Isolation and Characterization of the IAA Producing Methylotrophic Bacteria from Phyllosphere of Rice Cultivars(Oryza sativa L.)

벼(Oryza sativa L.)의 잎 면으로부터의 IAA를 생성하는 Methylotrophic Bacteria의 분리 선별 및 특성 비교

In this study, we compared the levels of methylotrophic bacterial community diversity in the leaf samples of 19 rice cultivars collected from three regions of Korea. Nineteen pink pigmented isolates showing characteristic growth on methanol were obtained. Physiological and biochemical characters of each isolate were examined according to methods described in Bergey's Manual of Systematic Bacteriology. When phylotypes were defined by performing numerical analysis of 37 characteristics, four distinct clusters were formed. The two reference strains, Methylobacterium extorquens AM1 and Methylobacterium fujisawaense KACC10744 were found to group under cluster IV and cluster III respectively. Cluster I diverged on the basis of nitrate reduction and four isolates showed tolerance upto 0.5 M NaCl concentrations. Two strains in cluster I and III were found to possess methane utilizing properties. Most of the isolates in all the four clusters utilized monosaccharides, disaccharide and polyols as carbon source. When the isolates were subjected for indole-3-acetic acid (IAA) analysis in the presence of L-tryptophan, only 8 isolates exhibited IAA production. In addition, the nitrogen source in the medium was found to influence the IAA production. Addition of $(NH_4)_2SO_4$ in the medium led to a 2 to 30 fold increase in the indole synthesis. However, $KNO_3$, $NH_4NO_3$ and $NH_4Cl$ substitution did not significantly stimulate the synthesis of IAA in the growth medium. Result of gnotobiotic root elongation assay significantly increased roots and shoots lengths, and number of lateral roots, which is mediated by IAA production in the culture medium. The rice seedlings primary roots from seeds treated with methylotrophic isolates were on average 27 to 56% longer than the roots from seeds treated with the uninoculated seeds. In addition, application of different high concentrations of authentic IAA ($400g\;mL^{-1}$) to roots of rice seedlings inhibited root growth. However, the IAA concentration from 10 to $200g\;mL^{-1}$, IAA promoted root growth of rice seedlings. These results suggest that bacterial IAA plays a major role in the development of the host plant root system.

국내 3지역으로부터 수집한 19종의 벼 잎에 서식하는 methylo-trophlc bacteria의 군집성을 비교하였다. Methanol에 따른 특징적인 생장을 나타내는 분홍색 색소를 띤 19개의 균체를 분리하였다. 분리된 이들 균체들은 Bergey의 방법에 따라 각각 생리, 생화학적 특성들을 조사 하였으며, 표현형들은 37가지의 특성들을 계통분석법을 통해 명찰히 구분하여, 최종 별개의 4군(cluster)으로 분리하였다. 대조균주인 M, extor벼둔 AM1과 M. fujisawaense KACC10744는 각각 IV군과 III군에 속해있다. I군에 속해있는 균체들은 nitrate의 환원을 근거로 하여 구분하였으며, 4개의 분리균주는 NaCl 0.5M 농도까지 염에 대한 내성을 보였다. I군과 III군의 균체들은 탄소원으로 methane을 이용하는 특성을 가졌으며, 4군의 대부분의 균체들은 탄소원으로 단당류, 이당류, 다당류를 이용하였다. L-tryptophan의 존재 하에 모든 균체들의 indole-3-acetlc aclu (IAA) 생성 실험에서는 선별균체 중 8균체만이 IAA를 생성하였다. 게다가 배지의 질소원은 IAA의 생성에 영향을 미치는 것으로 관찰되었으며, 질소원으로 $(NH_4)_2SO_4$를 이용하였을 때 IAA 생성은 최대 20-30배까지 증가하였으나 $KNO_3$, $NH_4NO_3$ 그리고 $NH_4$ CI을 질소원으로 사용하였을 때에는 IAA 생성에 큰 영향을 미치지 않았다. 선별된 methylo trophic bacteria를 뿌리에 접종한 결과 균체가 생성한 IAA 영향으로 식물체의 뿌리와 줄기의 길이 그리고 곁뿌리의 수가 상당히 증가하였으며, 균주를 접종한 벼 종자의 초기 뿌리 생장은 균을 접종하지 않은 종자보다 평균 27-56% 증가하였다. 높은 농도의 IAA ($400{\mu}g\;mL^{-1}$)를 처리했을 때는 오히려 뿌리의 생장을 억제 시켰으나, $10-200{\mu}g\;mL^{-1}$ 농도의 IAA를 처리했을 때는 뿌리 생장을 촉진시켰다. 이러한 결과는 박테리아가 생산하는 IAA가 식물 뿌리생장에 중요한 역할을 한다는 것을 의미한다.