Phage-Based Biocontrol against Blight of Rosaceae Plant Caused by Erwinia amylovora and Erwinia pyrifoliae

Abstract

The recent outbreak of blight in pome fruit plants has been a major concern as there are two indistinguishable Erwinia species, Erwinia amylovora and E. pyrifoliae, which cause blight in South Korea. Although there is a strict management protocol consisting of antibiotic-based prevention, the area and number of cases of outbreaks have increased. In this study, we isolated four bacteriophages (phages), pEp_SNUABM_03, 04, 11, and 12, that infect both E. amylovora and E. pyrifoliae and evaluated their potential as antimicrobial agents for administration against Erwinia-originated blight in South Korea. Morphological analysis revealed that all phages had podovirus-like capsids. The phage cocktail showed a broad spectrum of infectivity, infecting 98.91% of E. amylovora and 100% of E. pyrifoliae strains. The antibacterial effect was observed after long-term cocktail treatment against E. amylovora, whereas it was observed for both short- and long-term treatments against E. pyrifoliae. Genomic analysis verified that the phages did not encode harmful genes such as antibiotic resistance or virulence genes. All phages were stable under general orchard conditions. Collectively, we provided basic data on the potential of phages as biocontrol agents that target both E. amylovora and E. pyrifoliae.

최근 국내에서는 에르위니아 아밀로보라 (Erwinia amylovora)와 에르위니아 피리폴리애(Erwinia pyrifoliae)라는 서로 구별되지 않는 두 종의 에르위니아가 발생하면서 병해충이 발생해 큰 우려를 낳고 있습니다. 항생제 방제를 중심으로 한 엄격한 관리 프로토콜이 있지만, 발생 지역과 건수가 증가하고 있습니다. 본 연구에서는 에르위니아 아밀로보라와 에르위니아 피리폴리아애를 모두 감염시키는 박테리오파지 4종 (pEp_SNUABM_03, 04, 11, 12)을 분리하여 국내 에르위니아 유래 마름병에 대한 항균제로서의 가능성을 평가했습니다. 형태학적 분석 결과 모든 파지는 Podovirus와 유사한 캡시드를 가지고 있는 것으로 나타났습니다. 파지 칵테일은 에르위니아 아밀로보라의 98.91%와 에르위니아 피리폴리애 균주의 100%를 감염시키는 광범위한 감염력을 보여주었습니다. 항균 효과는 에르위니아 아밀로보라에 대한 장기간 칵테일 처리 후 관찰되었고, 에르위니아 피리폴리애에 대한 단기 및 장기 처리 모두에서 관찰되었습니다. 게놈 분석 결과 파지는 항생제 내성이나 독성 유전자와 같은 유해한 유전자를 암호화하지 않는 것으로 확인되었습니다. 모든 파지는 일반적인 과수원 조건에서 안정적이었습니다. 종합적으로, 우리는 에르위니아 아밀로보라와 에르위니아 피리폴리애를 모두 표적으로 하는 생물학적 방제제로서 파지의 잠재력에 대한 기초 데이터를 제공했습니다.