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비생물적 스트레스 환경에서 Enterobacter ludwigii SJR3 처리 시 토마토의 생장과 스트레스-관련 유전자의 발현

Effects of treatment of Enterobacter ludwigii SJR3 on growth of tomato plant and its expression of stress-related genes under abiotic stresses

미생물학회지 2016년 52권 2호 p.148 ~ 156
김나은 ( Kim Na-Eun ) - 강원대학교 자연과학대학 생명과학과

송홍규 ( Song Hong-Gyu ) - 강원대학교 자연과학대학 생명과학과

Abstract

ACC deaminase 활성이 높은 균주인 Enterobacter ludwigii SJR3를 이용하여 건조와 염분 스트레스 환경에서 토마토 식 물의 생장촉진 효과와 스트레스-관련 유전자의 발현을 조사 하였다. 4주 키운 토마토 식물에 SJR3 균주 접종 후 건조 스트 레스와 염분 스트레스를 처리하면서 1주일 후 식물의 생장을 비교하였다. 건조 스트레스 환경에서는 균주 접종군이 비접종 군에 비해 뿌리와 줄기 길이 및 습윤과 건조중량이 각각 37.8, 37.2, 96.8과 146.6% 증가하였고 염분 스트레스 환경에서는 각각 19.2, 25.4, 19.5와 105.8% 증가하였다. 또한 스트레스에 반응하여 토마토 잎에 축적되는 proline의 함량은 크게 늘어 나지만 건조와 염분 스트레스 처리 시 비접종 대조군 보다 균 주 접종군에서 62.1%와 54.1% 감소되었다. 스트레스 환경에 서 자라난 토마토 식물에서 스트레스-관련 유전자들인 ACC oxidase의 유전자 ACO1과 ACO4, ethylene response factor의 유전자 ERF1과 ERF4 등의 상대적인 발현량을 조사하였다. 비 스트레스 대조군과 비교해서 건조와 염분 스트레스 환경의 토마토 식물에서 모든 스트레스-관련 유전자들의 발현이 크 게 증가하였으나 SJR3 균주를 접종한 식물의 유전자들은 대 부분이 비 스트레스-처리 대조군과 유사한 정도의 유전자 발 현량을 나타내었다. 따라서 E. ludwigii SJR3는 식물에서 건조 와 염분 스트레스의 완화에 중요한 역할을 하여 작물의 생장 을 촉진하고 생산성을 높일 수 있을 것으로 여겨진다.

This study examined effects of Enterobacter ludwigii SJR3 showing a high 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC)
deaminase activity, on growth of tomato plant and its expression of stress-related genes under drought and salt stress. SJR3 strain was inoculated at 106 cell/g soil to 4-week grown tomato plants, and drought and salt stresses were treated. After additional incubation for 1 week, root length, stem length, fresh weight and dry weight of tomato plants treated with SJR3 increased by 37.8, 37.2, 96.8 and 146.6%, respectively compared to those of uninoculated plants in drought stress environment, and they increased by 19.2, 25.4, 19.5, and 105.8%, respectively in salt stress environment. Proline content in tomato leaves increased significantly under stress conditions as one of a protecting substance against stresses, but proline contents in tomato treated with SJR3 decreased by 62.1 and 54.1%, respectively.
Relative expression of genes encoding ACC oxidase, ACO1 and ACO4, ethylene response factor genes ERF1 and ERF4, and some other stress-related genes were examined from tomato leaves. Compared to the non-stressed tomato, expressions of all stress-related genes increased significantly in the stressed tomato, but gene expressions in the inoculated tomato were similar to those of no-stressed control tomato. Therefore, E. ludwigii SJR3 may play an important role in mitigating drought and salt stress in plants, and can increase productivity of crops under various abiotic stresses.

키워드

Enterobacter ludwigii SJR3; abiotic stress; stress-related genes; tomato growth
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