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Wide-range antifungal antagonism of Paenibacillus ehimensis IB-X-b and its dependence on chitinase and -1,3-glucanase production

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Abstract:

Previously, we isolated a strain of Bacillus that had antifungal activity and produced lytic enzymes with fungicidal potential. In the present study, we identified the bacterium as Paenibacillus ehimensis and further explored its antifungal properties. In liquid co-cultivation assays, P. ehimensis IB-X-b decreased biomass production of several pathogenic fungi by 45%-75%. The inhibition was accompanied by degradation of fungal cell walls and alterations in hyphal morphology. Residual medium from cultures of P. ehimensis IB-X-b inhibited fungal growth, indicating the inhibitors were secreted into the medium. Of the 2 major lytic enzymes, chitinases were only induced by chitin-containing substrates, whereas -1,3-glucanase showed steady levels in all carbon sources. Both purified chitinase and -1,3-glucanase degraded cell walls of macerated fungal mycelia, whereas only the latter also degraded cell walls of intact mycelia. The results indicate synergism between the antifungal action mechanisms of these enzymes in which -1,3-glucanase is the initiator of the cell wall hydrolysis, whereas the degradation process is reinforced by chitinases. Paenibacillus ehimensis IB-X-b has pronounced antifungal activity with a wide range of fungi and has potential as a biological control agent against plant pathogenic fungi.

Nous avons précédemment isolé une souche de Bacillus qui possédait une activité antifongique et qui produisait des enzymes lytiques à potentiel fongicide. Dans la présente étude, nous avons identifié la bactérie comme Paenibacillus ehimensis et nous avons exploré davantage ses propriétés antifongiques. Lors d’essais de co-culture en milieu liquide, la présence de P. ehmensis IB-X-b diminuait la production de biomasse de champignons pathogènes de 45 % à 75 %. L’inhibition était accompagnée par la dégradation de la paroi cellulaire des champignons et modifiait la morphologie des hyphes. Le milieu de culture résiduel de P. ehmensis IB-X-b inhibait la croissance des champignons, ce qui signifie que des inhibiteurs étaient secrétés dans le milieu. Parmi les deux enzymes lytiques majeures, les chitinases n’étaient induites que par des substrats contenant de la chitine, alors que la -1,3-glucanase était exprimée à des niveaux constants sur toutes les sources de carbone. La chitinase et la -1,3-glucanase purifiées dégradaient toutes deux la paroi cellulaire des mycéliums macérés alors que seule la dernière dégradait aussi la paroi cellulaire de mycéliums intacts. Les résultats indiquent qu’il existe une synergie entre les mécanismes d’action antifongiques de ces enzymes dans lesquels la -1,3-glucanase est l’initiatrice de l’hydrolyse de la paroi cellulaire alors que le processus de dégradation est renforcé par les chitinases. Paenibacillus ehimensis IB-X-b possède une activité antifongique importante sur une vaste gamme de champignons et démontre un potentiel en tant qu’agent de contrôle biologique des champignons pathogènes.

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2008

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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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nrc/cjm/2008/00000054/00000007/art00008
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