Improvement in Antagonistic Ablility of Antagonistic Bacterium Bacillus sp. SH14 by Transfer of the Urease Gene.

Urease gene의 전이에 의한 길항세균 Bacillus sp. SH14의 길항능력 증가

It were reported that antifungal mechanism of Enterobacter cloacae is a volatile ammonia that produced by the strain in soil, and the production of ammonia is related to the bacterial urease activity. A powerful bacterium SH14 against soil-borne pathogen Fusarium solani, which cause root rot of many important crops, was selected from a ginseng pathogen suppressive soil. The strain SH14 was identified as Bacillus subtilis by cultural, biochemical, morphological method, and $API^{circledR}$ test. From several in vitro tests, the antifungal substance that is produced from B. subtilis SH14 was revealed as heat-stable and low-molecular weight antibiotic substance. In order to construct the multifunctional biocontrol agent, the urease gene of Bacillus pasteurii which can produce pathogenes-suppressive ammonia transferred into antifungal bacterium. First, a partial BamH I digestion fragment of plasmid pBU11 containing the alkalophilic B. pasteurii l1859 urease gene was inserted into the BamH I site of pEB203 and expressed in Escherichia coli JM109. The recombinant plasmid was designated as pGU366. The plasmid pGU366 containing urease gene was introduced into the B. subtilis SH14 with PEG-induced protoplast transformation (PIP) method. The urease gene was very stably expressed in the transformant of B. subtilis SH14. Also, the optimal conditions for transformation were established and the highest transformation frequency was obtained by treatment of lysozyme for 90 min, and then addition of 1.5 ${mu}g$/ml DNA and 40% PEG4000. From the in vitro antifungal test against F. solani, antifungal activity of B. subtilis SH14(pGu366) containing urease gene was much higher than that of the host strain. Genetical development of B. subtilis SH14 by transfer of urease gene can be responsible for enhanced biocontrol efficacy with its antibiotic action.

최근 생물방제균으로 주목받고 있는 Enterobacter cloacae의 방제기작이 이 균에 의해 토양내에서 생산된 휘발성 ammonia이며 ammonia의 생산에는urease가 관계한다는 보고를 근거로 하여, 항생물질 생산성 균주로 선발된 우수한 길항균주에 암모니아 생성능, 즉 urease 유전자를 유전적으로 부가함으로써 항진균성 길항물질 생산과 암모니아 생산이 동시에 이루어 질 수 있는 새로운 다기능의 생물방제균을 유전적으로 육종하고자 하였다. 저병해 인삼경작지로부터 식물근부균 Fusarium solani의 생육을 강하게 억제하는 길항세균 한 균주 SH14균주를 분리, 선발하였으며, 분리된 균주를 동정한 결과 Bacillus subtilis이거나 그 근연종으로 추정되었다. 억제기작 실험을 통해 길항균주 B. subtilis SH14에 의해 생산되는 항진균성 길항물질은 외막가수분해효소와 같은 고분자 물질이 아니라 열에 안정한 저분자의 항생물질임을 알 수 있었다. 한편 ammonia 생산을 위한 urease의 유전자는 urease 생산력이 강력한 호알칼리성 Bacillus pasteurii의 urease 생산유전자를 E. coli-Bacillus shuttle vector인 pEB203에 subcloning하였고, 이어서 pGU 366으로 명명된 이 recombinant plasmid를 선발된 항진균성 길항균주 B. subtilis SH14에 PEG-induced protoplast transformation 방법으로 도입, 발현시켰으며, 최적조건을 조사하여 90분간의 lysozyme 처리과정 후 1.5 $\mu\textrm{g}$/$m\ell$의 DNA와 40% PEG4000의 첨가로 약 6.5$\times$$10^{-4}$의 형질전환율을 얻을 수 있었다. 아울러 암모니아 생성능이 부가된 생물방제균 B. subtilis SH14(pGU366)에 의해 식물근부균 F. solani에 대한 생육억제력이 증가되는지 여부를 억제거리 측정법과 균체중량법을 통해 확인한 결과 urease 유전자가 도입된 형질전환체 B. subtilis SH14(pGU366)의 근부균 생육억제능이 각각 36.7%, 44.0%정도로 숙주균주인 B. subtilis SH14에 비해 근부균 생육억제능을 보다 강하게 나타내었음을 알 수 있었다. 따라서 항진균성 항생물질 생산성 생물방제균 B. subtilis SH14에 외부의 urease유전자를 도입하여 ammonia 생성능을 부가함으로써 생물방제력의 상승효과를 거둘 수 있었다.