미생물 휘발성 유기 화합물: 지속 가능한 농업 발전을 위한 화학 비료의 대안
Nov 20, 2023
추상적인:
미생물은 미생물 휘발성 유기 화합물(VOC)이라고 불리는 여러 휘발성 물질을 생산하는 데 탁월합니다. mVOC는 미생물이 세포간 및 세포내 신호 전달 경로를 통해 다른 유기체와 통신할 수 있도록 합니다. 최근 조사에 따르면 mVOC는 화학적으로 매우 다양하며 식물 상호 작용 및 미생물 의사 소통에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났습니다. mVOC는 또한 식물의 생리학적 및 호르몬 경로를 수정하여 식물의 성장과 생산을 증가시킬 수 있습니다. 또한, mVOC는 스트레스를 효과적으로 완화하고 식물 면역력을 유도하는 역할도 하는 것으로 확인되었습니다. 따라서 mVOC는 다양한 화학 비료 및 살충제에 대한 효과적인 대안으로 작용합니다. 본 검토에서는 mVOC에 대한 최근 연구 결과와 왕국 간 및 왕국 내 상호 작용에서의 역할을 요약합니다. 지속 가능한 농업을 위한 mVOC 적용을 통해 토양 비옥도, 식품 안전 및 보안을 개선할 수 있는 전망이 확인되었습니다.
남성의 면역체계 강화를 위한 시스탄체의 효능
키워드:
식량안보; 유도된 전신 저항; 미생물 휘발성 유기 화합물; 토양 비옥도; 지속 가능한 농업
1. 소개
미생물 휘발성 유기 화합물(VOC)은 미생물, 특히 박테리아, 곰팡이가 대사 과정에서 생성하는 휘발성 유기 화합물의 일종입니다[1,2]. mVOC는 낮은 끓는점, 낮은 분자 질량(평균 30{{1{12}}}} Da) 및 높은 증기압(0)을 갖는 친유성 화합물로 지정됩니다. 01kPa) [3,4]. 이러한 특성은 mVOC의 증발 및 확산을 촉진하고 토양 및 근권 환경의 기공을 통한 식물 성장 및 보호에 대한 역할을 촉진합니다. 또한 mVOC는 미생물과 식물의 단거리 및 장거리 상호 작용을 중재하는 이상적인 신호/메신저 분자 역할을 합니다[1-6]. mVOC의 풍부함은 mVOC 2.0 및 3.0 데이터베이스에 분류되어 있습니다[7,8]. 문헌 조사에 따르면 2014년 mVOCs 2.0 데이터베이스는 69종의 곰팡이와 349종의 박테리아에서 방출되는 ~1000개의 휘발성 물질로 구성되어 있는 반면[7], 2018년에는 mVOCs 3.0 데이터베이스에는 604종의 박테리아와 340종의 곰팡이에서 방출되는 1860개의 고유한 mVOC가 포함되어 있습니다. 8]. 최근 연구는 식품 생산, 식품 안전, 현대 농업을 지원하기 위한 친환경적이고 비용 효율적이며 지속 가능한 접근 방식의 중요성을 기반으로 강화되었습니다[1-9]. mVOC는 식물 성장 촉진[10], 비생물적 스트레스 저항성[11-13], 식물 방어[14], 해충 저항성[15] 등과 같은 광범위한 생물 활성을 가지고 있습니다. 지하에서 일어나는 다양한 종류의 미생물 상호 작용이 있습니다. 박테리아-식물, 균류-식물, 박테리아-박테리아, 균류-균류, 균류-박테리아, 박테리아-원생생물, 박테리아-균류-식물 상호작용 등을 예로 들 수 있습니다. 미생물 중에는바실러스 서브틸리스mVOC 생산 및 특성화의 주요 미생물로 남아 있습니다[16]. 다른 미생물에는 다음이 포함됩니다.바실러스 아밀로리퀘파시엔스[13], 슈도모나스 플루오레센스[17], 슈도모나스 푸티다[18,19], 슈도모나스 동후엔시스[20], 스트렙토미세스 피미카리우스[21], 트리코더마sp. 따라서 mVOC는 포장 조건뿐만 아니라 수확 후 및 저장 조건에서도 화학 비료와 살충제를 대체할 수 있는 잠재적인 효능을 가지고 있습니다. 본 검토는 더 나은 지속 가능한 농업 개발을 위해 mVOC에 대한 광범위한 학제간 식물 생물학 연구에 도움이 될 것입니다. 최근 몇 년간의 유기농 혁명으로 인해 지속 가능한 농업을 강화하는 데 화학물질 투입량이 증가했습니다. 필요한 확장을 위해 토양 불임 및 다중 작물 제한도 해결되었습니다. 녹색 혁명 영향에 대한 환경 평가는 녹색 혁명 2의 중요성을 예측하는 핵심 한계 영역을 드러냈습니다.0 [22]. 더욱이, 개발도상국은 집중적인 농작물 재배와 영양 안보로 인해 멸종 단계에 있는 토종 품종에 직면해 있습니다[23]. 지난 몇 년 동안 수행된 연구에 따르면 mVOC는 녹색 혁명 2.0 효율성의 분야에 필요한 지역 특이성, 토양 조건, 미생물군집 휘발성 특이성 및 재현 가능한 성공 프로필을 가지고 있는 것으로 나타났습니다. 따라서 mVOC의 유용성과 그 다양한 이점은 효과적인 식물 성장 촉진과 지속 가능한 농업을 위한 환경 친화적인 적용을 위해 강조됩니다.
2. 지속 가능한 농업에서 mVOC가 어떻게 다양한 이점을 가질 수 있습니까?
mVOC는 유기체에게 이웃 유기체(친구와 적 모두)를 인식하고 특정 식물 성장 조절 특성을 시작하는 빠르고 정확한 방법을 제공할 수 있습니다[1-4,24]. 최근 리뷰에서는 항진균, 항박테리아, 항선충, 항해충 활동을 비롯한 다양한 식물 성장 특성과 생물학적 활동을 유발하는 mVOC에 의해 구동되는 광범위한 기계적 모드와 식물 면역을 나타내는 유발자 기능이 보고되었습니다(둘 다). 자스몬산 및 살리실산) [1–9,24,25]. 또한 mVOC 및 지속 가능한 농업 관리에 대한 연구는 휘발성 물질의 제어된 방출과 식물 적용에 적합한 전략을 통한 효과적인 사용을 위해 강조되었습니다[1-6,24,25]. 따라서 mVOC는 더 많은 혜택을 제공하는 더 나은 지속 가능한 농업을 위한 조합 접근 방식을 통해 식물 성장, 수확량, 방어 및 생산성을 높이기 위한 효율적인 전략으로 기대되었습니다(그림 1).
그림 1. 미생물 휘발성 유기 화합물과 지속 가능한 농업 발전에 대한 중요성.
mVOC는 여러 가지 지속 가능한 농업 관행, 환경 친화적인 적용, 식물 호르몬 규제, 대사 경로 신호 및 개선된 영양 함량에 대해 보고되었습니다. 따라서 식물-미생물 상호 작용 중 비생물적 스트레스 완화, 식물 성장 촉진 및 특성 개선은 mVOC 사용의 중요한 특성을 확인했습니다[11-13]. 아세토인 및 관련 화합물과 같은 여러 휘발성 유기 화합물은 농업 관행에 유용했습니다. 또한, 식물 성장의 중재자, 현장 적용 관점, 수용체 매개 유전자 발현 프로파일, 공생, 환경 변화, 유발자 특성 및 휘발성 물질의 제어 방출은 지속 가능한 농업 개발에서 화학 비료의 대안으로 mVOC를 활용하기 위한 더 많은 연구가 필요합니다. 24,25]. 그러나 현재의 종합 평가는 mVOC에 대한 더 깊은 이해를 제공하며 이는 식물 생물학자가 농업 관행에서 지속 가능한 농업을 달성하는 데 도움이 됩니다.
3. 지속가능한 농업에서 mVOC의 역할
식물 생산과 식량 안보는 새롭게 등장하는 식물병원체와 기후 변화로 인해 농업계에서 심각한 문제가 되고 있습니다. 식물 질병 통제와 작물 생산을 위한 즉각적인 해결책은 화학 비료와 살충제의 사용 증가로 설명될 수 있습니다. 그러나 과도한 사용은 인간과 환경 건강 모두에 부정적인 영향을 미칩니다. 다양한 미생물과 그들의 다양한 생리적 메커니즘이 현재 전 세계적으로 지속 가능한 농업을 위한 생물접종제로 사용되고 있습니다. 식물 생산 및 보호에 있어서 미생물의 새로운 특성을 밝히기 위해 여러 연구가 수행되고 있습니다[1-9]. 이전 연구에 따르면 휘발성 유기 화합물(VOC)의 배출은 미생물이 식물의 성장과 발달을 조절하는 가장 주요한 메커니즘 중 하나입니다[1-14].
cistanche tubeulosa - 면역 체계를 향상시킵니다.
3.1. 식물 성장 촉진제로서의 mVOC
mVOC는 식물 생리학적 및 호르몬 경로를 수정하여 잎과 뿌리 특성 개선, 꽃 형태학적 변화, 과일 및 종자 생산 증가를 통해 식물 바이오매스와 생산량을 증가시킬 수 있습니다[26-28]. 2003년에는 Ryu et al. [29] 박테리아 B. subtilis GB03의 mVOC가 Arabidopsis thaliana의 전체 잎 표면적을 증가시키는 것으로 나타났습니다. mVOC 중 2,3-부탄디올과 아세토인(3-하이드록시-2-부탄온)은 식물 성장, 특히 새싹 바이오매스를 촉진하는 데 효율적인 분자인 것으로 밝혀졌습니다[29,30]. Bacillus sp. 중에서 B. amyloliquefaciens [29,30], B. mojavensis [31] 및 B. subtilis [29]는 2,{16}}부탄디올을 생산한 반면, acetoin은 B. amyloliquefaciens [30]와 B.모야벤시스. 또 다른 rhizobacterium인 Serratia odorifera는 다양하고 복잡한 휘발성 물질 그룹을 방출하고 A. thaliana의 생체 중량을 증가시켰습니다[32]. Zou 등의 연구. [33]은 또한 B. megaterium 균주 XTBG34의 mVOC가 A. thaliana의 신선 중량을 증가시키는 것으로 나타났습니다. 또한 Citrus aurantifolia의 근권 토양에서 분리된 Bacillus sp.는 mVOC 6,10,14-트리메틸2-펜타데카논, 벤즈알데히드 및 9-옥타데카논을 생성하여 1차 뿌리 길이를 촉진했습니다. , 측근 수 및 A. thaliana의 길이 [34]. Blomet al. [35]은 또한 Burkholderia pyromania Bcc171에서 방출된 휘발성 물질이 A. thaliana의 새싹 무게 증가를 유도했다고 기록했습니다. Bacillus sp.의 일부 다른 mVOC. 테트라히드로푸란-3-ol, 2-헵타논 및 2-에틸-1- 헥사놀과 같은 물질은 옥신과 스트리고락톤의 내인성 수준을 증가시켜 A. thaliana와 토마토의 식물 성장을 향상시켰습니다. ]. Fincheiraet al. [37]은 Lactuca sativa를 사용하여 박테리아 VOC를 성장 유도제로 조사했습니다. 그들은 Bacillus, Staphylococcus 및 Serratia 속에 속하는 10가지 박테리아 균주가 아세토인을 방출하고 측면 뿌리 수, 뿌리 성장, 건조 중량 및 새싹 길이를 증가시켜 식물 성장을 향상시키는 것을 발견했습니다. Sinorhizobium meliloti가 생성한 mVOC 혼합물은 또한 식물의 영양 Fe 상태를 나타내는 지표인 Medicago truncatula 엽록소 농도의 상당한 증가를 촉진했습니다. 또한, mVOC는 식물 바이오매스의 증가도 유도했습니다[38]. 또 다른 연구에서는 식물 성장과 보호를 촉진하는 mVOC를 생산하는 토양 곰팡이의 능력을 보여주었습니다. 더욱이, P. 플루오레센스에 의해 방출된 mVOC는 Mentha Piperita의 잎 면적 성장을 유도했습니다[40]. Park et al. [41]은 P. 플루오레센스 균주 SS101이 식물의 생중량 증가를 통해 담배 성장을 촉진한다는 것을 보여주었습니다. 이러한 연구는 mVOC가 원예종에 적용하기 위한 성장 유도제 및 대체 또는 보완 전략으로 사용될 수 있음을 강력히 시사합니다.
Trichoderma 속의 곰팡이 기원 mVOC 중에는 A. thaliana에서 식물 성장을 촉진하는 능력이 있는 mVOC가 기술된 여러 종들이 있습니다. Contreras-Cornejo 등. [42]는 Trichoderma virens에서 생산된 mVOC δ-cadinene이 뿌리 분지, 총 바이오매스 및 엽록소 함량을 증가시키는 반면, Trichoderma viride의 이소부틸 알코올, 이소펜틸 알코올 및 3-메틸부탄알은 개화를 가속화했다고 제안했습니다[43]. Trichoderma atroviride에 의해 생성된 mVOC의 혼합물은 A. thaliana의 성장을 향상시켰지만 그 효율성은 곰팡이 배양 연령에 따라 달라졌습니다[44]. 또한, Alternaria alternata에 의해 합성된 mVOC는 조명 중 전분 생합성을 조절했으며[45] A. thaliana에서 광합성 속도와 사이토키닌 및 당의 축적을 증가시켰습니다[46]. Schenkelet al. [47]은 Fusarium 종의 mVOC, 푸르푸랄 및 5-메틸{10}}푸란카르복스알데히드가 A. thaliana의 일차 뿌리 길이를 증가시킨다고 보고했습니다. 또 다른 연구에서는 Verticillium 종의 mVOC 1-나프틸프탈아민산이 식물의 옥신 생합성을 증가시켰습니다[48]. 따라서 식물과 다른 유기체 모두에서 mVOC는 대사체, 게놈 및 프로테옴을 조절할 수 있으며 개방된 조건에서도 실제 생물 자극제 및 생물 보호제로서 도움을 줄 수 있는 과도한 잠재력을 가지고 있습니다[1,49].
cistanche tubeulosa - 면역 체계를 향상시킵니다.
3.2. 생물학적 방제제 및 식물 방어 메커니즘으로서의 mVOC
생물학적 방제는 식물을 장기적으로 보호할 수 있는 환경 친화적인 특성과 안전성으로 인해 화학 비료에 대한 신뢰할 수 있는 대안인 것 같습니다. 여러 연구에 따르면 mVOC는 다양한 유형의 식물병원체를 억제할 수 있으며 살충제에 대한 중요한 대안으로 간주됩니다(표 1). mVOC는 식물병원체를 제어할 뿐만 아니라 잠재적인 경쟁자, 즉 영양분에 대한 식물병원체를 제거하여 미생물의 생존율을 높입니다. Fernandoet al. [50]은 Pseudomonas 종의 12개 분리물에 의해 생성된 mVOC의 항진균 특성과 식물병원성 진균인 Sclerotinia sclerotiorum의 생물학적 방제에 대한 잠재적인 용도를 보여주었습니다. 유사하게, 내생균 Bacillus sp.의 두 균주로부터의 mVOC. S. sclerotiorum의 영양 장기 생존 구조(경화증)의 무게와 수를 크게 줄였습니다[51]. Kaiet al. [52]는 P. 플루오레센스, P. trivialis, Serratia plymuthica, S. odorifera, Stenotrophomonas maltophilia 및 S. rhizophila의 분리균주가 mVOC 그룹을 생성하고 Rhizoctonia solani의 성장을 억제한다는 것을 확인했습니다. B. subtilis는 벤즈알데히드, 노나날, 벤조티아졸, 아세토페논과 같은 mVOC를 방출했는데, 이는 감자 고리 부패 원인 물질인 Clavibacter michiganensis subsp.에 대해 작용했습니다. sepedonicus, 그리고 세포의 군체 크기 및 기타 이상을 감소시켰습니다[16]. 또한 B. amyloliquefaciens의 mVOC인 2-운데카노에이트, 2-트리데카논 및 헵타데칸에 대한 시험관 내 및 생체 내 연구 모두에서 B. amyloliquefaciens의 생물학적 방제 활성(운동성, 생물막 형성 및 뿌리 군집 형성 억제)을 보여줬을 뿐만 아니라 토마토 시들음 병원균 Ralstonia solanacearum뿐만 아니라 산화 스트레스도 증가했습니다 [53,54]. Xieet al. [55]는 Bacillus mVOCs 데실 알코올과 3,5,{16}}트리메틸헥산올이 벼의 세균성 잎 마름병의 원인 물질인 Xanthomonas oryzae의 성장을 억제한다는 것을 입증했습니다. Muscodor 크리스판스의 mVOC는 감귤류 박테리아 병원체인 X. axonopodis pv.의 성장을 억제했습니다. 시트리(Citri) 및 바나나의 흑색 시가토카병(Black Sigatoka disease), Mycosphaerella fijiensis의 원인균. Phytophthora capsici의 난균의 균사체 성장은 Bacillus의 VOC(3-메틸-1-부탄올, ovaleraldehyde, isovaleric acid, 2-ethylhexanol 및 2-heptanone)에 의해 크게 억제되었습니다. 및 아시네토박터[57]. 또한, P. 플루오레센스의 mVOC인 톨루엔, 에틸 벤젠, m-자일렌 및 벤조티아졸은 정균 효과를 나타냈습니다[58]. 1-옥텐-3-ol, 3-옥탄올, 3-옥탄(버섯 알코올)과 같은 8탄소 화합물은 가장 흔한 곰팡이 VOC 중 하나입니다. 곰팡이 VOC 중 1-옥텐-3-ol은 A. thaliana에서 식물병원성 곰팡이 B. cinerea의 성장을 억제했습니다[59]. Kottbet al. [60]은 T. asperellum의 mVOC 6-pentyl-pyrone이 B. cinerea 및 A. alternata의 포자 형성을 감소시키고 식물 방어 메커니즘을 강화했다고 보고했습니다. P. 플루오레센스, P. stutzeri 및 Stenotrophomonas maltophilia의 VOC 디메틸 디설파이드가 토마토 식물과 M. truncatula의 식물병원성 진균 B. cinerea에 대한 보호를 제공한다는 연구는 거의 없습니다[61,62]. 효모 Saccharomyces cerevisiae의 페닐 에탄올, 에틸 아세테이트 및 메틸 부탄올과 같은 VOC는 감귤 흑반병의 원인 물질인 Guignardia citricarpa의 성장을 억제했습니다. 더욱이, B. amyloliquefaciens에서 방출되는 1,3 펜타디엔, 아세토인, 티오펜과 같은 mVOC는 체리 식물 재배 및 저장 중에 수확 후 병원균인 Monilinia laxa 및 M. fructicola에 대해 효과적이었습니다[64]. Zheng et al. [14]는 또한 박테리아 종(예: B. pumilus, B. amyloliquefaciens 및 Exiguobacterium 아세틸icum)에서 방출된 mVOC(-farnesene)가 수확 후 식물병원성 곰팡이인 Peronophythora litchi에 대한 저항 메커니즘을 가지고 있다는 증거를 제공합니다.
표 1. 미생물 휘발성 화합물 및 식물 질병 통제 요약
표 1. 계속
추가적으로,B. 서브틸리스 및 B. amyloliquefaciens는 Erwinia carotovora subsp.에 대해 2,3-부탄디올을 방출했습니다. 에틸렌 신호 전달 경로에 의해 매개되는 A. thaliana의 carotovora 유발 전신 저항성. 담배에서 2,{5}}부탄디올은 괴사성 박테리아인 E. carotovora subsp.에 대해 ISR을 유도했습니다. carotovora에 대한 반면, 생물영양 세균 병원체인 P. syringae에 대해서는 그렇지 않았습니다. P. polymyxa E681에서 방출된 박테리아 VOC는 애기장대 묘목의 성장 촉진 및 보호에 중요한 역할을 했습니다. 또한 30가지 VOC 혼합물 중에서 tridecane이 P. syringae pv.에 효과적인 것으로 나타났습니다. ISR 메커니즘을 통한 maculicola 균주 ES4326. 박테리아 B. subtilis의 아세토인은 SA 신호 전달 경로를 통해 P. syringae에 대한 A. thaliana의 전신 저항성을 유도했습니다. 옥수수 식물에서 Enterobacter aerogenes의 동일한 mVOC는 북부 옥수수 잎 마름병 곰팡이인 Setosphaeria turcica에 대한 저항성을 유도했습니다. Cladosporium sp.의 mVOC. 식물 병원체 P. syringae에 대한 ISR을 보여주었습니다 [69]. Proteus vulgaris는 옥신, 시토키닌 및 브라시노스테로이드 경로 사이의 대사 상호작용을 통해 A. thaliana의 성장을 조절하는 인돌 mVOC를 생성했습니다. 현장 조건에서 세균성 반점병에 대한 고추 식물의 저항성을 증가시키는 B. amyloliquefaciens가 방출하는 3-펜탄올의 경우처럼 세균성 질병에 대한 세균성 mVOC의 효과가 검증되었습니다(X. axonopodis pv. vesicatoria)는 SA 및 JA 신호 전달 경로를 통해 발생합니다[71]. 스트렙토미세스 종. 아플라톡신 생합성에 관여하는 여러 유전자의 하향 조절을 통해 곰팡이 병원체 Aspergillus flavus에서 아플라톡신 생성을 억제했습니다 [72,73]. Trichoderma 종에 의해 생성된 mVOC에 S. sclerotiorum이 노출되면 S. sclerotiorum의 병독성에 기여할 수 있는 항진균성 2차 대사산물의 해독에 관여하는 4개의 글루타티온 S-트랜스퍼라제 유전자가 상향 조절됩니다[74]. mVOC에 의한 식물 방어 활성화는 시험관 내 및 현장 분석을 포함하여 광범위하게 연구되었습니다. 농업에 직접 사용할 수 있는 제제 및 방법론을 개발하기 위한 향후 연구 라인이 수행되어야 합니다.
3.3. 비생물적 스트레스 개선제로서의 mVOC
생물학적 스트레스 완화 외에도 mVOC는 식물의 비생물적 스트레스 내성도 증가시켰지만 현재까지 제한된 연구가 문서화되었습니다. Zhang et al. [75]는 B. subtilis가 2, 3-부탄디올을 방출하여 Arabidopsis의 내염성과 A. thaliana의 새싹에서 상향 조절되는 뿌리에서 K+ 수송체 1의 발현을 하향 조절하는 데 기여한다는 것을 보여주었습니다. 발현 조절(상향 조절 대 하향 조절)은 Na+ 축적 조절에 도움이 되었으며, 이후 염 스트레스에 대한 내성이 향상되었습니다. 또한 B. subtilis GB03 VOC로 처리된 염 스트레스를 받은 Arabidopsis 식물은 염 스트레스를 받은 식물에 비해 바이오매스 생산량이 더 많고 Na+ 축적이 더 적은 것으로 나타났습니다. P. 클로로라피스에 의해 생산된 동일한 화합물은 가뭄 내성을 나타냈는데, 이는 기공 폐쇄가 증가하고 수분 손실이 감소한 결과였습니다[76]. 후속 연구에서 2,3-부탄디올은 식물의 산화질소(NO) 및 과산화수소 생산을 유도하는 반면, NO 축적의 화학적 교란은 가뭄 시 2,3-부탄디올 자극 식물 생존을 손상시키는 것으로 나타났습니다. 스트레스. 위의 결과는 2,{17}}부탄디올에 의해 유발된 가뭄 내성에서 NO 신호 전달이 중요한 역할을 한다는 것을 나타냅니다[77]. 삼투압 스트레스 하에서 GB03 VOC에 노출된 애기장대는 VOC 처리를 하지 않은 식물보다 더 높은 수준의 콜린과 글리신 베타인을 축적했습니다. Li와 Kang은 Verticillium dahliae의 mVOC가 A. thaliana의 옥신에 의한 염분 스트레스에 대한 방어 신호를 증가시킨다는 것을 입증했습니다. del Rosario-Cappellari와 Banchio [13]에 따르면, M. 피페리타에서 B. amyloliquefaciens가 방출한 아세토인은 염분에 대한 내성이 증가하고 엽록소와 살리실산 함량도 증가한 것으로 나타났습니다. 또한 P. simiae는 대두에서 mVOCs인 페놀-2-메톡시, 스테아르산, 테트라콘탄 및 미리스트산을 방출하여 염 스트레스 하에서 뿌리에서 Na+를 크게 감소시키고 K+ 및 P 흡수를 증가시켰습니다. 이는 또한 콩의 상향 조절에 기인합니다. 퍼옥시다제, 카탈라제, 영양 저장 단백질 및 아질산염 환원효소 유전자[79,80]. 배출은 뿌리의 Na+ 수준을 감소시킬 뿐만 아니라 삼투압 스트레스로부터 세포를 보호하는 프롤린의 축적을 증가시킵니다[80]. B. thuringiensis AZP2와 Paenibacillus polymyxa B는 밀 종자에서 세 가지 휘발성 화합물인 benzaldehyde, -pinene 및 geranyl acetone을 방출했는데, 이는 가뭄 스트레스에 대한 내성이 향상되었으며 건조 중량, 물 사용 효율성 및 항산화 효소 활성도 증가한 것으로 나타났습니다. ]. 레저(Ledger) 등에 따르면 [82], Paraburkholderia phytofirmans PsJN에서 방출되는 mVOCs 2-운데카논, 7-헥사놀, 3-메틸부탄올 및 디메틸 디설파이드는 식물 성장률과 염분에 대한 내성이 증가하는 것으로 나타났습니다. 흥미롭게도 Yasmin et al. [83]은 P. pseudoalcaligenes가 방출하는 mVOC인 디메틸 디설파이드, 2,{40}}부탄디올 및 2-펜틸푸란이 옥수수 식물의 가뭄 스트레스를 완화한다고 보고했습니다. Li et al. [84]는 Rahnella aquatilis JZ-GX1 VOC(2,{46}}부탄디올)가 염 스트레스 조건에서 Robinia pseudoacacia 묘목에 상당한 식물 성장 촉진 효과가 있다고 결론지었습니다. 중요한 것은 JZ-GX1 균주의 VOC에 노출된 아카시아 뿌리 줄기와 잎의 나트륨-칼륨 비율이 대조 샘플의 비율보다 현저히 낮았다는 것입니다. 염분 및 가뭄과 같은 비생물적 스트레스에 대한 식물 내성을 높이는 mVOC의 능력이 식물에서 보고되었습니다. 그러나 비생물적 스트레스 조건에서 작물의 생산성을 높이기 위해 농업 분야에서 mVOC를 정확하게 적용하려면 추가 연구가 필요합니다.
3.4. mVOC는 식물 호르몬 신호를 조절합니다
일부 mVOC는 식물 호르몬의 생합성, 인식 및 항상성을 변형하여 식물 성장을 조절하는 것으로 입증되었습니다. 식물 성장 변형은 살리실산, 자스몬산/에틸렌 및 옥신 신호 전달 경로의 조절에 해당합니다. A. thaliana를 대상으로 한 여러 연구에서는 mVOC가 식물호르몬 경로를 조절할 수 있다는 활력 징후가 나타났습니다. Ryuet al. [29]는 B. subtilis GB03에 의해 방출된 mVOC가 A. thaliana의 사이토키닌 경로를 활성화하여 잎의 표면적에서 중요한 역할을 한다고 보고했습니다. 또한, A. thaliana의 옥신 항상성은 B. subtilis GB03의 mVOC에 의해 조절되는 반면, 옥신 생합성 유전자(NIT1 및 NIT2)와 반응 유전자는 상향 조절되었습니다[85]. Baillyet al. [86]는 A. thaliana의 측근 발달이 옥신 신호 전달 경로의 조절을 통해 Escherichia coli에 의해 방출된 인돌에 의해 조절된다는 것을 증명했습니다. 또한, P. vulgaris JBLS202에서 방출된 mVOC는 A. thaliana의 성장을 위한 사이토키닌, 브라시노스테로이드 및 옥신 경로와 같은 다양한 경로를 조절했습니다[70]. 트리코데르마종(Trichoderma spp.) PIN-auxin 변조를 통해 옥신 신호 경로를 통해 A. thaliana의 뿌리 구조를 변조한 6-pentyl-2H-pyran-2-one(6-PP) 출시 특정 뿌리 조직에서 단백질을 운반합니다. 6-PP는 옥신 수용체(TIR1, AFB2 및 AFB3)의 기능을 조절하여 측근 발달에 영향을 줍니다[87]. 더욱이 A. alternata가 방출하는 VOC는 A. thaliana의 성장에 중요한 역할을 하는 사이토키닌의 축적을 자극하는 것으로 보고되었습니다[46]. 또한, B. methylotrophicus M4-96에서 방출된 mVOC는 A. thaliana의 새싹과 뿌리에서 인돌 아세트산의 농도를 증가시켰는데, 이는 옥신 경로의 활성화가 A. thaliana의 옥신 함량을 증가시켰음을 나타냅니다. Zhou et al. B. amyloliquefaciens 균주 SAY09에서 방출된 mVOC는 향상된 옥신 생합성을 통해 A. thaliana의 카드뮴 독성을 완화했습니다. 또한, B. subtilis SYST2에 의해 방출된 mVOC는 S. lycopersicum 묘목에서 옥신과 사이토키닌의 농도를 증가시켰는데, 이는 생합성과 관련된 유전자의 상향 조절에 의해 뒷받침되었습니다[90]. 최근에는 Jiang et al. [36]은 Bacillus sp.에서 방출된 VOC에 의한 옥신 및 스트리고락톤 작용을 통해 A. thaliana 성장이 강화되었다고 보고했습니다. JC03. 더욱이, R. solani가 방출하는 VOC는 옥신(IAA-2, IAA-19, IAA-29, PIF5 및 HB-2) 및 아브시스산과 관련된 유전자를 상향 조절했습니다. (CYP707A43) A. thaliana의 경로[91]. 흥미롭게도 Verticillium spp.에서 방출되는 mVOC 1-나프틸프탈아민산은 A. thaliana의 성장을 촉진하기 위해 옥신 신호전달을 조절했는데, 이는 돌연변이(AUX1, TIR1 및 AXR1)에서 나타났습니다[48]. 마지막으로, F. luteovirens에 의해 방출된 VOC는 A. thaliana의 측면 뿌리 수를 증가시키고 옥신 유출 운반체 PIN-FORMED 2(PIN2)의 억제를 통해 1차 뿌리 길이의 옥신 축적을 감소시키는 것으로 나타났습니다. 따라서 mVOC는 많은 중요한 신호 및 생리적 과정의 조절에 크게 기여하고 식물의 전반적인 성장과 활력을 향상시킵니다.
4. 종 내 및 종간 상호 작용에 대한 mVOC
미생물 상호작용은 여러 미생물에 의해 방출되는 다양한 화합물과 2차 대사산물로 인해 왕국 내부 및 외부 상호작용에서 중요한 역할을 합니다. mVOC의 다양한 기능은 주요 생리학적 과정을 조절하는 신호 분자를 통한 미생물-미생물 및 미생물-식물 상호작용의 조절에 해당합니다[9-17,49,93-95]. 생성된 mVOC는 여러 종류(케톤, 알코올, 피라진, 알켄, 황화물, 벤젠노이드, 테르펜 등)에 속합니다. mVOC 생산은 미생물 성장 단계, 영양분의 가용성, 산소 및 수분 함량, pH, 온도 등을 포함한 다양한 요인의 영향을 받습니다[4]. mVOC를 생산하는 미생물은 다른 유기체와 소통할 뿐만 아니라 생존 효율을 높여 특정 진화 관련 mVOC 특성을 갖게 됩니다. 동시에, 의사소통하는 (미세) 유기체는 mVOC 인식 및 내성을 위한 생리학적 메커니즘을 개발할 수 있습니다. 따라서 mVOC는 미생물-미생물 통신부터 도메인 간 상호 작용에 이르기까지 생태학적 내부 및 종간 상호 작용의 중재자 역할을 합니다. mVOC는 종 내/종 내 상호작용 및 생화학적 특성의 조절에 대한 다양한 환경적 적응에 대해 입증되었습니다. 본질적인 변화는 pH 변화, 쿼럼 감지 중단, 식물병원성 조절(예: 병독성 단백질 생산)로 인해 발생할 수 있습니다. Joneset al. [96]은 Streptomyces venezuelae가 배지의 pH가 증가하면 트리메틸아민을 합성하여 틈새 시장에서 국지적인 철의 가용성을 감소시킨다는 것을 보여주었습니다. mVOCs 1-운데센, 메틸 티올아세테이트 및 슈도모나스 클로로라피스의 디메틸 디설파이드의 혼합물은 페나진 생합성에 필요한 쿼럼 감지 신호를 감소시키고 N-아실-호모세린 락톤 생합성 유전자의 발현을 억제했습니다[97]. 또한 mVOC인 leudiazen은 Pseudomonas syringae pv.에서 망고톡신 생산을 조절할 수 있습니다. 주사기 [98]. 또한, mVOC는 식물병원성을 조절하고 항균 물질로 작용하여 P. syringae pv.에 의한 필로스피어의 집락화를 촉진할 수 있습니다. 주사기.
mVOC의 광범위한 다양성은 왕국 간 복잡하지만 아직 알려지지 않은 상호 작용을 중재하며, 이러한 속성은 mVOC의 특이성과 교차 반응성의 중요성과 진화적 중요성을 강조합니다[4,25,28]. 예를 들어, 일반적으로 토양에서 확인되는 지오스민은 분류학적으로 멀리 떨어져 있는 유기체인 Streptomyces와 토양 절지동물인 Folsomia candida 사이의 상호 작용을 통해 곤충의 후각 수용체와 연결되어 있습니다[99]. Streptomyces에 의한 geosmin과 2- methylisoborneol의 생산이 F. candida를 유인한다는 연구는 거의 없습니다[99-101]. 이러한 왕국 간 상호 작용에서 F. candida는 표피에 대한 먹이 및 부착을 통해 박테리아 포자의 분산을 지원하며, 이는 차례로 더 높은 절지동물 탈피 및 산란과 같은 번식 성공을 통해 이익을 얻습니다. 또 다른 연구에서는 Listeria monocytogenes 박테리아가 방출하는 일련의 mVOC(데카날, 2-에틸헥실 아세테이트, 3,5-디메틸벤즈알데히드 및 에틸 아세테이트 포함)가 토양에서 원생동물인 Euglena gracilis를 유인하는 것으로 나타났습니다[102]. 이 원생동물은 특정 박테리아 분류군을 먹으며, 포식에 저항하기 위한 적응 특성의 지속성과 진화를 선호함으로써 강한 선택압을 가합니다[103]. B. cinerea 및 A. alternata의 포자 형성이 감소하고, 식물 방어 반응의 증가는 T. asperellum의 구별 화합물인 6-pentyl-pyrone에 기인합니다[60]. mVOC는 또한 Verticillium longisporum P. polymyxa[104]와 Aspergillus flavus-Ralstonia solanacearum[105] 사이의 양방향 종간 통신을 촉진합니다. B. amyloliquefaciens는 mVOC인 피라진과 2,{23}}디메틸 피라진을 방출하여 식물의 필로스피어에서 자스몬산과 살리실산 경로 매개 방어를 모두 유도합니다[106]. 더욱이, 박테리아와 곰팡이가 서로 소통하는 능력은 미생물 세계의 놀라운 측면입니다. Schmidtet al. [107]은 곰팡이 병원체 Fusarium culmorum이 방출하는 VOC에 노출된 박테리아 Serratia plymuthica의 전사체학 및 단백질체학 분석을 수행했습니다. 그들은 박테리아가 곰팡이 VOC에 반응하고 운동성, 신호 전달, 에너지 대사, 세포 외피 생물 발생 및 2차 대사산물 생산과 관련된 유전자 및 단백질 발현을 변화시키는 것을 발견했습니다. 따라서 미생물과 mVOC의 생태와 적응은 생태진화 역학 메커니즘의 평가를 설명하고 이에 따라 mVOC의 특이성과 교차 반응성을 결정합니다.
cistanche tubeulosa - 면역 체계를 향상시킵니다.
5. mVOC에 관한 최근 연구
식물 및 토양 관련 미생물은 다양한 mVOC를 방출하며 이는 보고되었습니다(표 2). 그러나 오늘날에도 많은 mVOC의 생태학적, 생리학적 기능은 자세히 이해되지 않으며 추가 연구가 필요합니다. Acinetobacter, Arthrobacter, Bacillus, Microbacterium, Pantoea, Pseudomonas 및 Stenotrophomonas sp.로 구성된 내생 박테리아에 의해 방출되는 휘발성 유기 화합물. 곰팡이 병원균, 즉 Alternaria alternata 및 Corynespora cassiicola의 성장을 억제했습니다. 최근 연구에서는 토양 곰팡이가 식물 성장과 보호를 향상시키는 mVOC를 생산하는 능력을 보여주었습니다 [39,109-111]. Velásquezet al. [39]는 수지상 균근 곰팡이인 Funneliformis mosseae와 식물 성장을 촉진하는 뿌리박테리움 Ensifer meliloti의 상호 작용 동안 mVOC 생산 패턴의 차이를 보여주었으며, 이는 지속 가능한 포도원 관리에서 명백한 역할을 명시했습니다. 이 연구에서 모노테르펜은 증가된 식물 방어에 의해 F. mosseae에 의해 강력하게 강화된 반면, E. meliloti는 mVOC 생산 및 방어에 큰 영향을 미치지 않았습니다. 뿌리 생태계와 토양에서 발견되는 Trichoderma 균주는 VOC에 의한 식물 성장을 향상시키는 유익한 효과가 있습니다. 내생 곰팡이인 Trichoderma asperellum에서 방출된 VOC는 잎 반점 병원균인 Corynespora cassiicola 및 Curvularia aeria에 대해 강력한 항진균 활성을 나타냈으며 상추의 식물 성장을 촉진했습니다[112]. 더욱이, mVOC는 내생균 Trichoderma spp. - Sclerotinia sclerotiorum, Sclerotium rolfsii 및 Fusarium oxysporum이 mycoparasitism을 통해 상호작용하는 것으로 보고되었습니다[113]. 이전 연구에서는 비병원성 F. oxysporum의 mVOC가 Verticillium 시들음 퇴치에 효과적인 것으로 밝혀졌으며 향후 식물 보호 전략에서 비병원성 종의 중요성이 드러났습니다[114]. 최근에는 Junior et al. [115] 전통적인 합성 살균제의 사용을 줄이기 위한 대안으로 mVOC의 중요성을 보여주었습니다. 그들은 효모 Starmerella bacillaris가 휘발성 유기 화합물을 합성하여 사과회색곰팡이병(B. cinerea) 질병을 감소시키고 벤질 알코올에 의해 매개되는 항균 생물학적 제어 활성과 함께 사이다 향기로운 정성 프로필을 조절한다는 것을 발견했습니다. 식물 성장 촉진 및 식물 보호 외에도 수확 후 질병 통제도 VOC의 향상된 이점으로 설명되었습니다. Aureobasidium pullulansi L1 및 L8 균주는 수확 후 관리에서 돌썩음병 과일의 갈색 부패병과 싸울 때 두 가지 효모 균주인 Monilinia fructigena 및 M. fructicola에 대한 길항 활성을 나타냈습니다[116]. 최근 연구에서는 mVOC에 의한 수확 후 열매 병원균인 P. litchii의 효과적인 생물학적 방제가 입증되었습니다. 그들은 벤조티아졸이 P. litchii에 대해 길항제 효과를 갖는 반면, -farnesene은 식물 방어 메커니즘을 유도할 수 있음을 발견했습니다[14,21]. 많은 곰팡이 VOC는 식물 분자에 의해 생성된 천연 향료 및 향과 동일한 것으로 밝혀졌으며 따라서 화학, 사료, 제약, 식품 및 화장품 산업에서 매우 중요합니다.
Moritaet al. [117] Bacillus pumilus는 mVOC, 특히 메틸 이소부틸 케톤, 에탄올, 5-메틸-2-헵탄온 및 S-2-메틸부틸아민을 방출하여 식품 품질 저하에 대한 항진균 스펙트럼 효과가 있음을 입증했습니다. 보관 중 곰팡이. 또한, 흑후추의 내생균 Pseudomonas putida BP25는 난균 병원체(Phytophthora capsici 및 Pythium myriotylum), 곰팡이 병원체(Rhizoctonia solani, Colletotrichum gloeosporioides, Athelia rolfsii, Gibberella moniliformis 및 Magnaporthe oryzae), 박테리아 퇴치를 위한 환경 친화적인 접근 방식으로 입증되었습니다. 병원체(Ralstonia pseudosolanacearum) 및 식물 기생 선충(Radopholus similis) [19]. 벤조산 에틸 에스테르, 3-메틸-부탄산 및 2-에틸-1-헥산올은 일반적인 벼인 R. solani가 유발하는 벼의 근권 영역에 존재하는 고유의 휘발성 유기 화합물이었습니다. 칼집 마름병 병원체 [118]. 바실러스 종. 아보카도 근권에서는 Fusarium sp.로 인한 질병을 막기 위해 케톤, 피라진 및 황 함유 화합물을 포함한 휘발성 유기 화합물을 합성했습니다. [119]. B. subtilis CF-3는 2,4-di-tert-부틸티오페놀 및 벤조티아졸을 포함한 휘발성 유기 화합물을 분비하여 Colletotrichum gloeosporioides 및 Monilinia fructicola에 대한 잠재적인 항진균 활성을 보여 발효를 방해합니다[120]. B. subtilis CF-3는 복숭아의 페닐알라닌 암모니아 분해효소, 키티나아제 및 -1,{27}}글루카나아제를 포함하는 질병 저항성 효소의 활성화를 통해 Monilinia fructicola와 싸우기 위해 휘발성 유기 화합물을 분비했습니다. ]. B. velezensis CT32가 생성한 휘발성 유기 화합물은 Verticillium dahliae 및 F. oxysporum에 대해 항진균 및 생물훈증 특성을 보여 혈관 시들음을 유발했습니다[122]. 따라서 광범위한 항균 활성은 mVOC의 효능을 확증합니다[19]. 이 연구는 식물 생태계에서 미생물에 의해 분비되는 mVOC가 토양과 식물 건강에 기여하는 유익한 토양 자원에 중요한 영향을 미칠 수 있음을 입증했습니다.
Streptomyces sp.에서 뚜렷한 훈증 활성과 항진균 가능성이 확인되었습니다. 딸기에서 B. cinerea를 조절하는 S97-균주 유래 휘발성 유기 화합물. Streptomyces yanglinensis 3-10은 A. flavus 및 A. parasiticus를 억제하는 데 있어 훈증 가능성을 갖는 휘발성 유기 화합물을 생성하여 땅콩 커널 저장 환경을 오염시킵니다[73]. Wickerhamomyces anomalus, Metschnikowia pulcherrima, Aureobasidium pullulans 및 Saccharomyces cerevisiae 유래 휘발성 유기 화합물로 구성된 생물학적 방제 효모는 포장 시나리오에서 수확 후 손실을 방지하기 위한 이산화탄소와의 생물학적 방제 효율성과 시너지 효과를 보여주었습니다[124]. 멜로이도기인 기반 질병 복합체는 생물학적 방제 살선충제의 휘발성 유기 화합물과 연관되어 있습니다[125]. 바나나 바구미 해충을 퇴치하기 위해 곤충병원성 진균인 Beauveria bassiana(Bb1TS11) 및 Metarhizium Roberts(Mr4TS04)에서 합성된 휘발성 유기 화합물을 사용하여 Cosmopolites sordidus를 체포했습니다[126]. 1-Pseudomonas sp.를 촉진하는 식물 성장 유래 운데칸. ST-TJ4는 다양한 식물병원성 진균에 대한 혼농임업 생태계의 지속 가능한 관리에 효과적인 휘발성 유기 화합물을 밝혀냈습니다[127]. 휘발성 유기 화합물은 또한 가문비나무 딱정벌레에서 곤충-미생물 공생 연관성을 해독하는 데 효과적인 것으로 입증되었습니다. Ips typographus는 산림 해충 관리 전략을 보여줍니다[128]. 또한, 인구 증가와 식량 공급 수요 증가에 대처하고 지속 가능한 농업을 보장하기 위해 화학 비료와 살충제를 미생물 공급원에서 추출한 휘발성 유기 화합물로 대체합니다[1,15,25,28,93]. 지난 5년 동안 업데이트된 연구 시나리오는 지속 가능한 농업 관리에 휘발성 유기 화합물을 사용하기 위한 고급 방법론과 전략을 설명합니다. 따라서 mVOC의 장단점을 평가하는 목록화 프로젝트가 필요합니다. 또한 더 나은 미래를 위해 지속 가능한 농업 개발 목표를 개선하려면 지속 가능한 농업에서 mVOC의 작용 방식, 특이성 및 민감도를 해독하기 위한 복잡한 연구가 필요합니다.
표 2. 미생물 휘발성 유기 화합물과 잠재적인 생물학적 역할
6. mVOC의 환경친화성과 한계
미생물로부터 합성된 mVOC와 그 상호작용에 대한 논의를 통해 지속가능한 농업과 발전을 위한 mVOC의 효능과 특이성이 확인되었습니다. 그럼에도 불구하고 mVOC는 식물 성장의 더 나은 관리를 위해 집중되어 왔습니다. 고유 메커니즘에는 식물 성장 조절, 식물 병원체 억제, 식물 방어 신호 프라이밍, 식물 방어 유도, 호르몬 매개 식물 항상성, 항균 효능 등이 포함됩니다 [1,2,25,28,93,94]. 따라서 mVOC 영역에서는 휘발성 유기 화합물의 응용과 지속 가능한 농업을 확인하는 데 있어 잠재적인 상호 작용을 도출하기 위한 복잡하고 집중적인 연구가 필요합니다(그림 2). 또한 내생 곰팡이 유래 mVOC는 항균 및 항진균 특성에 대해 광범위하게 검토되어 식물 독성 영향을 확인했습니다 [56,113,129-131]. 그럼에도 불구하고, mVOC에 의해 채택된 해독 전략은 지속 가능한 농업을 확립하는 데 잠재적인 이점을 가질 것입니다[129-132]. mVOC의 해독 잠재력은 식물 생물학자들에 의해 광범위하게 보고되었으며 포도원 토양(포도 재배)에서 장기적인 토양 비옥도가 보고되었습니다[130]. 더욱이, 식물-미생물 상호 작용에서 휘발성 유기 화합물은 식물의 휘발성 물질 인식, 수용체 매개 세포내이입 메커니즘 및 휘발성 물질의 차별적 프로파일링에 대한 복잡한 분자 연구 후에 연속적인 현장 시험으로 이어질 것입니다[132]. 또한, 수확 후 손실 질병은 효과적인 관리를 위해 mVOC를 사용한 생물훈증을 통해 해결되었습니다[133-138]. 따라서 미생물 기반 휘발성 유기 화합물의 다양한 이점은 더 나은 농업 환경 친화성과 지속 가능성을 위해 요약됩니다.
그림 2. 지속가능한 농업의 목표와 통합 영역.
미생물 성장 조건, 미생물 군집, 영양소 가용성, 산소, 온도 및 pH와 같은 다양한 환경 요인이 mVOC 생산에 영향을 미칩니다[104-107]. 이러한 환경적 요인으로 인해 그 효과가 개별 분자에 미치는 영향인지, 그 메커니즘은 무엇인지 확인하기가 어려웠습니다. 따라서 이러한 휘발성 물질의 상업적 적용은 경제적 의미에 비해 매우 제한적입니다. 또한 실험실마다 현장마다 휘발성 화합물 효과에 다양한 차이가 있습니다. 결과의 비재현성, 신뢰성 및 비용 효율적인 적용은 스마트 농업 관행의 적용을 예측합니다. 지속 가능한 농업을 위해서는 휘발성 유기 화합물의 지속적인 모니터링을 위한 빅 데이터 컴퓨팅 분석, 표현형 분석 및 센서의 통합이 강조됩니다[105-107]. 따라서 휘발성 물질의 적용 가능성에 대한 제한 사항은 비용 효율적인 기술 발전과 환경 친화적인 관리 접근 방식을 사용하여 해결할 수 있습니다.
남성의 면역체계 강화를 위한 시스탄체의 효능
Cistanche Enhance Immunity 제품을 보려면 여기를 클릭하십시오.
【추가 요청】 이메일:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692
7. 결론 및 향후 전망
식물-미생물 상호 작용, 미생물-미생물 상호 작용 및 지속 가능한 농업 및 식물 생산성에 대한 각각의 긍정적인 이점에 대한 mVOC 연구는 향후 발전을 위해 정교화되었습니다. 식물 성장 촉진, 식물 방어, 스트레스 내성 및 ISR 메커니즘에 대한 연구는 mVOC의 중요성과 지속 가능한 농업에서 mVOC의 중요한 역할을 나타냅니다. 또한, 보다 지속 가능한 농업 관행을 위해 휘발성 물질의 인식, 상호 작용 경로 및 유전자 조절과 관련된 실험의 실험실에서 현장으로의 전환이 강화되었습니다. 환경 친화적이고 비용 효율적인 현장 시험, 수경재배에 대한 새로운 통합, 변덕스러운 성공률은 지속 가능성 연구의 새로운 길을 열 수 있습니다. 또한, 휘발성 물질은 녹색 혁명 2의 대부분의 연구 전망에 기여할 것입니다.0 농업 영양을 위한 유기농 투입 증가로 대규모 화학 비료 및 살충제 사용을 능가합니다. 식물-미생물 상호 작용에서 다양한 mVOC의 효능이 널리 연구되었지만 관련된 정확한 메커니즘은 아직 알려져 있지 않습니다. 이는 mVOC 및 식물-미생물 상호 작용 연구에 대한 더 많은 연구가 중요하다는 것을 의미합니다. 따라서 미래의 관점에서는 생리적 메커니즘을 인증하고 휘발성 물질, 특히 VOC에 대한 현장 시험의 성공에 있어 유망한 다중 오믹스, 빅 데이터 분석 및 바이오센서 기술을 보유하게 될 것입니다.
참고자료
1. 칸치스와미, CN; 말노이, M.; Maffei, ME 지속 가능한 농업을 위한 박테리아 및 곰팡이 휘발성 물질을 생물탐사합니다. 동향 식물 과학. 2015, 20, 206–211. [상호참조]
2. Schalchli, H.; 토르텔라, GR; 루빌라르, O.; 파라, L.; 호르마자발, E.; Quiroz, A. 곰팡이 휘발성 물질: 식물의 병원성 미생물을 제어하는 환경 친화적인 도구입니다. 치명타 Rev. Biotechnol. 2016, 36, 144–152. [상호참조]
3. Schenkel, D.; 렘팩, MC; 피에출라, B.; Splivallo, R. 지하 뿌리 및 미생물 휘발성 물질의 다양성과 특이성을 평가하기 위한 메타 분석 접근법. 앞쪽. 식물 과학. 2015, 6, 707. [CrossRef] [PubMed]
4. 슐츠-봄, K.; 마틴-산체스, L.; Garbeva, P. 미생물 휘발성 물질: 왕국 내 및 왕국 간 상호 작용에서 중요한 역할을 하는 소분자. 앞쪽. 미생물. 2017, 8, 2484. [CrossRef] [PubMed]
5. 베셀로바, A.; 버지니아주 플류타; Khmel, IA 박테리아 기원의 휘발성 화합물: 구조, 생합성 및 생물학적 활동. 미생물학 2019, 88, 261-274. [상호참조]
6. Poveda, J. 식물에서 미생물 휘발성 유기 화합물(MVOC)의 유익한 효과. 신청 토양 에코. 2021, 168, 104118. [상호참조]
7. 렘팩(Lemfack), MC; 니켈, J.; 둔켈, M.; 프레이스너, R.; Piechulla, B. mVOC: 미생물 휘발성 물질 데이터베이스. 핵산 해상도. 2014, 42, D744–D748. [상호참조]
8. 렘팩(Lemfack), MC; 골케, BO; 토금, SMT; 프레이스너, S.; 피에출라, B.; Preissner, R. mVOC 2.0: 미생물 휘발성 물질의 데이터베이스. 핵산 해상도. 2018, 46, D1261–D1265. [상호참조]
9. 토마스, G.; 전체적으로 D.; Birkett, M. 살충제와 비료를 대체하기 위해 미생물 휘발성 물질을 활용합니다. 미생물. 생명공학. 2020, 13, 1366-1376. [상호참조]
10. 리, F.; 탕, M.; 탕, X.; 썬, W.; 공제이; Yi, Y. Bacillus subtilis–Arabidopsis thaliana: 식물과 박테리아 사이의 상호 교환에서 휘발성 유기 화합물의 역할을 연구하기 위한 모델 상호 작용 시스템. 식물학 2019, 97, 661-669. [상호참조]
11. Jalali, F.; 자파리, D.; Salari, H. 일부 Trichoderma spp.의 휘발성 유기 화합물. 애기장대(Arabidopsis thaliana)의 성장을 증가시키고 내염성을 유도합니다. 곰팡이 Ecol. 2017, 29, 67–75. [상호참조]
12. 리, 엔.; Kang, S. Fusarium oxysporum과 Verticillium dahliae가 생성하는 휘발성 화합물이 식물의 스트레스 내성에 영향을 줍니까? 균류학 2018, 9, 166-175. [상호참조]
13. 델 로사리오-카펠라리, L.; Banchio, E. Bacillus amyloliquefaciens GB03에 의해 생성된 미생물 휘발성 유기 화합물은 주로 아세토인 방출을 통해 Mentha Piperita의 염분 스트레스 영향을 개선합니다. J. 식물 생장 규칙. 2019, 39, 764-775. [상호참조]
14. 정, L.; 시투, JJ; 주, QF; 사이, PG; 정, Y.; 리우, HX; Zhou, X. 수확 후 열매 병원체 Peronophythora litchii의 생물학적 방제를 위한 휘발성 유기 화합물의 식별. 수확 후 Biol. 기술. 2019, 155, 37–46. [상호참조]
15. VL 우세글리오; 피졸리토, RP; 로드리게스, C.; 주니노 의원; 자이가들로, JA; 버지니아주 아레코; Dambolena, JS Fusarium verticillioides와 옥수수 알맹이 사이의 상호작용에서 나오는 휘발성 유기 화합물은 Sitophilus zeamais의 천연 방충제입니다. J. 스토. 찌르다. 결의안. 2017, 73, 109–114. [상호참조]
16. 라저, 푸에르토리코; 우, H.; 시에, Y.; 시에, S.; 라자, W.; 타히르, HAS; Gao, X. 토양 분리균인 Bacillus subtilis FA26에 의해 생성된 휘발성 유기 화합물은 Clavibacter michiganensis ssp의 세포에 불리한 초구조적 변화를 유도합니다. 감자 고리썩음병의 원인균인 세페도니쿠스(Sepedonicus). 미생물학 2017, 163, 523-530.
17. 왕, Z.; 종, T.; 첸, X.; 양, B.; 두, M.; 왕, K.; 잘란, Z.; Kan, J. 수확 후 감귤류 녹색 곰팡이 부패를 제어하기 위한 생물학적 훈증제로서 Pseudomonas florescens ZX가 방출하는 휘발성 유기 화합물의 가능성. J. Agric. 음식. 화학. 2021, 69, 2087~2098. [상호참조]
18. 조르지오, A.; 드 스트라디스, A.; 칸토레, P.; Iacobellis, NS Sclerotinia sclerotiorum에 대한 잠재적인 생물학적 방제 뿌리박테리아에 의해 생성된 휘발성 유기 화합물의 살생물제 효과. 앞쪽. 미생물. 2015, 6, 1056. [상호참조]
19. VN 아기샤; 쿠마르, A.; 에펜, SJ; 셰오란, N.; Suseelabhai, R. 다양한 식물 병원체에 대한 내생 Pseudomonas putida BP25의 휘발성 유기 화합물의 광범위한 스펙트럼 항균 활성. 생물학적 제어 과학. 기술. 2019, 29, 1069-1089. [상호참조]
20. 오소비키, A.; 자프라, S.; Garbeva, P. 근권 분리균 Pseudomonas donghuensis P482의 항균 휘발성 힘. PLoS ONE 2017, 12, e0174362. [상호참조]
21. 싱, M.; 정, L.; 덩, Y.; 쉬, D.; 시, 피.; 리, M.; 콩, G.; Jiang, Z. 열매 노균병 병원체 Peronophythora litchii에 대한 천연 휘발성 유기 화합물의 항진균 활성. Molecules 2018, 23, 358. [CrossRef] [PubMed]
22. Pingali, PL 녹색 혁명: 영향, 한계 및 앞으로 나아갈 길. 진행 Natl. Acad. 과학. 미국 2012, 109, 12302-12308. [상호참조] [PubMed]
23. 엘리아저 넬슨, ARL; 라비찬드란, K.; 미국 안토니(Antony). 녹색 혁명이 인도 토착 작물에 미치는 영향. J.Ethn. 식품 2019, 6, 1–10. [상호참조]
24. 핀체이라, P.; Quiroz, A. 식물 성장 유도제로서의 미생물 휘발성 물질. 미생물. 결의안. 2018, 208, 63–75. [상호참조] [PubMed]
25. 바이스코프, L.; 슐츠, S.; Garbeva, P. 왕국 내 및 왕국 간 상호 작용에서 미생물 휘발성 유기 화합물. Nat. 미생물 목사. 2021, 19, 391-404. [상호참조] [PubMed]
26. 샤리피, R.; Ryu, CM 박테리아 휘발성 매개 식물 성장 촉진 재검토: 과거로부터의 교훈과 미래를 위한 목표. 앤. 봇. 2018, 122, 349–358. [상호참조]
27. 티아기, S.; 물라, SI; 이경진; 채 JC; Shukla, P. VOCs 매개 호르몬 신호 및 식물 성장 촉진 미생물과의 누화. 치명타 Rev. Biotechnol. 2018, 38, 1277-1296. [상호참조]
28. 샤리피, R.; 전재수; Ryu, CM 휘발성 화합물을 통한 지하 식물-미생물 통신. J. 특급. 봇. 2022, 73, 463–486. [상호참조]
29. 류CM; 매사추세츠주 패럿트; 후, CH; 레디, MS; 웨이, HX; 파레, PW; Kloepper, JW 박테리아 휘발성 물질은 Arabidopsis의 성장을 촉진합니다. 진행 Natl. Acad. 과학. 미국 2003, 100, 4927-4932. [상호참조]
30. 아사리, S.; 마첸, S.; 매사추세츠주 피터슨; 베자이, S.; Meijer, J. Bacillus amyloliquefaciens 휘발성 화합물의 다양한 효과: 식물 성장 촉진 및 식물 병원체의 성장 억제. FEMS 미생물. Ecol. 2016, 92, fiw07. [상호참조]
31. 래스, M.; 미첼, TR; Bacillus mojavensis RRC101이 생산하는 금, SE 휘발성 물질은 식물 성장 조절제 역할을 하며 배양 의존성이 높습니다. 미생물. 결의안. 2018, 208, 76–84. [상호참조]
32. 카이, M.; 하우스테인, M.; 몰리나, F.; 페트리, A.; 숄츠, B.; Piechulla, B. 세균성 휘발성 물질 및 활동 잠재력. 신청 미생물. 생명공학. 2009, 81, 1001-1012. [상호참조]
33. 조우, C.; 리, Z.; Yu, D. Bacillus megaterium 균주 XTBG34는 2-펜틸푸란을 생산하여 식물 성장을 촉진합니다. J. 미생물. 2010, 48, 460-466. [상호참조]
34. 구티에레스-루나, FM; 로페즈-부시오, J.; Altamirano-Hernandez, J.; 발렌시아-칸테로, E.; 드 라 크루즈, HR; Macías-Rodríguez, L. 식물 성장 촉진 rhizobacteria는 휘발성 유기 화합물 방출을 통해 Arabidopsis thaliana의 뿌리 시스템 구조를 조절합니다. 공생 2010, 51, 75–83. [상호참조]
35. 블롬, D.; 파브리, C.; 에벌, L.; Weisskopf, L. 박테리아에 의한 Arabidopsis thaliana의 휘발성 매개 사멸은 주로 시안화수소 때문입니다. 신청 환경. 미생물. 2011, 77, 1000-1008. [상호참조]
36. 장, CH; 시에, YS; 주, K.; 왕, N.; 리, ZJ; 유, GJ; Guo, JH Bacillus sp.가 방출하는 휘발성 유기 화합물. JC03은 옥신과 스트리고락톤의 작용을 통해 식물의 성장을 촉진합니다. 식물 생장 규칙. 2019, 87, 317–328. [상호참조]
37. 핀체이라, P.; 벤투르, H.; 무티스, A.; 파라다, M.; Quiroz, A. 다양한 박테리아 종에서 방출되는 휘발성 유기 화합물에 대한 Lactuca sativa의 성장 촉진. 미생물. 결의안. 2016, 193, 39–47. [상호참조]
38. Orozco-Mosqueda, M.; Macías-Rodríguez, LI; 산토요, G.; Farías-Rodríguez, R.; Valencia-Cantero, E. Medicago truncatula는 Sinorhizobium meliloti가 생성하는 휘발성 유기 화합물에 반응하여 철분 흡수 메커니즘을 증가시킵니다. 폴리아 미생물. 2013, 58, 579-585. [상호참조]
39. 벨라스케스, A.; 베가-셀레돈, P.; 피아스키, G.; 아뇰루치, M.; 아비오, L.; 지오바네티, M.; 도노프리오, C.; Seeger, M. Vitis vinifera cv의 반응. 수지상 균근 곰팡이인 Funneliformis mosseae와 식물 성장을 촉진하는 뿌리박테리움 Ensifer meliloti의 까베르네 소비뇽 뿌리에는 휘발성 유기 화합물의 변화가 포함되어 있습니다. 균근 2020, 30, 161-170. [상호참조]
40. MV 산토로; Zygadlo, J.; 지오다노, W.; Banchio, E. 뿌리박테리아의 휘발성 유기 화합물은 에센셜 오일의 생합성과 페퍼민트(Mentha Piperita)의 성장 매개변수를 증가시킵니다. 식물물리학. 생화학. 2011, 49, 1177-1182. [상호참조]
41. 박, YS; 두타, S.; 앤, M.; Raaijmakers, JM; Park, K. 새로운 휘발성 유기 화합물을 통한 Pseudomonas florescens SS101 균주에 의한 식물 성장 촉진. 생화학. 생물 물리학. 결의안. 커뮤니케이터 2015, 461, 361-365. [상호참조] [PubMed]
42. 콘트레라스-코르네호, HA; Macías-Rodríguez, L.; 헤레라-에스트렐라, A.; Lopez-Bucio, J. Trichoderma virens의 4-포스포판테테인 전이효소는 휘발성 유기 화합물 방출을 통해 Botrytis cinerea에 대한 식물 보호에 역할을 합니다. 식물 토양 2014, 379, 261-274. [상호참조]
43. 헝, R.; 이석수; Bennett, JW Arabidopsis thaliana는 Trichoderma 휘발성 유기 화합물의 효과를 테스트하기 위한 모델 시스템입니다. 곰팡이 Ecol. 2013, 6, 19–26. [상호참조]
44. 이성수; Hung, R.; 넵, M.; Bennett, JW 나이 문제 Trichoderma atroviride가 방출하는 휘발성 유기 화합물이 식물 성장에 미치는 영향. 아치. 미생물. 2015, 197, 723-727. [상호참조] [PubMed]
45. 리, J.; Ezquer, I.; 바하지, A.; 몬테로, M.; 오베카, M.; 바로자-페르난데스, E.; 무뇨스, FJ; 메리다, A.; 알마그로, G.; 히달고, M.; 외. 애기장대 잎에서 예외적으로 높은 수준의 전분의 미생물 휘발성 유도 축적은 NTRC 및 전분 합성 효소 클래스 III 및 IV와 관련된 과정입니다. 몰. 식물-미생물 상호작용. 2011, 24, 1165-1178. [상호참조]
46. 오전 산체스-로페즈; 바슬람, M.; 드 디에고, N.; 무노즈, FJ; 바하지, A.; 알마그로, G.; 가르시아-고메즈, P.; 리, J.; 험플리크, JF; 노박, O.; 외. 다양한 식물병원성 미생물이 방출하는 휘발성 화합물은 사이토키닌 작용을 통해 식물의 성장과 개화를 촉진합니다. 식물 세포 환경. 2016, 39, 2592-2608. [상호참조]
47. 쉔켈, D.; 마치아-비센테, JG; 비셀, A.; Splivallo, R. Fungi는 토양 휘발성 유기 화합물을 조절하여 식물 뿌리 구조에 간접적으로 영향을 미칩니다. 앞쪽. 미생물. 2018, 9, 1847. [상호참조]
48. 리, 엔.; 왕, W.; 비타스, V.; 수바라오, K.; 리우, X.; Kang, S. 다양한 Verticillium 종에서 방출되는 휘발성 화합물은 옥신 신호 전달을 조작하여 식물 성장을 향상시킵니다. 몰. 식물-미생물 상호작용. 2018, 31, 1021–1031. [상호참조]
49. 정재호; 송, GC; Ryu, CM 좋은 박테리아의 달콤한 향기: 식물의 성장과 면역을 위한 박테리아의 휘발성 화합물에 대한 사례 연구. 식물 몰. Biol. 2016, 90, 677-687. [상호참조]
50. 페르난도, WGD; 라마라트남, R.; 크리쉬나무티, AS; Savchuk, SC 생물학적 방제에서 잠재적인 세균성 유기 항진균 휘발성 물질의 식별 및 사용. 토양생물. 생화학. 2005, 37, 955-964. [상호참조]
51. 매사웨, VC; 하니프, A.; 파르잔드, A.; 음부루, DK; 오콜라, SO; 우, L.; 구Q.; 타히르, HAS; 우, H.; Gao, X. 내생균 Bacillus spp.의 휘발성 화합물. Sclerotinia sclerotiorum에 대한 생물학적 방제 활성이 있습니다. 식물병리학 2018, 108, 1373-1385. [상호참조]
52. 카이, M.; 에프메르트, U.; 버그, G.; Piechulla, B. 박테리아 길항제의 휘발성 물질은 식물 병원체 Rhizoctonia solani의 균사체 성장을 억제합니다. 아치. 미생물. 2007, 187, 351-360. [상호참조]
53. 라자, W.; 링, N.; 양, L.; 황, Q.; Shen, Q. 생물학적 방제 균주인 Bacillus amyloliquefaciens SQR-9에 의해 생성된 휘발성 유기 화합물에 대한 토마토 시들음 병원체 Ralstonia solanacearum의 반응. 과학. 2016, 6, 24856. [상호참조]
54. 라자, W.; 왕, J.; 우, Y.; 링, N.; 웨이, Z.; 황, Q.; Shen, Q. Bacillus amyloliquefaciens가 생성한 휘발성 유기 화합물이 토마토 박테리아 시들음 병원균 Ralstonia solanacearum의 성장 및 병독성 특성에 미치는 영향. 신청 미생물. 생명공학. 2016, 100, 7639-7650. [상호참조]
55. 시에, S.; 장, H.; 우준, H.; 우딘 라저, F.; Gao, X. Xanthomonas oryzae pv.에 대한 Bacillus 균주 D13에 의해 생성된 휘발성 물질의 항균 효과. 오리자. 몰. 식물 파톨. 2018, 19, 49–58. [상호참조]
56. 오전 미첼; 조지아주 스트로벨; 무어, E.; 로비슨, R.; Sears, J. 새로운 내생균인 Muscodor 크리스판의 휘발성 항균제. 미생물학 2010, 156, 270-277. [상호참조]
57. Syed-Ab-Rahman, SF; 샤오, Y.; 카르발하이스, LC; 퍼거슨, BJ; Schenk, PM Phytophthora capsici 감염 억제 및 토양 박테리아에 의한 토마토 성장 촉진. 근권 2019, 9, 72–75. [상호참조]
58. 라자, W.; 링, N.; 리우, D.; 웨이, Z.; 황, Q.; Shen, Q. Pseudomonas florescens WR-1이 생산하는 휘발성 유기 화합물은 Ralstonia solanacearum의 성장과 병독성 특성을 제한합니다. 미생물. 결의안. 2016, 192, 103–113. [상호참조]
59. 키시모토, K.; 마츠이, K.; 오자와, R.; Takabayashi, J. Volatile 1-octen-3-ol은 Arabidopsis thaliana에서 방어 반응을 유도합니다. J. Gen. Plant Pathol. 2007, 73, 35–37. [상호참조]
60. Kottb, M.; Gigolashvili, T.; 그로스킨스키, DK; Piechulla, B. Trichoderma 휘발성 물질이 애기장대에 영향을 미칩니다: 억제부터 식물병원성 진균에 대한 보호까지. 앞쪽. 미생물. 2015, 6, 995. [상호참조]
61. 에르난데스-레온, R.; 로하스-솔리스, D.; 콘트레라스-페레즈, M.; 델 카르멘 오로스코-모스케다, M.; Macías-Rodríguez, LI; Reyes-de la Cruz, H.; 발렌시아-칸테로, E.; Santoyo, G. Pseudomonas florescens 균주에 의해 생성된 확산성 및 휘발성 유기 화합물의 항진균 및 식물 성장 촉진 효과의 특성화. Biol. 제어 2015, 81, 83–92. [상호참조]
62. 로하스-솔리스, D.; Zetter-Salmon, E.; 콘트레라스-페레즈, M.; 로차-그라나도스, MC; Macías-Rodríguez, L.; Santoyo, G. Pseudomonas stutzeri E25 및 Stenotrophomonasmaltophilia CR71 내생 식물은 항진균성 휘발성 유기 화합물을 생성하고 추가적인 식물 성장 촉진 효과를 나타냅니다. 생체 촉매. 농업. 생명공학. 2018, 13, 46–52. [상호참조]
63. 피알호, MB; 토파노, L.; 페드로소, MP; 아우구스토, F.; Pascholati, SF Saccharomyces cerevisiae가 생산하는 휘발성 유기 화합물은 감귤 흑점의 원인 물질인 Guignardia citricarpa의 체외 발달을 억제합니다. World J. Microbiol. 생명공학. 2010, 26, 925-932. [상호참조]
64. 고토르-빌라, A.; Teixid o, N.; 디 프란체스코, A.; 우솔, J.; 우골리니, L.; 토레스, R.; Mari, M. 체리의 과일 병원체 부패에 대한 Bacillus amyloliquefaciens CPA-8에 의해 생성된 휘발성 유기 화합물의 항진균 효과. 식품 미생물. 2017, 64, 219–225. [상호참조] [PubMed]
65. 류, CM; 매사추세츠주 패러그; 후, CH; 레디, MS; 클로퍼, JW; Pare, PW 세균성 휘발성 물질은 Arabidopsis에서 전신 저항성을 유발합니다. 식물물리학. 2004, 134, 1017-1026. [상호참조]
66. 이병환; 매사추세츠주 패러그; 박현빈; 클로퍼, JW; 이상훈; Ryu, CM 장쇄 박테리아 휘발성 물질에 의한 저항성 유도: Paenibacillus polymyxa가 생산하는 C13 휘발성 물질에 의한 식물 전신 방어 유도. PLoS ONE 2012, 7, e48744. [상호참조]