감나무 둥근무늬낙엽병을 일으키는 Plurivorosphaerella nawae의 계통 발생학, 형태학, 병원학 및 방제 전략
Phylogeny, Morphology, Epidemiology, and Control Strategies for Plurivorosphaerella nawae, the Causal Agent of Circular Leaf Spot in Persimmon
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Abstract
감나무 둥근무늬낙엽병을 일으키는 곰팡이 병원균은 자낭균류로 새로운 속명인 Plurivorosphaerella nawae Hassan & Chang comb. nov. (Mycosphaerella nawae)로 전 세계적으로 감나무에 피해를 주는 중요한 병이다. 계통발생학적과 형태적인 분석으로 M. nawae를 재동정하여 새로 정립한 속명은 동성체인 Plurivorosphaerella로 Mycosphaerellaceae 안에 속한다. P. nawae는 위자낭각에서 자낭포자의 전반은 5월에서 9월 사이에 이루어지며, 최대 비산 시기는 6월 중순에서 7월 중순이다. 자낭포자의 비산과 수분, 강우 및 누적 강우는 강력한 상관관계가 있다. 병 증상이 처음 나타나는 시기는 8월 하순이고, 병의 심각성이 최대에 달하는 시기는 10월 중순이다. 병원균의 감염되어 병 증상을 보이는 잎은 페놀 화합물의 함량, 비타민 C 및 황산화 활성이 건강한 잎에 비해 상당히 높았고, 한 잎에서도 반만 병징을 보이는 부분의 잎에서 반만 건강한 부분보다 높았다. 어린 잎은 늙은 잎보다 둥근무늬낙엽병에 대하여 저항성이며 발병 정도가 약했다. 병원균에 감염된 잎에서 페놀 물질의 축척과 황산화 활성도 증가는 후기 감염 반응에 한 부분으로 작용하거나 초기 방어 기작으로 작용하는 것으로 나타났다. 둥근무늬낙엽병 방제를 위한 살균제의 프로그램은 6월 30일에 침투성 살균제인 trifloxystrobin을 살포하고 15일 간격으로 difenoconazole + fluazinam, trifloxystrobin + tebuconazole, mancozeb 및 mancozeb + myclobutanil을 살포한 처리구에서 가장 효과적이었다.
Trans Abstract
Circular leaf spot (CLS), caused by the ascomycetous fungus Plurivorosphaerella nawae Hassan & T. Chang, comb. nov. (formerly Mycosphaerella nawae), is a significant disease affecting persimmons worldwide. Phylogenetic and morphological analyses have led to the reclassification of M. nawae, now placed in the newly established holomorphic genus Plurivorosphaerella within the Mycosphaerellaceae family. Seasonal monitoring showed that the release of P. nawae ascospores from pseudothecia occurred between May and September, peaking from mid-June to mid-July. A strong correlation was observed between water - dispersed ascospores and cumulative rainfall. Disease symptoms first appeared in late August, with the highest disease incidence recorded in mid-October. Infected leaves showed significantly higher levels of phenolic compounds, vitamin C, and antioxidant activity compared to healthy older leaves and the unaffected portions of infected leaves. These elevated levels in younger leaves may contribute to resistance against CLS. The accumulation of phenolic compounds and antioxidants in infected leaves appears to be part of a post-infection response, marking an early defense mechanism in persimmons. A fungicide application program involving the sequential use of trifloxystrobin, difenoconazole + fluazinam, trifloxystrobin + tebuconazole, mancozeb, and mancozeb + myclobutanil at 15-day intervals, beginning in late June, was highly effective in controlling CLS.
서 론
감나무 (Diospyros kaki Thunb)는 중국, 한국, 일본 등 극동아시아 지역에서 널리 재배되는 낙엽 과일나무 작물이다. 브라질, 아제르바이잔, 이탈리아, 이스라엘 및 스페인에서도 재배면적이 상당히 증가하고 있다(Bassimba 등, 2017; Berbegal 등, 2010; Hassan과 Chang, 2019).
감나무의 생육 후기 잎에 발생하는 둥근무늬낙엽병(circular leaf spot of persimmon)은 잎에 둥근 반점의 병반이 나타나고 점차 탈엽이 진행된다. 이로 인하여 과실은 비대하지 못하고 조기 성숙하게 되어 품질 저하되며 감 생산에 심각한 피해를 주고 있다(Bassimba 등, 2017; Berbegal 등, 2010; Hassan과 Chang, 2019; Kwon 등, 1998a).
감나무 둥근무늬낙엽병은 일본에서 최초로 병원균 (Mycosphaerella nawae Hiura & Ikata) 과 병징이 보고되었으며, 한국에서는 Kang 등(1993)에 의해 보고되었다. 유럽의 경우 반건조 지역인 스페인 발렌시아 지방에서 2000년 이후 재배면적이 크게 증가한 처음 발병이 보고된 이후로 2008년과 2009년에는 심각한 경제적 손실을 초래하였다고 보고하였다 (Vicent 등, 2012).
감나무 둥근무늬낙엽병의 병원균인 Mycosphaerella는 식물병원성 자낭균류로 가장 큰 일반 복합체 중 하나를 구성하는 속(genus)이다. 대부분의 Mycosphaerella spp.는 잎에 병을 일으키는 식물 병원균으로 일부는 줄기 궤양과 과일에 병징을 유발한다고 알려져 있다(Crous 등, 2001, 2007; Crous, 2009; Pretorius 등, 2003). Mycosphaerella spp.는 부생성으로 기생균, 내생균 및 공생체로서 자연계의 다양한 생태계에서 생존할 수 있다(Crous 등, 2001; Quaedvlieg 등, 2012). 전 세계적으로 온대 및 열대 작물인 감, 감귤 및 구아바를 비롯하여 바나나, 곡물, 사탕무, 딸기, 대두에서 발병하며, 수목에서는 유칼립투스, 아카시아 및 소나무에 병을 일으켜 경제적으로 큰 손실을 초래하는 식물 병원균으로 보고되었다(Crous와 Braun, 2003; Crous, 2009; Ikata와 Hitomi, 1929; Jacobs 등, 2014).
Mycosphaerella의 형태는 완전 세대와 30개의 불완전 세대 속으로 일반적인 복합체로 구분하여 보고되었다(Crous, 2009). 수많은 Mycosphaerella spp.의 완전 세대와 불완전 세대에 대한 계통학적 유연관계를 보면, Mycosphaerella 복합체는 여러 계통과 계통군으로 보고되었으며(Crous 등, 2007; Hunter 등, 2006), 복합체 내에서 대부분 계통학적 분기군에 대한 분류학적 재분배가 필요하다고 보고하고 있다(Crous, 2009; Quaedvlieg 등, 2012). Videira 등(2017)은 계통학적 다중 유전자 분석 결과를 바탕으로 전체 복합체를 여러 속으로 분류하였으며, 형태학적으로 Mycosphaerellaceae (family) 내에서 속을 분류하는 것은 의미가 없다고 하였다.
지금까지 많은 연구에서 M. nawae의 형태적인 특징은 완전 세대 형태로 작고 검은색의 구형 자실체(위자낭각), 원통형 또는 바나나 모양의 자낭, 격막이 없고 대부분 방추형인 자낭포자로 보고되었다(Berbegal 등, 2010; Kwon 등, 1998a, 1998b; Lee 등, 2016). Kwon 등(1998a, 1998b)은 M. nawae의 불완전 세대에서 무성 생식 포자가 감나무 잎을 감염시키는 능력을 보고하며, M. nawae의 불완전 세대의 형태적 특성을 근거로 Ramularia 속과의 관련을 제안하였다. Hassan과 Chang (2019)은 기존에 보고되지 않은 다중유전자의 염기서열 분석 자료를 통해 계통발생학적 유연관계를 분석하고 기존에 보고한 속명인 Mycosphaerella와는 완전히 다른 새로운 속명(novel)으로 보고하였다.
Kwon 등(1998c)이 보고한 M. nawae는 감나무의 유일한 기주로 알려져 있으며 불완전 세대의 분류학적 위치는 아직 완전히 구명되지 못하였다. 유전자의 계통적 유연관계를 기반으로 한 최근 연구에 따르면, 종 복합체인 일부 Mycosphaerella 종의 기주 범위는 좁은 반면 다른 종의 기주 범위는 더 넓은 것으로 보고되었다(Crous와 Groenewald, 2005; Crous 등, 2006; Crous, 2009). 기주 특이적인 Mycosphaerella spp.는 죽어 가는 기주에서 비기주로 이동하여 포자를 생산한 후 다른 기주를 감염시킬 수 있다고 한다(Crous와 Groenewald, 2005).
감나무 둥근무늬낙엽병의 병원균은 겨울 동안 이병 잎에서 위자낭각을 형성하며, 봄에 기온이 상승하면 5월 초순에 자낭포자가 생성되어 공기 중으로 전반이 된다(Hassan 등, 2018; Hassan과 Chang, 2019; Kang 등, 1993; Kwon 등, 1998c). 공기 중에 비산하는 자낭포자는 5월부터 7월까지의 강우 기간 동안 비산량이 많으며, 이는 자낭포자의 비산과 강우 간의 상관관계가 있다고 보고하였다(Hassan과 Chang, 2019; Vicent 등, 2012).
국내의 둥근무늬낙엽병의 감염 시기는 5월 중순부터 7월 하순까지이며(Hassan과 Chang, 2019; Kwon과 Park, 2004), 기후가 다른 스페인에서는 새순의 발달, 개화 및 착과가 이루어지는 4월 초순부터 7월 초순까지 감염이 이루어진다고 보고하였다(Vicent 등, 2012). M. nawae의 무성 생식에 의한 포자 형성은 Kang 등(1993)에 의해 처음 보고가 되었으나, 감 재배 포장에서 포자의 역할에 대한 연구는 아직 완전히 받아들여지지 않았다(Vicent 등, 2012). 특히 스페인에서는 포장에서 분생포자의 접종으로 포자가 관찰되지 않았다고 하였지만(Vicent 등, 2012), Hassan과 Chang (2019)은 포장에서 분생포자와 자낭포자의 접종을 통해 기주세포에 감염하는 포자를 관찰하였다.
둥근무늬낙엽병의 방제는 살균제의 살포를 통해 이루어지며, 감염 기간 동안 여러 차례 잎에 살포함으로써 병 발생으로 인한 피해를 줄일 수 있다. 그러나 살균제의 효능이 환경 조건에 따라 연도별로 차이를 보인다. 따라서 살균제의 종류를 선택적으로 사용하고 적기에 적용할 경우 병 방제 효과를 높일 수 있다는 연구 결과가 보고되었다(Bassimba 등, 2017; Berbegal 등, 2011; Hassan과 Chang, 2019).
본 리뷰는 감나무 둥근무늬낙엽병을 일으키는 원인 병원균의 형태적 특징과 다중유전자의 염기서열 분석을 통한 계통발생학적 유연관계의 계통수로 새로운 속명에 대한 분류 방법, 자낭포자의 성숙 시기, 전반 및 병 방제에 대한 기초 자료를 제공하고자 한다.
병원균의 특징
감나무에 둥근무늬낙엽병을 일으키는 병원균인 M. nawae 는 자낭균류에 속하며, 형태적인 특징을 바탕으로 완전 세대와 불완전 세대가 보고되었다(Kwon 등, 1998a, 1998b; Hassan 등, 2018; Hassan과 Chang, 2019). 최근 병원균의 속명에 대한 재분류는 Hassan과 Chang (2019)에 의하여 다중유전자의 염기서열의 분석을 통한 계통발생적 유연관계의 계통수로 동정한 결과, 기존 속명과는 다른 새로운(novel) 속명인 Plurivorosphaerella nawae(원명: Mycosphaerella nawae)로 최초 보고되었다. 둥근무늬낙엽병은 잎에 발병하며 심한 경우 조기 낙엽과 낙과를 유발한다(Hassan 등, 2018; Hassan과 Chang, 2019; Kang 등, 1993; Kwon 등, 1998a, 1998b). 병원균은 겨울 동안 이병 잎 뒷면에 작은 검은색 자실체(위자낭각)로 생존하며 10월부터 11월말까지 구형, 난형, 타원형, 플라스크형 및 배형과 같은 다양한 모양으로 발달한다(Hassan 등, 2018; Hassan과 Chang, 2019; Kang 등, 1993; Kwon 등, 1998a, 1998b). 균핵과 유사한 형태로 월동한 위자낭각은 이듬해 4월 중순부터 하순까지 기온이 상승하고 강우가 있으면 자낭포자가 성숙하게 되며(Hassan 등, 2018; Hassan과 Chang, 2019; Kwon 등, 1998a, 1998b), 자낭포자는 위자낭각에서 공기 중으로 방출되어 4월 하순에서 5월 초순에 전반이 시작되어 6월 중순에서 7월 중순 사이에 최대 전반이 이루어져 식물체에 침입하여 감염된다. 이후 긴 잠복기를 거친 후 8월 하순에서 9월 초순에 잎에 첫 병징이 나타난다.
완전 세대의 형태적 특징.
감나무 둥근무늬낙엽병에 감염 된 잎은 Fig. 1에서와 같이 이병 잎 뒷면의 병반부에 위자낭각을 형성한다(Hassan과 Chang, 2019). 위자낭각은 12월부터 4월 하순까지 성숙하며, 형태적 특징은 검고, 타원형, 플라스크 및 배 모양으로 크기는 57.17–131.32×55.35–116.74 μ m (평균 81.23×74.30 μ m)이다. 위자낭각당 약 35개의 자낭이 있으며, 자낭의 크기는 30.70–51.42×8.11–10.4 μ m (평균 40.65×9.00 μ m)이다. 자낭의 모양은 바나나 형태이며 하나의 자낭에는 8개의 자낭포자가 들어 있다. 자낭포자의 형태는 방추형으로 불균일한 단일 격벽이 있으며, 투명하고, 크기는 10.56–13.41×2.93–4.65 μ m (평균 12.08×3.85 μ m)이다(Fig. 1). 자낭포자가 발아하는 동안, 발아관이 한쪽 끝 또는 양쪽 끝에서 나온다. 자낭포자는 여러 발아관이 나온 후 약간 부풀거나 완전히 뒤틀리며, 자낭포자의 장축에 대해 다양한 각도로 성장하고, 발아관은 투명하다고 보고되었다(Hassan과 Chang, 2019; Kang 등, 1993; Kwon 등, 1998a, 1998b).
Observed teleomorphic characteristics of Plurivorosphaerella nawae comb. nov. (M. nawae) in overwintered, infected leaves. (A) Leaf spot with black pseudothecia. (B) Mature pseudothecia and asci. (C) Asci and ascospores. (D, E) Ascospores. (F, G) Germinating ascospores (×400). Scale bars: (C, D) 15 μm; (E) 5 μm (Hassan and Chang, 2019).
불완전 세대의 형태적 특징.
P. nawae comb. nov.는 potato dextrose agar (PDA)에서 느리게 자라고, 균총은 처음에는 짙은 녹색을 보이지만 빛이 없는 25 o C에서 배양하면 점차 짙은 회색에서 검은색으로 변한다. 빛이 없는 5 o C에서 배양할 경우 균총이 약간의 분홍빛을 띈다고 보고하였다(Hassan과 Chang, 2019; Kang 등, 1993; Kwon 등, 1998a, 1998b).
위자낭각의 형성은 빛이 있는 25 o C와 높은 상대습도 조건에서 120일 동안 배양한 후 oat meal agar (OMA) 및 PDA에서 관찰되었다. OMA에서는 위자낭각은 작고 검은색의 구형 또는 타원형이고(Fig. 2; Hassan과 Chang, 2019), 균사는 짙은 회색으로 격막이 있었다. 위자낭각은 균사의 응집 및 색소 침착을 통해 형성되었는데, 두 가지 유형의 분생포자의 형태가 보고되었다(Hassan과 Chang, 2019; Kang 등, 1993; Kwon 등, 1998a, 1998b). I형 분생포자는 단독 또는 사슬 모양으로 형성되며, 단 은 녹색을 보이지만 빛이 없는 25 o C에서 배양하면 점차 짙은 회색에서 검은색으로 변한다. 빛이 없는 5 o C에서 배양할 경우 균총이 약간의 분홍빛을 띈다고 보고하였다(Hassan과 Chang, 2019; Kang 등, 1993;Kwon 등, 1998a, 1998b). 위자낭각의 형성은 빛이 있는 25 o C와 높은 상대습도 조건에서 120일 동안 배양한 후 oat meal agar (OMA) 및 PDA에서 관찰되었다. OMA에서는 위자낭각은 작고 검은색의 구형 또는 타원형이고(Fig. 2; Hassan과 Chang, 2019), 균사는 짙은 회색으로 격막이 있었다. 위자낭각은 균사의 응집 및 색소 침착을 통해 형성되었는데, 두 가지 유형의 분생포자의 형태가 보고되었다(Hassan과 Chang, 2019; Kang 등, 1993; Kwon 등, 1998a, 1998b). I형 분생포자는 단독 또는 사슬 모양으로 형성되며, 단세포로 격막이 없거나 1개이며, 모양이 다양하다(원통형, 타원형, 도란형). 이 분생포자는 낭포가 있고, 밝은 갈색이다(Fig. 2; Hassan과 Chang, 2019). II형 분생포자는 드물게 관찰되는데, 3-6세포로 구성되며, 갈색이고, 벽은 약간 두꺼워지며, 낭포가 있고, 격막이 좁아지며, 기부에 부풀어 오른 세포로 되었다(Fig. 2G-K; Hassan과 Chang, 2019), 분생포자 형성 세포는 단핵세포 또는 전세포이며, 문부와 분생포자 발생점은 눈에 띄지 않고 두꺼워지거나 색소 침착이 되지 않았다. 분생포자경은 대부분 포자 형성 세포로 축소되었거나 일부는 직립하고 밝은 갈색이다. 분생포자는 통합되어 준원통형 사슬을 형성하며 세포벽이 두꺼워져 직선에서 다양하게 휘어지게 되고 격막이 있으며 밝은 갈색에서 어두운 갈색을 보인다(Fig. 2L; Hassan과 Chang, 2019), 포자낭은 발아하여 균사체 가지를 형성한다고 보고되었다(Hassan과 Chang, 2019).
Micrograph of the anamorphic structure of Plurivorosphaerella nawae comb. nov. (M. nawae) grown on potato dextrose agar and diseased leaves. (A) 120-day-old culture on Oatmeal Agar (OA). (B) Young mycelium (7-days-old). (C) Old mycelium (>40-days-old). (D, E) Pseudothecia on culture. (F) Conidia type I, single and varying size and shape. (G-J) Conidia type II, constricted at the septa and swollen cells at the base. (K) Conidiophore and conidia type II found on diseased leaf. (L) Conidiogenous cell which give rise to the conidia. (M, N) Germinating conidia. Scale bars: (G) 15 μm (Hassan and Chang, 2019).
M. nawae의 형태적 특성은 Phaeophleospora 및 Devonomyces (속)의 형태적 특성과 다르다고 보고되었다(Quaedvlieg 등, 2014). Phaeophleospora 속의 P. eugeniae의 분생포자는 주로 S자형(sigmoid)으로 보고되었다(Crous 등, 1997). M. nawae는 P. destructans (Burgess 등, 2006), P. faureae (Taylor와 Crous, 1999), P. stonei (Crous, 2009) 및 P. vochysiae (Savi 등, 2018)와 같은 종들과 대부분의 Phaeophleospora spp.와 유사하지만 M. nawae의 형태적인 특징은 Phaeophleospora 종과는 일치하지 않는다고 보고되었다(Burgess 등, 2006; Crous 등, 1997; Crous, 2009; Taylor와 Crous, 1999). Phaeophleospora spp.는 벌레 모양의 긴 역쇄형 포자낭을 가지며, 기부가 잘리고 중간 부분이 가장 넓고, 연분홍색(기저세포는 밝은 갈색, 정단세포는 옅은 갈색)으로 M. nawae의 불완전 세대와 쉽게 구별할 수 있다고 보고하였고(Crous 등, 1997), Videira 등(2017)은 Devonomyces 속의 형태적 특성과도 유사하다고 보고하였다. Devonomyces endophyticus의 Pseudocercosporella와 유사한 형태는 M. nawae의 불완전 세대와 쉽게 구별되는 중요한 형태적 특징이며(Videira 등, 2017), Devonomyces의 자낭포자는 타원형 방추형으로 중앙에 1개의 격막이 있다(Videira 등, 2017).
계통발생수에 의한 속(genus)의 재동정
Hassan과 Chang (2019)은 기존에 보고된 M. nawae의 병원균을 재동정하였다. 국내에서 채집한 균주의 internal transcribed spacer (ITS)를 포함한 large subunit (LSU), actin (ACT), RNA polymerase II (rpb2) 및 translation elongation factor 1-alpha (EF-1α)의 염기서열을 분석하여 새로운 속을 보고하였다(Table 1; Hassan과 Chang, 2019). 병원균의 LSU 유전자의 염기서열 분석에 의한 Bayesian inference (BI) tree (based on 50% majority rule consensus)의 계통발생수로 3개의 과(family)인 Mycosphaerellaceae, Teratosphaeriaceae 및 Davidiellaceae로 분류하였으며, 그 안에는 57개 분류군이 포함된 LSU 유전 자좌의 배열을 보고하였다. M. nawae은 Mycosphaerellacea 에 속하는 것으로 확인되었다(Hassan과 Chang, 2019).
Details of primers used in this study, with sequences and sources (Hassan and Chang, 2019)
LSU와 ITS 유전자의 염기서열을 결합하여 Fig. 3과 같이 maximum likelihood 분석을 수행한 결과, 국내 모든 균주와 관련된 Mycosphaerellaceae를 비롯하여 Dissoconiaceae, Phaeothecoidiellaceae, Schizothyriaceae, Teratosphaeriaceae 및 Cladosporiaceae 6개 과(family)에 속하는 65개의 불완전 세대의 속(genus)이 존재한다고 보고하였다(Hassan과 Chang, 2019; Videira 등, 2017). 국내 모든 균주의 계통학적 위치는 Phaeopleospora 분기군 밖에 있으며, Devonomyces는 자매 분기군(sister clade) 위치에 있고, Mycosphaerella endophytica와 밀접하게 연관되어 있어 동의어로 사용되는 종은 Devonomyces endophyticus와 Pseudocercosporella endophytica라고 하였다(Videira 등, 2017). Hunter 등(2006)은 유칼립투스에 병을 일으키는 병원균의 여러 속(genus)이 Mycosphaerellaceae에 속하며, 4개 유전자(ITS, LSU, Act 및 EF-1α)의 염기서열을 분석하여 재동정한 결과, 38개 종이 있다고 보고하였다.
Phylogenetic tree resulting from the maximum likelihood analysis of the combined large subunit (LSU), and internal transcribed spacer (ITS) sequence alignment of anamorphic genera belonging to Mycosphaerellaceae, Dissoconiaceae (D), Phaeothecoidiellaceae (P), Schizothyriaceae (S), Teratosphaeriaceae (T), and Cladosporiaceae (C). The maximum likelihood bootstrap support values (>50%) are indicated at the nodes. The clades of the genera are delimited by colored boxes, with the genus name indicated on the right. The tree is rooted to Cylindroseptoria ceratoniae (CBS 477.69) (Hassan and Chang, 2019).
병원균의 ITS, LSU 및 rpb2 유전자의 염기서열을 결합하여 Fig. 4와 같이 BI 분석으로 매핑된 계통발생수(phylogenetic tree)를 살펴보면, 10개 속(genus)인 Zasmidium, Nothopericoniella, Annellosympodiella, Neopenidiella, Plurivorosphaerella (Mycosphaerella), Devonomyces, Phaeophleospora, Cytostagonospora, Lecanosticta 및 Brunswickiella가 있다는 것이 확인되었다. 국내 3개 균주는 모두 새로운 속인 Plurivorosphaerella (Mycosphaerella)에 속하는 종이며 Devonomyces와는 자매 분기군에 속한다(Hassan과 Chang, 2019; Martínez-Minaya 등, 2021).
Phylogenetic tree (50% majority rule consensus) resulting from a Bayesian analysis of the combined internal transcribed spacer (ITS), large subunit (LSU), and RNA polymerase II (rpb2) sequence alignment (dataset 4; representing Zasmidium, Nothopericoniella, Annellosympodiella, Neopenidiella, Mycosphaerella, Devonomyces, Phaeophleospora, Cytostagonospora, Brunswickiella, and Lecanosticta genus of Fig. 3). The Bayesian posterior probabilities (PP), maximum likelihood bootstrap support values (50%; ML-BS), and maximum parsimony bootstrap support values (50%; MP-BS) are given at the nodes (PP/ML-BS/MP-BS). The scale bar represents the expected number of changes per site. The tree is rooted to Cylindroseptoria ceratoniae (CBS 477.69). The lengths of two branches with ×2 on them were halved for the layout of the tree (Hassan and Chang, 2019).
Mycosphaerella는 다양한 형태적 특성과 작물에 미치는 파괴적 영향으로 인해 진균 학자와 식물병리학자들 사이에서 가장 중요한 속 중 하나로 여겨지며, 수십 년 동안 연구되어 수많은 출판물이 발표된 긴 분류학적 역사를 가지고 있다. 형태적인 특징만으로 속을 분류하는 데에는 한계가 있다는 보고가 있다(Crous, 2009). Videira 등(2017)은 Mycosphaerellaceae 내의 Mycosphaerella에 대한 분류학적 연구를 통해 계통학적 체계를 확립하였으며, M. nawae와 같은 여러 Mycosphaerella spp.의 계통학적 위치를 구명하는 데 기여하였다. DNA 염기서열 데이터에 기반한 계통발생학적 유전체 분석은 분류의 정확성을 높이는 중요한 방법으로 보고되었다(Hunter 등, 2006; Videira 등, 2017). 다중 유전자 염기서열 자료를 기반으로 한 계통발생수에 의한 동정 방법은 형태적인 특징으로 분류할 수 없었던 Mycosphaerella의 속(genus)은 복합체로서 많은 계통군을 포함하고 있으며, 지금까지 잘 정의되어 보고된 불완전 세대 유형의 속은 여러 분기군으로 클러스터링되어 있다는 것을 보여준다(Crous 등, 2007; Hunter 등, 2006; Videira 등, 2017).
Lee 등(2016)은 다중 유전자 염기서열 자료와 형태적 특성을 바탕으로 M. nawae의 계통학적 위치를 분석하였으며, M. nawae가 Phaeophleospora 속(genus)과 밀접한 관련이 있다고 제안하였다. 그러나 불완전 세대는 Phaeophleospora와의 밀접한 관련성이 없으며(Crous, 2009), Phaeophleospora는 계통발생적으로 다계통으로 보고하였다(Crous, 2009). Videira 등(2017)은 Phaeophleospora spp.를 새로운 속인 Brunswickiella spp.로 보고하였다.
Colletotrichum spp.의 경우처럼 종복합체는 ITS 염기서열 데이터를 기반으로 밀접하게 관련된 Mycosphaerella 종을 구별하는 데 신뢰할 수 없다고 하였다(Stielow 등, 2015; Weir 등, 2012). 다중 좌위 염기서열의 자료의 조합은 곰팡이 종을 동정하는 데 신뢰성이 높을 뿐만 아니라 신속하므로 형태적 특성에 의한 동정이 필요하지 않다고 보고하였다(Quaedvlieg 등, 2012). 이러한 이유로 ITS와 LSU 및 rpb2의 염기서열 조합은 Mycosphaerellaceae의 많은 속을 구별하는 데 유용하다고 제안되었으며, M. nawae의 계통학적 위치를 확인하는 데 충분하다고 제안하였다(Videira 등, 2017). 특히 rpb2 유전자 염기서열의 자료를 사용하는 것은 다른 유전자를 사용하는 것보다 첫 번째로 더 높은 수준의 분류를 해결하고, 두 번째로 염기서열에 인트론이 없으므로 정렬이 용이하며, 마지막으로 염기서열 데이터 내에서 더 높은 수준의 가변성을 가지고 있어 종 수준에서 구별하는 데 도움이 된다고 하였다(Videira 등, 2017).
새로운 병원균의 속 (Plurivorosphaerella)의 유전적인 특징
감나무 둥근무늬낙엽병을 일으키는 병원균의 유전적인 특징 분석으로 계통발생수에 의한 유연관계 분석으로 ITS 유전자의 완전 증폭을 하였고, LSU, Act, rpb2 및 EF-1α는 부분 증폭의 방법으로 속을 동정하여 기존의 속명이 아닌 새로운 속명을 보고하였다(Hassan과 Chang, 2019). 각 유전자별 염기서열은 ITS 약 630 pb, LSU 약 1,335 pb, Act 약 217 pb, rpb2 약 993 pb 및 EF-1α 약 317 pb로 보고하였다. 국내 모든 균주의 ITS 염기서열은 스페인과 일본의 M. nawae 분리 균주(GQ465767, GQ465767, LC121124, LC121127 및 LC121128)와 100% 동일하며(Hassan과 Chang 2019), 재동정한 새로운 속명의 병원균에 대한 5종의 유전자의 정보는 다음과 같이 보고되었다(ITS: GenBank accession number: LC194867, LSU: LC380934, Act: LC380940, rpb2: LC380943, EF-1α: LC380937). 결론적으로 국내 감나무 둥근무늬낙엽병을 일으키는 병원균의 속명은 기존의 Mycosphaerella에서 Plurivorosphaerella로 동정이 되어 새로운 학명인 Plurivorosphaerella nawae comb. nov.로 보고하였다(Hassan과 Chang, 2019). Mycosphaerella는 속 복합체로 동정되었고, 이 속은 10개의 새로운(novel) 속을 포함하고 있으며, Mycosphaerella는 Mycosphaerellaceae에 속하고, Mycosphaerellaceae 내에는 33개의 속이 있다고 보고하였다(Hassan 과 Chang, 2019). Plurivorosphaerella는 Devonomyces와 유연관계가 가까운 속으로 Mycosphaerella와는 유연관계에서 거리가 멀다고 보고하였다(Crous, 2009; Hassan과 Chang, 2019). Hassan과 Chang (2019)이 보고한 새로운 학명을 정리하면 다음과 같다.
병원균의 분류: Plurivorosphaerella nawae O. Hassan & T. Chang, gen. nov.는 MycoBank에서 MB825548로 분류되었다(Hassan과 Chang, 2019). 병원균의 어원(etymology): 병원균의 일반명인 Pluivorosphaerella는 다식성을 의미하는 pluivorus 와 Mycosphaerella에서 유래한 sphaerella의 합성어이다. 이는 기주 범위가 더 넓다는 의미를 내포하고 있다. 계통발생학적으로 Devonomyces와 밀접한 유연관계를 보이지만 자매 위치에서 별도의 분기군을 형성한다. 불완전 세대와 밀접한 유연관계를 가진 종과는 구별된다. 시험 재료(materials examined): 대한민국 경상북도 상주시의 과수원에서 병든 감나무 잎을 2016년 10월 10일에 채집하였고, 균주명은 O. Hassan, Holo-type MN10, culture ex-type = KACC 48492이다. 대표종(type species): Plurivorosphaerella nawae (Hiura & Ikata) O. Hassan & T. Chang, comb. nov. MycoBank의 번호는 MB825619이다. 기본명(basionym): Mycosphaerella nawae Hiura & Ikata로 보고되고 있다(Ikata와 Hitomi, 1929).
병원성 및 기주 특이성
병원균의 기주 특이성은 Hassan과 Chang (2019)에 의해 검정되었다. Hassan과 Chang (2019)은 분생포자와 자낭포자의 포자 현탁액을 이용하여 인공 접종한 후 약 2개월(>50일 이상) 경과한 시점에 잎에서 병징을 관찰하였다. 분생포자를 접종한 경우보다 자낭포자를 접종하였을 때 병 발생률과 병 심각성이 더 높았다고 보고하였다. 감나무 이외의 사과나무, 복숭아나무, 체리나무 및 자두나무에서는 병징이 관찰되지 않아 병원균의 기주 특이성이 있다고 하였다(Hassan과 Chang, 2019; Hassan, 2019). 또한, 병원균의 잠복 기간은 병원균 접종 후 감염 기간인 48시간 동안 유지한 온도(15 o C, 25 o C)와 접종 시기에 따라 잠복 기간에 큰 차이를 보인다고 하였다. 포장에서 5월 15일에 접종한 후 감염이 되어 병징이 나타나는 잠복 기간은 33-34일 이상 소요되었고, 6월 15일에 접종한 경우 잠복 기간은 25-26일, 7월 15일에 접종한 경우는 21-22일, 8월 15일 접종한 경우는 11일로 짧아 5월 접종에 비해 20일 이상 잠복 기간의 차이가 났다고 보고하고 있다(Hassan, 2019).
위자낭각 성숙과 자낭포자 비산
둥근무늬낙엽병에 감염된 이병 잎에서 위자낭각의 성숙 시기는 2년간(2016-2017) 관찰하여 보고한 자료에 따르면(Fig. 5; Hassan과 Chang, 2019), 상주 지역에서는 4월 하순(April 26, 2016)에서 5월 중순(May 12, 2017)이었다(Hassan 등, 2018). 위자낭각의 성숙과 관계된 기상 요인으로는 평균 온도가 높은 해가 평균 온도가 낮은 해보다 성숙이 더 빨리 진행되었다(Hassan 등, 2018). Kwon 등(1995)의 보고에 의하면 진주 지역의 위자낭각은 성숙이 4월 하순에 시작하여 위자낭각의 발달과 성숙은 온도와 강수량에 따라 달라진다고 하였다.
Seasonal production and maturation of pseudothecia of M. nawae, asci, ascospore (A, B) maturation of pseudothecia of M. nawae (400×); (C) maturation of Pseudothecia of M. nawae; (D) asci (Hassan, 2019).
자낭균류의 위자낭각 형성, 발달 및 성숙에는 10 o C 이상의 온도와 높은 수분 함량이 요구된다(James와 Sutton, 1982; Kwon 등, 1995; Lee와 Huang, 1973; Ross와 Hamlin, 1962; Vicent 등, 2011). 위자낭각의 발달과 성숙을 위해서는 높은 수분과 간헐적인 건조가 필요한데, 이는 다른 종류의 자낭균류에서도 보고되었다(James와 Sutton, 1982; Mondal과 Timmer, 2002; Trapero-Casas와 Kaiser, 1992). 최근 Hassan 등(2018)의 보고에 의하면 자낭포자의 비산량은 2년간(2016-2017) 조사에서 5월 초순에 비에 의해 처음 자낭포자가 방출되었으며, 가장 많은 수의 자낭포자(슬라이드당 2,600개)가 비산하는 시기는 7월 5일 경이고, 마지막 자낭포자가 비산하는 시기는 9월 초순이었다. 자낭포자 비산율은 5월-6월 중순에 2.63%, 6월 중순-7월 중순에 96.5%로 자낭포자가 주로 비산하는 시기는 이 시기이며, 8월에는 0.80%에 불과하다고 하였다. 7월 초에 감나무 아래에서 용기로 수집한 빗물에서는 자낭포자가 관찰되지 않았고, 감나무 재배 포장에서 공기 중 비산하는 자낭포자량 조사에서도 자낭포자의 비산량(전체의 >75%)이 가장 많은 시기는 6월과 7월이었다(Hassan 등, 2018). 자낭포자의 비산과 온도, 강우 및 상대습도 간의 상관관계를 자낭포자 방출을 위한 통제된 조건의 실험에서 자낭포자는 연속적 습윤, 침지 기간 및 온도에 영향을 받는다고 보고하였고(Hassan 등, 2018), Vicent 등(2011)도 통제된 조건에서 침지 기간과 온도가 자낭포자 방출에 영향을 준다고 보고하였다. Hassan 등(2018)은 강우에 따른 자낭포자 비산의 예측 모델에서도 비례 상관관계가 있고, 강우 시에 의해 누출되어 나오는 자낭포자량도 강우와 상관관계가 있다고 하였다. 빗방울은 또한 자낭을 기계적으로 파손하여 자낭포자 방출 및 분산을 증가시킬 수 있고, 자낭포자는 비로 인해 충분히 수화되고 부풀어 올라 자낭에서 자낭포자가 강제로 분출되는 구멍으로 자낭을 밀어 넣는 역할을 한다고 하였다(Aylor 와 Anagostakis, 1991; Mondal과 Timmer, 2002). 과수원 토양 표면에서 강우나 이슬로 인해 이병 잎이 젖은 상태는 Venturia inaequalis 자낭포자를 방출하는 주요 요인으로 지목되었으며(Aylor와 Anagnostakis, 1991; Rossi 등, 2001), 상대습도가 높은 경우도 자낭포자낭의 삼투압이 상승하여 자낭포자가 강제로 방출된다고 한다(Trail 등, 2002). Hassan 등(2018)은 자낭포자가 물과 공기를 통해 과수원으로 방출되고 분산되는 과정을 미세 스프링클러를 연속 분무로 누적 자낭포자 방출 속도는 분무 후 1-2시간 사이에 매우 높았고 그 이후로는 크게 감소한다고 하였다. 자낭포자의 90% 이상이 물에 젖은 후 2시간 이내에 채집되었는데, 이병 잎의 침지 기간과 자낭포자 방출 간의 관계는 Gompertz 모델(Winsor, 1932)에 의해 가장 잘 설명되었으며, 자낭포자 방출수는 침지 1시간에서 8시간까지 기하급수적으로 증가한 후 감소한다고 보고하였다(Hassan 등, 2018), 또한 자낭포자 방출 속도는 온도가 5-15 o C로 증가함에 따라 선형적으로 증가한 후 감소한다고 한다. 자낭포자는 약 10 o C의 온도에서 방출되기 시작하여 16 o C까지 기하급수적으로 증가하였다(Vicent 등, 2011). Venturia inaequalis의 자낭포자 방출에 대한 온도 증가의 상관관계도 보고되었으며(Brook, 1969a, 1969b; Gadoury 등, 1998), Monilinia fructicola의 자낭포자 방출 속도 또한 온도가 10 o C에서 15 o C로 상승함에 따라 증가한다고 한다(Hong와 Michailides, 1998).
병 발생 및 심각성
포장에서 둥근무늬낙엽병의 발생에 대한 경시적인 심각성(Fig. 6; Hassan, 2019)을 2년간(2016-2017) 조사에서 상주 지역에서는 8월 하순에 처음으로 병징이 발견되었다(Hassan, 2019). 최대 병 발생 시기는 9월 초순과 하순 사이로 점진적으로 발병이 증가하여 10월 초순에는 80% (2016년)에서 97% (2017년)까지 증가하였는데, 이는 강우, 높은 상대습도, 낮은 기온과 상관성이 있다고 보고하였다(Hassan 등, 2018; Hassan, 2019). 진주 지역에서는 둥근무늬낙엽병의 증상은 9월 초에 최초 관찰되었고 9월 말에 발병이 가장 심각하게 나타났다(Kwon과 Park, 2004), 스페인에서도 9월 초에 병징이 처음 관찰되었다(Vicent 등, 2012). Hassan 등(2018)의 보고에 의하면 전체 잎에 대한 병의 심각도는 10월 중순에 가장 높았으며, 오래된 잎의 병 발달의 진전 곡선(AUPDC)에 따르면 병의 심각도 53%에서 98% 수준까지 도달한 반면, 어린 잎은 병 심각도는 3%에서 28%였다(Fig. 6; Hassan 등, 2018). 둥근무늬낙엽병은 주로 성숙한 잎에서 발병하며, 5월에 나온 잎은 6월에 나온 잎보다 병의 진행이 훨씬 빠르고 심각하며, 7월 이후에 새로 나온 줄기(신초)의 잎에서는 병이 발생하지 않는다고 보고하였다(Hassan 등, 2018).
Circular leaf spot in older and younger leaves of persimmon. (A) Symptoms of circular leaf spot of persimmon in older and younger leaves. (B) Disease progression, in term of severity of circular leaf spot of persimmon caused by P. nawae in persimmon in untreated orchards in 2017 and 2018 (Hassan and Chang, 2019; Hassan, 2019).
이병 잎의 2차 대사물질의 종류와 함량
둥근무늬낙엽병의 증상이 나타난 잎은 건전한 잎에 비해 2차 대사물질인 총 페놀(phenol) 화합물, 플라보노이드(flavonoid) 및 탄닌(tannin)의 함량 및 항산화 활성에 큰 변화를 보였다고 보고하였다(Hassan 등, 2020). 감나무의 둥근무늬낙엽병에 감염된 잎과 감염이 되지 않은 잎의 병 저항성에 영향을 주는 2차 대사물질인 총 페놀 화합물(total phenol compounds), 플라보노이드 및 탄닌 함량은 병든 잎과 건전한 잎에서 큰 차이가 있다고 보고하였다(Hassan 등, 2020). 총 페놀 화합물, 플라보노이드 및 탄닌의 함량은 9월 2일에 채집한 병징이 나타난 잎에서는 건전한 잎보다 총 페놀 화합물, 플라보노이드 및 탄닌의 함량이 모두 거의 2배 정도 높았다(Hassan 등, 2020). 5월 20일 채집한 건전한 잎은 9월 2일에 채집한 건건한 잎보다 총 페놀 화합물, 플라보노이드 및 탄닌의 함량은 2배 이상 많다고 보고하였다(Hassan 등, 2020). 하나의 잎에서 잎의 중앙 엽맥을 중심으로 잎의 절반(1/2)은 병징이 나타나고, 나머지 절반(1/2)은 병징이 나타나지 않은 잎에서도 총 페놀 화합물, 플라보노이드 및 탄닌의 함량은 병징이 나타난 절반(1/2) 부분의 잎에서 병징이 나타나지 않은 절반(1/2) 부분의 잎보다 거의 2배 이상 높은 함량을 보였다.
총 페놀 화합물.
Hassan 등(2020)은 5월 20일에 채집한 건전 한 잎의 총 페놀 화합물의 함량은 평균 58.06 mg GAE/g이었으며, 9월 2일에 채집한 건전한 잎의 함량은 21.24 mg GAE/g이었다. 반면, 병든 잎의 총 페놀 함량은 43.52 mg GAE/g으로 건전한 잎보다 2배 가량 함량이 높다고 보고하였다. 하나의 잎에서 중앙 엽맥을 기준으로 잎의 절반(1/2)은 병징이 나타나고, 나머지 절반(1/2)은 병징이 나타나지 않은 잎에서도 총 페놀 화합물의 함량은 건전한 잎의 절반(1/2) 부분의 총 페놀 화합물의 함량이 평균 19.58 mg GAE/g인 반면, 병징이 나타난 절반(1/2) 부분의 잎은 37.30 mg GAE/g으로 2배 정도 높았다고 보고하였다.
총 플라보노이드(total flavonoid).
총 플라보노이드 함량은 5월 20에 채집한 건전한 잎은 14.86 mg CE/g으로 가장 많았다(Fig. 7). 9월 2일에 채집한 건전한 잎은 6.11 mg CE/g인 반면, 병든 잎은 12.08 mg CE/g으로 2배 이상 높았다. 하나의 잎의 반(1/2)이 건전한 부분의 6.38 mg CE/g인 반면, 반(1/2)이 병든 부분의 잎은 10.41 mg CE/g으로 높다고 보고하였다(Hassan 등, 2020).
Hypothetical relationship between P. nawae infection and flavonoid content of persimmon. The trend line for ascospore dynamics is adopted from Hassan et al. (2018). The trend line for flavonoid content in persimmon leaf extracts is acquired from Jung and Jeong (2012) (Hassan and Chang, 2019).
탄닌(tannin).
잎의 탄닌 함량은 5월 20에 채집한 건전한 잎(33.66 mg CE/g)이 가장 높았고, 9월 2일에 채집한 건전한 잎(4.43 mg CE/g)보다 병든 잎(28.79 mg CE/g)이 6배 정도 높았으며, 하나의 잎의 반(1/2)이 건전한 부분(3.13 mg CE/g)인 반면, 반(1/2)이 병든 부분의 잎은 19.05 mg CE/g으로 6배 이상 높다고 보고하였다(Hassan 등, 2020).
항산화 물질의 활성
병든 잎과 건전한 잎의 항산화물질인 DPPH (2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazy), ABTS (3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid) 및 vitamin-C (Vit-C)의 활성과 함량이 건전한 잎보다 이병 잎에서 크게 높았고 보고하였다(Hassan 등, 2020).
DPPH와 ABTS.
감나무 잎의 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성을 보고하였다. 5월 2일에 채집한 건전한 잎의 DPPH 라디칼 소거 활성은 42.28%로 가장 높았고, 9월 2일 채집한 건전한 잎은 26.8%인 반면, 이병 잎은 34.41% 높았고, 1/2 건전한 잎은 26.67%인 반면, 1/2 이병 잎은 34.42%로 높았다고 보고하였다. 잎의 ABTS 라디칼 소거 활성도 5월에 채집한 잎이 75.31%로 가장 높았고, 9월 2일에 채집한 건전한 잎(35.02%)보다 병든 잎(65.69%)이 높았으며, Fig. 8과 같이 동일한 잎에 1/2 건전한 부분은 잎(34.52%)보다 1/2 병든 부분의 잎(56.47%)에서 높았다고 보고하였다(Hassan 등, 2020).
Different types of leaves. (A) Asymptomatic leaf (H1, H2). (B) Symptomatic leaf (D). (C) Diseased containing 1/2 healthy part (1/2 H, 1/2 D) (Hassan, 2019).
Vit-C.
총 페놀 함량, 플라보노이드 및 탄닌 함량과 유사한 경향을 보고하였다. 5월 2일에 채집한 건전한 잎의 Vit-C 함량(13.93 mg CE/g)은 가장 높았으며, 9월 2일에 채집한 건전한 잎(1.27 mg CE/g)보다 병든 잎(7.27 mg CE/g)이 7배 이상 높고, 잎의 1/2 건전한 부분(1.93 mg CE/g)보다 1/2 병든 부분의 잎(5.27 mg CE/g)에서 높았다고 보고하였다(Hassan 등, 2020).
2차 대사산물인 총 페놀, 총 플라보노이드 및 탄닌 함량과 항산화 물질의 활성은 병원균의 감염으로 병징이 나타난 잎에서는 같은 시기에 건전한 잎에 비하여 2차 대사산물의 모든 물질의 함량이 높은 것은 병원균의 공격으로 인해 유발되는 기저 저항성으로 설명할 수 있다고 보고하였다(Hassan 등, 2020). 감나무 잎의 노화로 총 페놀 함량이 감소하는 것은 미생물과 관련된 분자 패턴을 인식한 후 식물세포는 테르페노이드(terpenoids), 페놀 화합물 및 알카로이드(alkaloids)와 같은 화학 물질을 축적하여 병원균 공격에 대하여 강화된다고 보고하였고(Matern과 Kneusel, 1988), 곰팡이에 감염된 잎과 과일에서 다양한 페놀 화합물이 축적된다는 보고도 있다(Treutter 와 Feucht, 1990b). 손상된 세포에서 생성된 방어 화합물은 인접한 건강한 세포로 확산됨으로 인접한 건강한 세포에서 많은 페놀 산화 효소의 활동이 자극되고(Treutter와 Feucht, 1990a, 1990b), 둥근 반점이 나타난 조직과 건강한 조직 사이에서 페놀 화합물의 합성과 축적이 발생한다고 보고하였다(Hassan 등, 2020; Kulbat, 2016; Treutter와 Feucht, 1990b). 감염된 부분의 페놀 화합물 수치가 높으면 식물 건강을 보호하는 데 도움이 될 수 있으며(Hassan 등, 2020; Treutter와 Feucht, 1990b), 페놀 화합물 축적과 항산화 활성 사이에는 양적으로 상관관계가 있다고 보고하였다(Hossain 등, 2018; Pereira 등, 2009).
페놀성 화합물은 2차 대사산물로 모든 유형의 식물에 널리 존재한다(Bhattacharya 등, 2010). Boubakri 등(2016)과 Boubakri (2017)는 식물에서 페놀성 화합물의 기능은 꽃과 과일의 색소 침착, 식물 생장 및 수분을 가속화하기 위한 매력적인 물질로 종자 분산에도 작용하지만, 특히 병원균에 대한 식물 방어에 중요한 역할을 한다고 보고하였다(Bhattacharya 등, 2010). 세균, 진균 및 선충류 등이 식물에 침입 시 이들 병원균에 대한 살균과 살충의 역할에 페놀성 화합물이 관여한다고 보고하였다(Bhattacharya 등, 2010; Schijlen 등, 2004). 특히 페놀성 화합물의 산화 생성물은 세포 독성과 식물 병 저항성의 작용도 하지만, 일부 페놀성 화합물은 식물 손상과 스트레스 저항성에 관여하는 것으로 보고하고 있다(Balasundram 등, 2006; Schijlen 등, 2004).
잎의 플라보노이드는 자외선 소거, 번식력 및 병원균에 대한 식물 방어에 관여하는 물질로 많이 보고가 되었고(Jung과 Jeong, 2012; Kulbat, 2016), 플라보노이드는 사과 검은별무늬병을 일으키는 자낭균류인 Venturia inaequalis에 대한 저항성은 플라보노이드 양과의 상관관계가 있고(Kulbat, 2016), V. inaequalis 에 저항성 사과 품종은 감수성 품종보다 더 많은 양의 페놀 화합물이 있다고 보고하였다(Arici 등, 2014; Mikulic Petkovsek 등, 2011). 페놀 화합물은 또한 기장의 Sclerospora graminicola에 대한 저항성(Kumar 등, 2010), 검은 눈 검은콩 모자이크 바이러스, 라즈베리의 Didymella applanate 및 Paraconiothyrium fuckelii에 대한 저항성을 결정하는 2차 대사산물로 보고하고 있다(Lin 등, 2016; Mikulič Petkovšek 등, 2009; Mikulic-Petkovsek 등, 2014).
탄닌은 또 다른 2차 대사산물의 한 종류로 식물의 병원균에 대한 저항성에 관여하며, 탄닌의 flavan-3-ols 같은 물질은 Verticillium alboatrum의 포자 발아 및 발아관 성장을 억제할 수 있고(Matsuo와 Ito, 1978), Colletotrichum lindemuthianum 에 대한 일반 콩의 저항성은 종자 껍질에서 더 높은 탄닌의 함량과 관련이 있다고 보고하고 있다(Barbehenn과 Constabel, 2011; Matsuo와 Ito, 1978; Treutter와 Feucht, 1990a).
Vit-C는 식물 항산화 방어 시스템과 관련된 주요 항산화 화합물로 보고하였다(Boubakri 등, 2016; Boubakri, 2017). 다양한 병원체에서 기저 및 유도 저항을 조절하는 복잡한 네트워크의 핵심 구성 요소와 상호 작용하여 병원균 침입으로부터 식물을 보호하는 데 직·간접적으로 관여하고, 글루타치온(GSH) 및 중요한 효소 항산화제와 협력하여 Vit-C는 식물에서 산화환원 환경을 생성하여 방어 유전자 발현, 세포벽 강화, 방어 호르몬 신호 전달 네트워크 조절과 같은 다양한 방어 경로를 조절한다고 보고하였다.
살균제의 감수성과 포장에서 병 방제
포장에서 병 방제를 위한 살균제의 적용 시기는 자낭포자가 가장 많이 비산을 시작하는 시기인 6월 15일부터 15일 간격 8월 30일까지 5회와 6회 살포하는 방제 프로그램 6종류를 적용한 시험을 2년간 동일한 포장 3곳에서 실시하여 80% 이상의 병 방제 효과를 보였고 병의 심각성을 줄일 수 있었다고 보고하였다(Hassan, 2019).
방제 프로그램은 보호 살균제와 침투성 살균제 및 혼합제제를 계통별로 시기별로 적용 약제를 달리하였고, 살포 시기별로 적용 약제가 다른 조합으로 8개의 병 방제 프로그램으로 살포하였고 약제의 살포는 6회 살포한 프로그램 4종류과 5회 살포하는 프로그램 4종류로 자낭포자 비산량이 급격히 증가하는 시기인 6월 15일과 6월 30일에 1회 살포 후 15일 간격으로 8월 30일까지 살포하였는데 모든 방제 프로그램에서 병 방제 효과는 2년간 평균 85% 이상 방제 효과가 있었고 그중에서 5회 살포를 적용한 방제 프로그램 중에서 방제 효과가 우수한 방제 프로그램1 (trifloxystrobin [6/30일], difenconazol + fuazinam [혼합제] [7/15일], trifloxystobin + tebuconazole [혼합제] [7/30일], mancozeb [8/15일] 및 mancozeb + myclobutanil [혼합제] [8/30일])은 2년간 각각 3곳의 포장에서 병 방제 효과는 84.7-96%로 평균 방제율은 92.3%였고, 방제프로그램2 (difenconazol + fuazinam [6/30], mancozeb [7/15], trifloxystrobin [7/30], mancozeb + myclobutanil [8/15], trifloxystobin + tebuconazole [8/30])는 평균 방제 효과는 78.3-96.6%였다고 보고하였다(Hassan, 2019).
살균제의 종류 중 trifloxystrobin은 자낭균류와 난균류의 식물 병원균에 대하여 광범위 방제 효과를 가지고 있다고 보고하였고(Reuveni, 2001), trifloxystobin + tebuconazole 살균제는 Mycosphaerella에 의한 잎 병의 심각성을 74% 감소시킨다고 보고하였다.
살균제의 살포 적용 시기는 자낭포자의 비산 밀도, 발병 환경 조건 및 감수성 잎 등 감염 시기와 일치할 때만 병 방제에 효과적이고(Berbegal 등, 2011; Hassan, 2019), 건조 기후를 가진 스페인은 봄철 감염 기간 동안 2-4회의 살균제의 사용은 병 방제 효과가 있었지만, 감염 시기 이후에 살균제의 살포는 병 방제 효과가 낮았고(Bassimba 등, 2017; Berbegal 등, 2011), 방제 효과가 높은 두 약제를 선발하여 이들 약제를 교대로 4회 살포한 pyraclostrobin과 captan 처리구와 pyraclostrobin과 mancoze 살포구에서 70% 이상의 방제 효과가 높다고 보고하였고, pyraclostrobin은 in vitro에서 EC50값이 낮았고, 포장시험에서도 병 방제 효과는 높다고 보고하였다(Berbegal 등, 2011). 반면, EC50값이 낮은 fenpropimorph (0.2-0.4 ug/ml), tebuconazole (0.7-1.3 ug/ml) 및 thiophanatemethyl (1.5-1.7 ug/ml)은 단용으로 2회 살포에서 병 방제 효과가 없었고, mancozeb은 EC50값(27.1-27.3 ug/ml)은 높았지만 병 방제 효과가 높다고 보고하였다(Berbegal 등, 2011).
경종적인 방제 연구는 거의 없는 실정이지만 병 방제 전략으로 동일 포장에 재배 품종의 다양화하고, 지난해 이병엽을 제거하는 포장청결 관리, 영양 관리로 황산석회, 석회고토, 요소를 잘하는 것은 자낭균류인 사과나무 검은별무늬병 (Venturia inaequalis) 피해의 심각성을 줄인다고 보고하였다(Holb 등, 2006).
결 론
국내 감 재배 농가에 큰 피해를 주는 둥근무늬낙엽병을 일으키는 병원균에 연구는 1993년부터 시작되었다. 병원균의 형태적인 특징과 포자 비산 시기 등의 연구가 되었지만 병 방제에 많은 비용을 든다. 병원균의 특징은 1년에 한번 발생하는 단주기성병이지만, 감염 후 발병까지 잠복 기간이 긴 것이 특징으로 병원균의 감염 시기에 방제를 하지 않으면 방제 효과가 크게 낮아지는 결과를 초래하고 있다. 이 병은 주로 늙은 잎에서 발병을 하여 심하면 낙엽이 되고 과실도 낙과가 되는 피해를 받는다. 병원균은 겨울 동안 병든 잎 뒷면에서 균핵과 유사한 형태로 월동한 위자낭각에서 자낭포자가 4월 말에 성숙이 되어 5월 초순부터 7월 중순까지 전반이 되지만, 최대 전반 시기는 강우가 많고 습도가 높고 기온이 높은 6월 초순에서 7월 중순으로 이 시기에 주로 감염이 이루어진다고 여러 연구에서 보고하고 있다. 이 시기에 감염되는 잎은 성엽에서 노엽이 되어가는 잎으로 6월보다 7월에 감염이 될 경우 발병까지 잠복 기간이 짧아 빠르게 발병이 되어 병 심감성이 높아 피해가 커지게 된다.
감나무 둥근무늬낙엽병의 병원균은 새로운(novel) 속명으로 바뀌게 되었고, 동정에 필요한 유전자의 정보도 모두 제시되어 추후 연구에 많은 기초 자료의 제공으로 도움이 될 것으로 생각한다. 병든 잎에서 병 저항성 물질은 병 증상이 나타나는 발병 초기에 병든 이병 잎이 건전한 잎보다 총 페놀 함량, 플라보노이드 및 탄닌 함량은 2배 이상 높게 나타난 것은 병원균의 감염 시기에 병원균의 신호 물질에 의해 세포에서 병 저항성 물질을 많이 분비한 것으로 보고 있다. 포장에서 병 증상이 나타나는 시기와 병 심각성은 재배자의 경종적인 관리와 기후 조건에 따라 매년 다른 양상을 보인다. 낮은 온도와 많은 강우는 병 발달과 진행에 결정적인 요인으로 작용한다. 국내 재배용 감 품종은 모두 둥근무늬낙엽병에 감수성으로 저항성 품종은 보고되지 않았다. 둥근무늬낙엽병의 가장 실적인 방제는 살균제의 적용 시기와 살균제의 종류를 잘 선택하여 사용하는 것이 병을 방제하여 피해를 줄일 수 있을 것으로 생각한다. 침투성 살균제의 과용은 병 방제를 줄이기보다는 살균제에 대한 저항성을 유발시킬 수 있지만, 보호 살균제 만으로는 충분한 병 방제를 할 수 없다. 병 방제를 위한 침투성 살균제와 보호 살균제 및 2종의 주성분으로 된 혼합 살균제의 여러 종류를 사용하여 여러 조합의 방제 프로그램을 적용하여 자낭포자의 비산량이 가장 많은 시기인 6월 15일과 6월 30일에 첫 살포 후 15일 간격 5회와 6회를 살포하는 것을 권장한다.
Notes
Conflicts of Interest
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
Acknowledgments
We would like to thank all the members of the Plant Pathology Lab, Department of Crop Science, Kyungpook National University, Sangju, Gyeongbuk 37224, Korea (Republic of) for their help conducting the experiments.