Res. Plant Dis > Volume 26(1); 2020 > Article
Puccinia phragmitis에 의한 참소리쟁이 잎녹병 발생 보고

요 약

2019년 5월, 잎 표면에서 적색 반점이 관찰되는 참소리쟁이를 충북 괴산군 인근 야산에서 채집하였다. 관찰된 병반의 앞면은 적색 및 황색의 병반이 관찰되었고, 뒷면에는 백색의 돌기가 관찰되었다. 다양한 현미경으로 자세하게 관찰한 결과, 돌기는 녹포자기로 확인되었으며, 많은 녹포자가 확인되었다. 녹포 자는 구형 또는 난형이었고 19.0-24.4×19.0-24.5 μm의 크기를 가지면서 표면은 무사마귀형으로 관찰되었다. 계통학적 유연 관계 분석을 위하여, large subunit rDNA 영역 및 cytochrome c oxidase subunit 3 (CO3) 유전자 영역을 이용하여 계통학적 유연관계를 분석한 결과, 참소리쟁이에서 관찰된 녹병균은 Puccinia pritzliana와 매우 근연한 관계를 가지고 있었다. 관찰 된 기주, 포자세대, 형태 및 계통학적 유연관계 결과를 종합해 볼 때, 분석된 녹병균은 국내 미보고 녹병균인 P. phragmitis로 확인하였으며, 위 병원균에 의해 발생한 녹병을 참소리쟁이 잎녹병으로 제안하고자 한다.

ABSTRACT

Red spots symptoms were observed on the leaves of Rumex japonicus Houtt. in Goesan, Korea, in May 2019. Diseased leaf showing red spot and white-colored sori were found behind of diseased leaves. Aeciospores were confirmed and observed using a stereomicroscope, light microscope, and scanning electron microscope. They were globose or ovoid and measured 19.0-24.4×19.0-24.5 μm, with verrucae ornamentation. For the phylogenetic analysis, partial of large subunit rDNA region and cytochrome c oxidase subunit III were sequenced. As a result, the isolated fungus species showed high similarities with Puccinia prizeliana. Based on the previous report, morphological characters, phylogenetic analysis, it was confirmed as Puccinia phragmitis which have not been reported in Korea, and we firstly report this fungal agent on R. japonicus as P. phragmitis in Korea.

Body

소리쟁이속(genus Rumex L.)은 마디풀과(Polygonaceae) 에 속하는 다년생 식물로서, 전 세계적으로 약 200여종이 보고되어 있다(Brandbyge, 1989). 국내에는 소리쟁이속(genus Rumex)으로 보고된 식물은 12종이 있으며, 수영(Rumex acetosa), 애기수영(R. acetocella), 토대황(R. aquaticus), 소리쟁이(R. crispus), 참소리쟁이(R. japonicus) 등이 있다(National Institute of Biological Resources, 2018). 예로부터 소리쟁이 등의 식물은 약용작물로 이용되어 왔으며, 다양한 생리활성 물질에 대한 연구가 이뤄지면서 항균, 항염증, 진통효과 등의 효능을 가지는 것으로 확인되었다(Bae, 2000; Yildirim 등, 2001). 특히 참 소리쟁이 추출물의 경우 항산화, 항균작용 및 아토피 피부염에 대한 효능등이 보고되어 있다(Ahn 등, 2009; Li 등, 2000; Park,2003).
국내에 분포하는 참소리쟁이에 병을 일으키는 병원균으로는 Erysiphe sp.에의한 흰가루병, Ramularia sp.에 의한 흰무늬병 및 Uromyces rumicis에 의한 녹병이 보고되어 있다(Lee 등, 1983; Lee, 2001). 국내 참소리쟁이 녹병의 원인균인 U. rumicis 는 주로 소리쟁이속에 녹병을 일으키며, U. rumicis에 감염된 잎은 표면에 적색 반점이 형성되면서, 여름포자(II) 및 겨울포자 (III)를 형성하는 것으로 알려져 있다(Farr과 Rossman, 2020; Inman, 1970). 본 논문에서는 국내 참소리쟁이에서 보고된 녹병 과는 다른 포자세대를 기주에서 관찰하였고, 관찰된 병원균에 대한 형태적 특징 및 계통학적 유연관계를 분석하여 보고하고자 한다.

병징 및 균학적 특징.

2019년 5월, 충북 괴산군 칠성면 소재 인근 야산에서 확인된 야생 잡초의 잎 표면에서 적색 반점이 관찰되었다. 관찰된 잡초는 소리쟁이속에 속하는 식물로 추정 되었으나, 잎 가장자리의 물결모양과 꽃의 내편에 잔톱니가 관찰되어 참소리쟁이로 동정되었다(Kim 등, 2015). 참소리쟁이 잎에서 관찰된 병징은 원형 혹은 부정형의 적색 병반을 중심으로 황색의 경계가 관찰되었고, 병반 뒷면에는 흰색의 돌기(wart)가 관찰되었다(Fig. 1A-C). 적색의 병반은 잎에서만 관찰이 되었으며, 줄기나 다른 부위에서는 관찰되지 않았다. 채집된 시료는 KNUF-19GS01로 명명하고, 관찰된 병반을 명확하게 관찰하기 위해 디지털 현미경(DIMIS-M, Siwon Optical Technology, Anayang, Korea), 광학현미경(BX-50, Olympus, Tokyo, Japan) 및 주사형전자현미경(Hitachi SU8220, Hitachi, Tokyo, Japan)을 이용하여 관찰하였다. 병반 뒷면에서 관찰된 흰색돌기를 실체현미경으로 관찰한 결과, 녹포자기로 확인되었으며 내부에 수많은 녹포자가 관찰되었다(Fig. 1D). 관찰된 녹포자는 대부분 구형 혹은 난형이었으며, 크기는 약 18.9-24.4×19.0-24.5 μm (L×W, n=50), 녹포자의 표면은 무사마귀형(verrucose) 및 드물게 큰 돌기가 관찰되었다(Fig. 1E-G). 또한 병반 주변에서는 녹포자 이외에 다른 녹병포자세대는 관찰되지 않았다. 이전 연구에 따르면 Puccinia phragmitis는 여름포자 및 겨울포자세대를 갈대 (Pharmites communis)에서 형성하고, 참소리쟁이를 포함하는 소리쟁이속, 대황속(genus Rheum) 등에서 녹병정자(0) 및 녹포 자세대(I)를 형성하는 것으로 알려져 있다(Lamb, 1935; Parmelee, 1963). 본 연구에서 관찰된 녹포자의 크기와 형태는 이전 연 구에서 소리쟁이속에서 관찰된 녹포자 형태와 크기가 매우 유사하였으므로(Parmelee, 1963), 관찰된 포자는 P. phragmitis의 녹포자세대로 추정되었다.

병원균의 계통학적 유연관계 분석.

관찰된 녹병균의 분자 계통학적 유연관계를 분석하기 위해, 시료의 녹포자를 채집 하여 cetyl trimethyl ammonium bromide 추출법으로 total genomic DNA를 추출하였다(Namba 등, 1993). 녹병균의 계통학적 유연관계를 분석하기 위해, large subunit (LSU) rDNA 와 cytochrome c oxidase subunit 3 (CO3) 유전자 영역을 분석 하였다(Beenken 등, 2012; Marin-Felix 등, 2017). LSU rDNA 영역 및 CO3 유전자 영역을 증폭하기 위해 LROR/LR6 및 CO3-F1/ CO3-R1 primer pair를 이용하여 PCR을 수행하였다(Moncalvo 등, 1995; Vialle 등, 2009; Vilgalys와 Hester 1990). PCR 후 증폭 된 산물은 정제 후 염기서열 분석을 의뢰하였다(Solgent, Daejeon, Korea). 그 결과, LSU rDNA 영역 및 CO3 영역에서는 각각 약 980 bp와 649 bp의 염기서열을 획득하였고, 획득한 염기서 열은 NCBI GenBank에 MT192566으로 등록하였다. 병원균에서 확보된 염기서열을 각각 NCBI BLAST 진행한 결과, P. pritzeliana BRIP 57798와 각각 97.4% 및 98.9%의 가장 높은 상동성이 확인되었으며(KX99988, KX999928), P. phragmitis의 경우, NCBI 상에 등록되어 있는 염기서열이 없어, 상동성을 확인할 수 없었다. 계통학적 유연관계 분석을 위하여, 녹균목(Pucciniales) 녹병균의 LSU rDNA 영역 및 CO3 유전자 영역의 염기서열을 수집 하고, maximum likelihood법으로 MEGA7 프로그램을 이용하여 계통학적 유연관계를 분석하였다. 그 결과, 본 연구에서 확인된 P. phragmitis KNUF-19GS01은 P. pritzeliana BRIP 57798과 가장 근연한 것으로 확인되었다(Fig. 2).
국내 소리쟁이속에서 보고된 녹병균은 수영, 소리쟁이 및 참소리쟁이에서 보고된 Puccinia acetosae, P. otanianaUromyces rumicis가 있으나, 해당 기주에서는 모두 여름포자 및 겨울 포자세대만 형성하는 것으로 알려져 있다(Lee, 2001). 본 연구 에서 확인된 P. phragmitis는 녹균목에 속하는 녹병균으로서, 캐나다와 미국, 유럽, 아시아 등에 보고되어 있고, 갈대속(genus Phragmites)에서 여름포자 및 겨울포자세대를 형성하며, 소리쟁이속 및 대황속 기주에서 녹병정자 및 녹포자세대를 형성하는 것으로 알려져 있다(Lamb, 1935; Parmelee, 1963). 따라서 본 연구에서는 확인된 Puccinia phragmitis는 참소리쟁이와 중간기주인 갈대를 기주교대하면서 병환을 완성할 것으로 생각되므로, 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 본 논문은 국내 참소리쟁이의 녹병 증상에서 관찰된 병원균을 형태학적으로 분석하였고, 기존에 알려진 Puccinia phragmitis의 형태적 특징을 비교하여 유사함을 확인하였다. 또한 분자생 물학적으로 동정한 결과 P. pritzeliana와 근연관계임을 확인하였다. 이에 국내 미보고인 P. phragmitis에 의한 녹병 증상을 처음으로 보고하며, 참소리쟁이 잎녹병으로 제안하는 바이다.

Acknowledgments

This research was supported by Kyungpook National University Research Fund, 2018.

NOTES

Conflicts of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

Fig. 1
Natural symptoms on Rumex crispus and macroand microscopic images of Puccinia phragmitis KNUF-19GS01. (A, B) Natural symptoms on leaves. Red arrows indicate the symptom. (C) Symptomatic leaf. (D) Enlarged image of panel C. (E, F) Aeciospores under light microscopic and scanning electron microscope. (G) Ornamentation with patchy large warts on an aeciospore. Scale bars=10 μm (E), 1 μm (F, G).
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Fig. 2
Phylogenetic analysis conducted based on the concatenated sequence of large subunit and cytochrome c oxidase subunit 3 (CO3) gene sequences using allied species of Puccinia phragmitis KNUF-19GS01. The tree was constructed using the maximum likelihood method with 1,000 replicates (value <70 are not shown).
RPD-26-053-f2.jpg

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