은 Pst을 사용하였다. 이외의 모든 방법은 실시예 1의 실험 방법과 동일하다.
선발 기준으로, 각각 다른 농도의 발린 처리군의 병에 대한 유도저항성이 물 처리군에 비해 통계적 차이(p<0.05)가 있는지 여부를 평가하였다.
그 결과, 전반적으로 발린 처리군에서 발병도가 감소하였고, 더 나아가 0.5% 및 0.1% (0.95mM)농도의 발린 처리군의 발병도(Disease severity)는 각각 2.4와 2.5인 반면, 물 처리군의 발병도는 4.6에 달하여, 0.5%와 0.1% 발린 처리군 모두의 발병도가 현저히 감소함을 확인하였다. 유도저항성 물질로 알려진 1mM BTH 처리군은 3.7의 발병도를 나타내, 0.5%와 0.1% 발린 처리군이 BTH 처리군 보다도 우수한 병 저항성 효과가 있음을 확인하였다(도 2).
실시예 3. 발린과 이소류신 처리에 의한 유도저항성 검증
프롤린 및 분지쇄 아미노산(branched chain amino acid; BCAA) 중 발린과 이소류신을 이용하여 유도저항성 유발이 병원균의 수를 감소시키는지 여부를 검증 하였다.
이를 위하여, 실시예 1에서와 동일하게 식물을 준비하고 아미노산(실시예 2에서 농도는 낮으면서 유도 저항성 효과가 있음을 확인한 발린 0.1%, 이소류신 0.1%, 및 프롤린 0.1% 선정) 및 병원균을 처리하였다.
병원균 수는 애기장대의 뿌리를 제외한 부분을 비드(bead)가 들어있는 e-tube에 넣고 분쇄한 후, 즙에 포함 되어있는 병원균을 조사하는 방식으로 측정하였다.
애기장대 식물체에 Pst 병원균을 처리한 후 3일 및 6일째에 각각 병원균의 수를 측정한 결과, 0.1% 발린 처리군, 0.1% 이소류신 처리군, 및 0.1% 프롤린 처리군에서 6일째에 무처리 대조군에 비해 병권균의 수가 통계적으로 유의하게 감소함을 확인하였다(도 3a).
애기장대 식물체에 Pcc 병원균을 처리한 후 3일째에 각각 병원균의 수를 측정한 결과, Pcc에 대해서도 발린 0.1% 처리군, 이소류신 0.1% 처리군, 및 0.1% ㅍ롤린 처리군에서 무처리 대조군에 비해 병원균 수가 감소함을 확인하였다. 발린, 이소류신, 및 프롤린 처리군에서 BTH 처리군에 비해서도 병원균 수가 감소함을 확인하였다(도 3b).
실시예 4. 식물병 저항성 관련 유전자 발현 반응 확인
발린, 이소류신, 및 프롤린이 병 저항성 관련 유전자의 발현을 유도하는지 알아보기 위하여 병 저항성 마커 유전자(marker gene)인 PR(Pathogenesis-related protein) 1a promoter GUS fusion construct 가 들어가 있는 애기장대(Denoux et al., Molecular Plant, Volume 1, Number 3, pages 423-445, May 2008)를 사용하였다. 실시예 1과 같은 방법으로 애기장대 식물체를 준비하고, 발린 50㎕, 이소류신 50㎕, 및 프롤린 50㎕을 애기장대 뿌리에 각각 처리하였다. 처리 일주일 후 저항성 마커 유전자인 PR1a 발현여부를 GUS(β-glucuronidase; GUS reporter) 활성을 통해 관찰하였다.
병원균 처리 1일 후(Day after inoculation, Dai)부터 4 Dai까지 관찰한 결과, BTH 처리군 뿐만 아니라 발린, 이소류신, 및 프롤린 처리군에서도 GUS가 잎 부위에서 발현되어, PR1a도 발현되는 것을 확인하였다 (도 4).
실시예 5. 포트 실험을 통한 발린 및 이소류신의 유도저항성 검정
포트에서 키운 작물을 대상으로 병 저항성을 다시 검증하였다.
8개 작물의 종자를 각각 5분간 3% 차아염소산나트륨(NaOCl)에 침지하여 표면살균 하였다. 그 후 멸균 처리된 물을 이용하여 5번 헹군 다음 상토가 든 포트에 파종하고 식물 배양기(12시간 명 조건 및 23℃온도 조건)에서 배양했다. 식물배양기 (12시간 명배양, 26℃ 비전)에서 포트에 3주일 동안 키운 후 각각의 아미노산을 0.1%농도로 5ml 분무 처리하였다. 아미노산 처리 하루 후 하기와 같이 병원균을 접종한 후 방제가를 산출하였다.
총 8개 작물(대두, 오이, 상추, 벼, 토마토, 밀, 보리, 고추)의 9개 병원균을 대상으로 진행하였으며, 대상 병원균은 다음과 같다; 대두 역병(Phytophthora sojae), 오이 세균성 점무늬병(Pseudomonas syringae pv. lachrymans), 상추 무름병(Pectobacterium carotovorum pv. carotovora), 벼 도열병(Magnaporthe oryzae), 토마토 잿빛곰팡이병(Botrytis cinerea), 토마토 역병(Phytophthora infestans), 밀 붉은녹병(Puccinia recondite), 보리 흰가루병(Blumeria graminis f. sp. hordei) 및 고추 탄저병(Colletotrichum coccodes).
a) 대두 역병
대두 역병 병원균인 Phytophthora sojae 균주를 V8배지(V8 주스, 아가 1.8%)에 접종; 및 25 ℃배양기에서 2주간 배양하여 형성된 포자를 살균증류수로 수확한 후 포자현탁액(5.0X105 spores/ml)을 준비하였다. 제조한 포자현탁액을 식물당 5ml씩 분무살포로 접종한 대두는 온도가 26 ℃인 항온항습실에서 3일간 발병시킨 후 병반면적율(%)을 조사하였다. 병반면적율은 다음과 같이 계산하였다.
- 병반면적률 = 병든 잎의 면적 합/조사된 전체 잎 면적의 합 X 100%
b)　오이 세균성 점무늬병
오이 세균성 점무늬병 병원균인 Pseudomonas syringae pv. lachrymans 균주를 KB (King's B) 고체 배지에서 48시간 동안 28 ℃하에 배양하였다. 병원균은 OD=1(109 CFU/ml)의 농도로 식물당 5ml씩 분무살포로 처리하였다. 접종한 오이는 온도가 26 ℃인 항온항습실에서 3일간 발병시킨 후 병반면적율(%)을 조사하였다.
c)　상추 무름병
상추 세균성무름병 병원균인 Pectobacterium carotovorum pv. carotovora 균주를 LB (Luria-Bertani broth) 고체 배지에서 48시간 동안 28 ℃하에 배양하였다. 병원균은 OD=1(109 CFU/ml)의 농도로 식물당 5ml씩 분무살포로 상추에 처리하였다. 접종한 상추는 온도가 26 ℃인 항온항습 실에서 1일간 발병시킨 후 병반면적율(%)을 조사하였다.
d)　벼 도열병
벼 도열병(RCB)은 병원균인 Magnaporthe oryzae KI-1113a 균주를 쌀겨 한천배지에 접종; 및 25 ℃배양기에서 2주간 배양하여 형성된 포자를 살균증류수로 수확하여 포자현탁액(5.0X105 spores/ml)을 준비하였다. 식물당 5ml씩 분무살포로 접종한 벼는 습실상에서 암상태로 24시간 놓아둔 뒤에 상대습도 80%이고 온도가 25℃인 항온항습실에서 4일간 발병시킨 후 병반면적율(%)을 조사하였다.
e)　토마토 잿빛곰팡이병
토마토 잿빛곰팡이병(TGM)은 병원균인 Botrytis cinerea 균주를 감자한천배지에 접종; 및 20℃ 항온기(암상태)에서 배양하여 형성된 포자를 접종원으로 사용하였다. 병원균 접종은 포자를 수확하여 혈구계를 사용하여 포자농도를 5.0X105 spores/ml로 만든 후 시료가 처리된 토마토 유묘(2~3엽기)에 분무접종 하였다. 접종한 토마토 유묘는 20℃ 습실상(상대습도 95% 이상)에 방치하여 3일간 발병시킨 후 병반면적율(%)을 조사하였다.
f)　토마토 역병
토마토 역병(TLB)은 병원균인 Phytophthora infestans 균주를 오트밀 배지에 접종; 및 20℃ 배양기에서 배양하여 유주자낭을 형성시켰다. 형성된 유주자낭을 살균증류수를 첨가하여 수확하고, 포자농도가 2.0X104 sporangia/ml인 포자현탁액을 준비하였다. 이들을 냉장고에서 저온 처리하여 유주자를 유출시킴으로써 유주자 현탁액을 준비하였다. 이를 시료 처리된 토마토 유묘(2~3엽기)에 분무접종 하였다. 병원균을 접종한 토마토 유묘는 20℃ 습실상에서 2일간 습실 처리 하고 항온 항습실에서 2일 동안 발병시킨 후 병반면적율(%)을 조사하였다.
g)　밀 붉은녹병
밀 붉은녹병(WLR)은 병원균인 Puccinia recondita가 활물기생균이므로, 직접 계대배양하면서 밀 잎에 형성된 포자(urediniospores)를 접종원으로 사용하였다. 약효 조사는 일회용 포트(직경: 4.5cm)에 5립씩 밀 종자('금강밀')를 파종하여 온실에서 8일간 재배한 1엽기 유묘에 시료를 처리하고 1일 후에 접종원(포자 0.67g/L)을 분무접종 하였다. 접종한 밀 유묘는 20℃의 습실상에서 1일간 습실처리한 후에 상대습도가 70%인 20℃의 항온항습실로 옮겨서 발병을 유도하였으며 접종 7일 후에 병반면적율(%)을 조사하였다.
h)　보리 흰가루병
보리 흰가루병(BPM)은 병원균인 Blumeria graminis f. sp. hordei는 활물기생균이므로, 보리 유묘로 계대배양하면서 보리 잎에 형성된 포자를 접종 원으로 사용하였다. 약효 조사는 일회용 포트(직경: 4.5cm)에 5립씩의 보리 종자('한영보리')를 파종하여 온실에서 8일간 재배한 1엽기 유묘에 시료를 살포하고 온실에서 풍건시킨 후 시료 처리된 보리에 흰가루병 포자를 털어 접종하였다. 접종된 보리 유묘는 20℃ 상대습도 50% 정도의 항온항습실에 두어 7일간 발병시킨 후 병반면적율(%)을 조사하였다.
　i) 고추 탄저병
고추 탄저병(PAN)은 병원균인 Colletotrichum coccodes를 오트밀 배지에 접종; 및 25℃에서 10일 동안 배양하여 형성된 포자를 수확하고, 포자 농도가 5X105 spores/ml가 되도록 조정하여 포자현탁액을 준비하였다. 시료를 처리한 고추 유묘(3~4엽기)에 준비한 포자현탁액을 분무접종하고, 이를 습실상(25℃)에 방치하여 2일 동안 습실처리한 후에 항온항습실(25℃ 80% RH)에서 발병시켰다. 접종 3일 후에 고추 잎에 형성된 병반면적율(%)을 조사하였다.
상기 a) 내지 i)와 같은 방식으로 조사한 병반면적율로부터 다음과 같은 계산식에 따라 방제가를 산출하였다.
- 방제가(%) = (1 - 처리군의 병반면적율/무처리군의 병반면적율)X100
그 결과, 9개 병원균을 대상으로 유도저항성을 검정했을 때, 대두 역병(도 5a), 오이 세균성점무늬병(도 5b), 상추 무름병(도 5c), 및 벼 도열병(도 5d)에서 무처리 대비 방제효과를 확인하였다.
무처리 대조군에 대비하여 발린 처리군 및 이소류신 처리군 각각의 방제가는, 대두 역병의 경우 15%와 10%였고, 오이 세균성 점무늬병은 17%와 12%, 상추 무름병은 13%와 8%, 벼 도열병은 13%와 16%였다.
유도저항성 유발 물질인 BTH 처리군에서 대두 역병, 오이 세균성점무늬병, 상추 무름병과 벼 도열병의 방제가가 무처리군 대비 각각 10%, 9%, 10%와 9%였다. 또한, BTH 처리군에서 토마토 잿빛곰팡이병의 방제가는 무처리군 대비 20%였다. 방제가 되는 병원균에 대해서 유도저항성 효과를 높이기 위해 처리 시기와 방법에 대한 다음 실험을 진행 하였다.
실시예 6. 발린 및 이소류신의 유도저항성 유발 최적 조건 검정
발린 및 이소류신에 의한 병 방제가를 높이기 위해 유도저항성 유발 기간을 변화시켰다. 총 3개 작물(대두, 오이, 상추)의 3개 병원균(대두 역병, 오이 세균성점무늬병, 상추 무름병)을 대상으로 진행하였으며, 각각의 식물 준비는 실시예 5와 동일한 방식으로 하였다.
대두 역병 병원균의 경우, 병원균 처리 7일 후 발병도(Disease severity)를 관찰하였고, 발병도 정도를 0~5로 다음과 같은 기준으로 측정하였다; 0=증상 없음, 1=본엽 1개 마름, 2=본엽 2개 마름, 3=본엽 3개, 4=본엽 4개 및 5=식물 전체 심한 마름 증상.
오이 세균성점무늬병 병원균의 경우, 병원균 처리 7일 후 발병도를 관찰하였고, 발병도 정도를 0~5로 다음과 같은 기준으로 측정하였다; 0=증상 없음, 1=약한 병증 증상, 2=30% 병증, 3=병증 과 약한 괴사, 4=괴사 및 5=심한 괴사와 고사 증상.
상추 무름병 병원균의 경우, 병원균 처리 48시간 후 발병도를 관찰하였고, 발병도 정도를 0~5로 다음과 같은 기준으로 측정하였다; 0=증상 없음, 1=병 접종 부위 약한 무름 증상, 2=병 접종 부위 무름 증상, 3=병 접종 부위 심한 무름 증상, 4=병 접종 주위까지 무름 증상, 5=잎 전체 무름 증상 조건을 기준으로 발병도를 측정하였다.
이와 같은 방식으로 조사한 발병도로부터 다음과 같은 계산식에 따라 방제가를 산출하였다.
- 방제가(%) = (1 - 처리군의 발병도/무처리군의 발병도) X 100
유도저항성 유발을 위한 최적의 방제가를 도출하기 위해, 다양한 아미노산 처리 기간과 횟수를 테스트하였고, 최종적으로 병원균 처리 7일전 아미노산 1차 처리를 하고, 1일 전에 2차 처리를 하는 것이 가장 유도저항성 효과가 우수함을 확인하였다.
병원균 처리 7일전 아미노산 1차 처리를 하고, 1일 전에 2차 처리를 하였을 때의 결과는 다음과 같다.
대두 역병의 경우, 발린 처리군 및 이소류신 처리군에서 발병도가 각각 1.1와 2.3으로 물 대조군의 4.1에 비해 발병도가 감소하였다. 방제가는 무처리군 대비 73%과 44%로 각각 산출하였다. 발린은 46% 방제가인 BTH 처리군보다 우수한 병 방제 효과를 유도하였고, 이소류신은 BTH 처리군과 유사한 방제 효과가 있음을 확인하였다(도 6a).
오이 세균성점무늬병의 경우, 발린 처리군 및 이소류신 처리군에서 발병도가 각각 2.7와 3.6으로 물 대조군 4.4에 비해 발병도가 감소하였다. 방제가는 무처리군 대비 39%과 18%로 각각 산출하였다. 한편, BTH 처리군은 무처리군에 비해 병 감수성뿐만 아니라 생장까지도 억제됨을 확인하였다. 발린 및 이소류신은 오이 세균성점무늬병에 대해 유도저항성을 유발하여 병 방제 효과가 있으며, 유도저항성 유발시 생장의 억제현상이 나타나는 BTH처리군과 달리, 발린 처리군 및 이소류신 처리군의 생장 억제 현상은 없음을 확인하였다(도 6b).
상추 무름병의 경우, 발린 처리군 및 이소류신 처리군에서 발병도가 각각 2.2와 3으로 물 대조군 4.2에 비해 발병도가 감소하였다. 방제가는 무처리군 대비 48%와 29%로 각각 산출하였다. 상기 결과는 발린 처리군 및 이소류신 처리군이 17% 방제가인 BTH 처리군 보다 우수한 병 방제 효과가 있음을 시사한다(도 6c).
실시예 7. 초분광 카메라를 통한 유도저항성 검정
초분광 카메라 및 가시광 대역 카메라를 이용하여 대두 역병에 대한 유도저항성을 검증하였다. 식물 준비는 실시예 6과 동일하게 진행하였고, 병 처리 7일 후 각 처리군에서 동일한 위치의 잎을 따서 초분광 사진을 촬영하였다. 초분광카메라는 400~1000 nm의 파장 대역에서 촬영하였다. 정상적인 잎과 병이 걸린 잎이 파장대역이 다르고 이를 색으로 표시할 수 있음을 이용하였다. 육안으로 발병도 차이를 분간하기 어려울 때에도 초분광카메라를 이용한다면 쉽게 구별 가능하다.
정규식생지수(NDVI, Normalized Difference Vegetation Index)로 수치화 한다.잎 전체 면적에서 병든잎의 정도를 0.1~0.9로 표시하고 해당 픽셀(Pixel)수를 이용하는데, 일반적으로 수치가 0.7 이상일 경우 건강한 잎으로 표시한다.
가시광 대역에서도 무처리군은 발린 처리군에 비해 초록색이 옅어지면서 병증이 더 빨리 진행되는 것을 관찰하였다(도7a, RGB 사진).
초분광 카메라로 촬영 시 정상적인 잎은 녹색; 및 죽은 잎은 갈색으로 병증 정도에 따라 다른 색으로 촬영되었다(도 7a, NDVI 사진). 무처리군의 경우 건강한 잎이 26% 이지만 발린 처리군 및 이소류신 처리군은 각각 60%과 46%로 무처리군에 비해 건강한 잎의 비율이 더 많은 것을 관찰 하였다 (도 7b). 초분광 카메라를 통해서도 발린 및 이소류신이 유도저항성을 유도해 병에 대한 저항성을 갖는다는 것을 다시 확인하였다.
실시예 8. 발린의 생장 촉진능력 검정
발린을 처리하여 대두와 오이의 생장을 관찰하였다. 포트에의 파종 일주일 후 발린을 0.1% 농도로 5 ml씩 각각 식물에 관주 처리하였다. 일주일 간격으로 발린을 각각 2회 관주 처리하였다. 마지막 처리 2주 후 처리군 별로 줄기를 잘라 무게를 측정하였다.
그 결과, 대두의 경우, 발린 처리군은 평균 11g으로 무처리군 8.6g 보다 2.4g 더 무거웠다. 반면 BTH 처리군은 7.3g으로 생장 억제 현상이 나타났다(도 8a).
오이의 경우 발린 처리군은 평균 34g으로 무처리 31g 보다 3g 더 무거웠다. 반면 BTH 처리군은 26g으로 무처리에 비해 생장 억제 현상이 나타났다(도 8b).
상기 결과는 발린이 대두 및 오이의 생장도 촉진시킴을 시사한다.
이상의 설명으로부터, 본 출원이 속하는 기술분야의 당업자는 본 출원이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 출원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 출원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (23)

  1. 아미노산을 포함하는 식물병 저항성은 증진용 조성물로서,
    상기 아미노산은 분지쇄 아미노산, 프롤린, 글루탐산, 아스파르트산, 및 히스티딘으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상이고,
    상기 식물병은 반점병, 무름병(Bacterial soft rot), 역병(Phytophthora stem and root rot), 세균성 점무늬병(Bacterial leaf blight), 및 도열병(Rice blast)으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것인, 식물병 저항성 증진용 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 식물병은 슈도모나스 시린개 피브이 토마토(Pseudomonas syringae pv. tomato), 펙토박테리움 캐로토보륨 아종 캐로토보륨(Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum), 피토프토라 소자에(Phytophthora sojae), 슈도모나스 시린개 피브이 라크리만스(Pseudomonas syringae　pv.　lachrymans), 및 마그나포르테 오리자(Magnaporthe oryzae)로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 균에 의해 유발되는 것인, 식물병 저항성 증진용 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분지쇄 아미노산은 이소류신, 류신, 및 발린으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것인, 식물병 저항성 증진용 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 식물은 콩류, 과채류, 엽채류, 및 곡류로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것인, 식물병 저항성 증진용 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 아미노산은 식물의 병원균 감염을 예방 또는 치료하는 것인, 식물병 저항성 증진용 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 아미노산은 식물의 전신 유도 저항성을 유발하는 것인, 식물병 저항성 증진용 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 아미노산은 식물 생장을 저해하지 않는 것인, 식물병 저항성 증진용 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 발린을 포함하는 식물병 저항성 증진용 조성물로서, 상기 식물병은 반점병, 무름병(Bacterial soft rot), 역병(Phytophthora root rot), 세균성 점무늬병(Bacterial leaf blight), 및 도열병(Rice blast)으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것인, 식물병 저항성 증진용 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 이소류신을 포함하는 식물병 저항성 증진용 조성물로서, 상기 식물병은 반점병, 무름병(Bacterial soft rot), 역병(Phytophthora root rot), 세균성 점무늬병(Bacterial leaf blight), 및 도열병(Rice blast)으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것인, 식물병 저항성 증진용 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 류신을 포함하는 반점병 또는 무름병(Bacterial soft rot) 저항성 증진용인 것인, 식물병 저항성 증진용 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 프롤린을 포함하는 반점병 또는 무름병(Bacterial soft rot) 저항성 증진용인 것인, 식물병 저항성 증진용 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 글루탐산, 아스파르트산, 및 히스티딘으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 반점병 저항성 증진용인 것인, 식물병 저항성 증진용 조성물.
  13. 제1항의 식물병 저항성 증진용 조성물을 식물체에 처리하는 단계를 포함하는, 식물병 저항성 증진 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 식물은 콩류, 과채류, 엽채류, 및 곡류로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것인, 식물병 저항성 증진 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 식물병 저항성 증진용 조성물은 2회 이상 처리하는 것인, 식물병 저항성 증진 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 식물병 저항성 증진용 조성물은 3일 내지 15일 간격으로 처리하는 것인, 식물병 저항성 증진 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 식물병 저항성 증진 방법은 식물의 생장을 촉진시키는 것인, 식물병 저항성 증진 방법.
  18. 제1항의 식물병 저항성 증진용 조성물을 식물체에 처리하는 단계를 포함하는, 식물병 예방 또는 치료 방법.
  19. 아미노산을 포함하는 식물 방제용 조성물로서,
    상기 아미노산은 분지쇄 아미노산, 프롤린, 글루탐산, 아스파르트산, 및 히스티딘으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상이고,
    상기 식물병 조성물은 반점병, 무름병(Bacterial soft rot), 역병(Phytophthora stem and root rot), 세균성 점무늬병(Bacterial leaf blight), 및 도열병(Rice blast)으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 식물병 방제용인 것인, 식물 방제용 조성물.
  20. 제19항의 식물 방제용 조성물을 식물체에 처리하는 단계를 포함하는, 식물 방제 방법.
  21. 분지쇄 아미노산, 프롤린, 글루탐산, 아스파르트산, 및 히스티딘으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 아미노산의 식물병 저항성 증진 용도로서,
    상기 식물병은 반점병, 무름병, 역병, 세균성 점무늬병, 및 도열병으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것인, 식물병 저항성 증진용도.
  22. 분지쇄 아미노산, 프롤린, 글루탐산, 아스파르트산, 및 히스티딘으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 아미노산의 식물 방제 용도로서,
    상기 식물병은 반점병, 무름병, 역병, 세균성 점무늬병, 및 도열병으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것인, 식물 방제 용도.
  23. 분지쇄 아미노산, 프롤린, 글루탐산, 아스파르트산, 및 히스티딘으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 아미노산의 식물병 예방 또는 치료 용도로서,
    상기 식물병은 반점병, 무름병, 역병, 세균성 점무늬병, 및 도열병으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것인, 식물병 예방 또는 치료 용도.
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