As an initial step toward a better understanding of the genome structure of Korean cattle (Hanwoo breed) and initiation of the framework for genomic research in this bovine, the bacterial artificial chromosome (BAC) end sequencing of 21,024 clones was recently completed. Among these clones, BAC End Sequences (BESs) of 20,158 clones with high quality sequences (Phred score ${\geq}20$, average BES equaled 620 bp and totaled 23,585,814 bp), after editing sequencing results by eliminating vector sequences, were used initially to compare sequence homology with the known bovine chromosomal DNA sequence by using BLASTN analysis. Blast analysis of the BESs against the NCBI Genome database for Bos taurus (Build 2.1) indicated that the BESs from 13,201 clones matched bovine contig sequences with significant blast hits (E<$e^{-40}$), including 7,075 single-end hits and 6,126 paired-end hits. Finally, a total of 5,105 clones of the Korean cattle BAC clones with paired-end hits, including 4,053 clones from the primary analysis and 1,052 clones from the secondary analysis, were mapped to the bovine chromosome with very high accuracy.
In this study, a Korean native cattle strain (Hanwoo) evidencing high performance in terms of both meat quality and quantity was employed in the generation of 150,000 BAC clones with an average insert size of 140 kb, and corresponding to about a 6X coverage of bovine chromosomal DNA. The BAC clones were pooled in a mini-scale via three rounds of a pooling protocol, and the efficiency of this pooling protocol was evaluated by testing the accuracy of accessibility to the positive clones, via a PCR-based screening method. Two sets of primers designed from each of two known genes were tested, and each yielded 2 or 3 positive clones for each gene, thereby indicating that the BAC library pooling system was appropriate with regard to the accession of the target BAC clones. Analyses of $3.3{\times}10^6$ base pairs obtained from the 7,090 BAC end sequence (BES) showed that 34.88% of the DNA sequence harbored the repetition sequence. Analysis of the 7,090 BES to the $1^{st}$ and $2^{nd}$ generation radiation hybrid map of the cattle genome, using the COMPASS program designed for the construction of a cattle-human comparative mapping, resulted in the localization of a total of 1,374 clones proximal to 339 $1^{st}$ generation markers, and 1,721 clones proximal to 664 $2^{nd}$ generation markers. Collectively, the BAC library and pooling system of the BAC clones from the Korean cattle, coupled with the chromosome-localized BAC clones, will provide us with novel tools for the excavation of desired clones for genome mapping and sequencing, and will also furnish us with additional information regarding breed differences in cattle.
Hong, Chang Pyo;Plaha, Prikshit;Koo, Dal-Hoe;Yang, Tae-Jin;Choi, Su Ryun;Lee, Young Ki;Uhm, Taesik;Bang, Jae-Wook;Edwards, David;Bancroft, Ian;Park, Beom-Seok;Lee, Jungho;Lim, Yong Pyo
Molecules and Cells
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v.22
no.3
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pp.300-307
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2006
Brassica rapa ssp. pekinensis (Chinese cabbage) is an economically important crop and a model plant for studies on polyploidization and phenotypic evolution. To gain an insight into the structure of the B. rapa genome we analyzed 12,017 BAC-end sequences for the presence of transposable elements (TEs), SSRs, centromeric satellite repeats and genes, and similarity to the closely related genome of Arabidopsis thaliana. TEs were estimated to occupy 14% of the genome, with 12.3% of the genome represented by retrotransposons. It was estimated that the B. rapa genome contains 43,000 genes, 1.6 times greater than the genome of A. thaliana. A number of centromeric satellite sequences, representing variations of a 176-bp consensus sequence, were identified. This sequence has undergone rapid evolution within the B. rapa genome and has diverged among the related species of Brassicaceae. A study of SSRs demonstrated a non-random distribution with a greater abundance within predicted intergenic regions. Our results provide an initial characterization of the genome of B. rapa and provide the basis for detailed analysis through whole-genome sequencing.
Brassica rape is an important species used as a vegetable, oil, and fodder worldwide. It is related phylogenically to Arabidopsis thaliana, which has already been fully sequenced as a model plant. The 'Multinational Brassica Genome Project (MBGP)'was launched by the international Brassica community with the aim of sequencing the whole genome of B. rapa in 2003 on account of its value and the fact that it has the smallest genome among the diploid Brassica. The genome study was carried out not only to know the structure of genome but also to understand the function and the evolution of the genes comprehensively. There are two mapping populations, over 1,000 molecular markers and a genetic map, 2 BAC libraries, physical map, a 22 cDHA libraries as suitable genomic materials for examining the genome of B. rapa ssp. pekinensis Chinese cabbage. As the first step for whole genome analysis, 220,000 BAC-end sequences of the KBrH and KBrB BAC library are achieved by cooperation of six countries. The results of BAC-end sequence analysis will provide a clue in understanding the structure of the genome of Brassica rapa by analyzing the gene sequence, annotation and abundant repetitive DHA. The second stage involves sequencing of the genetically mapped seed BACs and identifying the overlapping BACs for complete genome sequencing. Currently, the second stage is comprises of process genetic anchoring using communal populations and maps to identify more than 1,000 seed BACs based on a BAC-to-BAC strategy. For the initial sequencing, 629 seed BACs corresponding to the minimum tiling path onto Arabidopsis genome were selected and fully sequenced. These BACs are now anchoring to the genetic map using the development of SSR markers. This information will be useful for identifying near BAC clones with the seed BAC on a genome map. From the BAC sequences, it is revealed that the Brassica rapa genome has extensive triplication of the DNA segment coupled with variable gene losses and rearrangements within the segments. This article introduces the current status and prospective of Korea Brassica Genome Project and the bioinformatics tools possessed in each national team. In the near future, data of the genome will contribute to improving Brassicas for their economic use as well as in understanding the evolutional process.
As next-generation sequencing technologies have advanced, enormous amounts of whole-genome sequence information in various species have been released. However, it is still difficult to assemble the whole genome precisely, due to inherent limitations of short-read sequencing technologies. In particular, the complexities of plants are incomparable to those of microorganisms or animals because of whole-genome duplications, repeat insertions, and Numt insertions, etc. In this study, we describe a new method for detecting misassembly sequence regions of Brassica rapa with genotyping-by-sequencing, followed by MadMapper clustering. The misassembly candidate regions were cross-checked with BAC clone paired-ends library sequences that have been mapped to the reference genome. The results were further verified with gene synteny relations between Brassica rapa and Arabidopsis thaliana. We conclude that this method will help detect misassembly regions and be applicable to incompletely assembled reference genomes from a variety of species.
Recently, the $2^{nd}$ generation genome map of the Korean cattle (Hanwoo) has been constructed by comparison of the nucleotide sequence of the Korean cattle BAC clones with whole genome sequence of the bovine data-base (B_tau 2.1 build). The objective of this study was to update the $2^{nd}$ generation genome map of the Korean cattle using the similar approach. The nucleotide sequence of the Korean cattle BAC clones utilized in the construction of the $2^{nd}$ generation map was compared with the newly released bovine data-base (B_tau 3.1 build) to generate the $3^{rd}$ generation map. While, 5,105 BAC clones were localized on bovine chromosome in the $2^{nd}$ generation map, a total of 9,595 BAC clones, which spans about 37.27% of the bovine chromosome after eliminating the overlapping sequence among the clones, have been mapped on the bovine chromosome in the $3^{rd}$ generation map. Further analysis of the nucleotide sequence of the BAC clones will allow us to develop map and facilitate to pinpoint the genes that are important for the improvement of the performance in this cattle breed.
Scholz, Christian;Doderlein, Gabriele;Simon, Horst H.
BMB Reports
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v.39
no.4
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pp.464-467
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2006
Recently, the nucleotide sequences of entire genomes became available. This information combined with older sequencing data discloses the exact chromosomal location of millions of nucleotide markers stored in the databases at NCBI, EMBO or DDBJ. Despite having resolved the intron/exon structures of all described genes within these genomes with a stroke of a pen, the sequencing data opens up other interesting possibilities. For example, the genomic mapping of the end sequences of the human, murine and rat BAC libraries generated at The Institute for Genomic Research (TIGR), reveals now the entire encompassed sequence of the inserts for more than a million of these clones. Since these clones are individually stored, they are now an invaluable source for experiments which depend on genomic DNA. Isolation of smaller fragments from such clones with standard methods is a time consuming process. We describe here a reliable one-step cloning technique to obtain a DNA fragment with a defined size and sequence from larger genomic clones in less than 48 hours using a standard vector with a multiple cloning site, and common restriction enzymes and equipment. The only prerequisites are the sequences of ends of the insert and of the underlying genome.
Proceedings of the Korean Society for Bioinformatics Conference
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2001.10a
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pp.61-86
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2001
All cancers are caused by abnormalities in DNA sequence. Throughout life, the DNA in human cells is exposed to mutagens and suffers mistakes in replication, resulting in progressive, subtle changes in the DNA sequence in each cell. Since the development of conventional and molecular cytogenetic methods to the analysis of chromosomal aberrations in cancers, more than 1,800 recurring chromosomal breakpoints have been identified. These breakpoints and regions of nonrandom copy number changes typically point to the location of genes involved in cancer initiation and progression. With the introduction of molecular cytogenetic methodologies based on fluorescence in situ hybridization (FISH), namely, comparative genomic hybridization (CGH) and multicolor FISH (m-FISH) in carcinomas become susceptible to analysis. Conventional CGH has been widely applied for the detection of genomic imbalances in tumor cells, and used normal metaphase chromosomes as targets for the mapping of copy number changes. However, this limits the mapping of such imbalances to the resolution limit of metaphase chromosomes (usually 10 to 20 Mb). Efforts to increase this resolution have led to the "new"concept of genomic DNA chip (1 to 2 Mb), whereby the chromosomal target is replaced with cloned DNA immobilized on such as glass slides. The resulting resolution then depends on the size of the immobilized DNA fragments. We have completed the first draft of its Korean Genome Project. The project proceeded by end sequencing inserts from a library of 96,768 bacterial artificial chromosomes (BACs) containing genomic DNA fragments from Korean ethnicity. The sequenced BAC ends were then compared to the Human Genome Project′s publicly available sequence database and aligned according to known cancer gene sequences. These BAC clones were biotinylated by nick translation, hybridized to cytogenetic preparations of metaphase cells, and detected with fluorescein-conjugated avidin. Only locations of unique or low-copy Portions of the clone are identified, because high-copy interspersed repetitive sequences in the probe were suppressed by the addition of unlabelled Cotl DNA. Banding patterns were produced using DAPI. By this means, every BAC fragment has been matched to its appropriate chromosomal location. We have placed 86 (156 BAC clones) cytogenetically defined landmarks to help with the characterization of known cancer genes. Microarray techniques would be applied in CGH by replacement of metaphase chromosome to arrayed BAC confirming in oncogene and tumor suppressor gene: and an array BAC clones from the collection is used to perform a genome-wide scan for segmental aneuploidy by array-CGH. Therefore, the genomic DNA chip (arrayed BAC) will be undoubtedly provide accurate diagnosis of deletions, duplication, insertions and rearrangements of genomic material related to various human phenotypes, including neoplasias. And our tumor markers based on genetic abnormalities of cancer would be identified and contribute to the screening of the stage of cancers and/or hereditary diseases
Kim, Jin A;Yang, Tae-Jin;Kim, Jung Sun;Park, Jee Young;Kwon, Soo-Jin;Lim, Myung-Ho;Jin, Mina;Lee, Sang Choon;Lee, Soo In;Choi, Beom-Soon;Um, Sang-Hee;Kim, Ho-Il;Chun, Changhoo;Park, Beom-Seok
Molecules and Cells
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v.23
no.2
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pp.145-153
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2007
Elucidation of the roles of circadian associated factors requires a better understanding of the molecular mechanisms of circadian rhythms, control of flowering time through photoperiodic pathways, and photosensory signal transduction. In Arabidopsis, the APRR1 quintet, APRRs 1, 3, 5, 7, and 9, are known as central oscillator genes. Other plants may share the molecular mechanism underlying the circadian rhythm. To identify and characterize these circadian response genes in Brassica crops whose genome was triplicated after divergence from Arabidopsis, we identified B. rapa BAC clones containing these genes by BLAST analysis of B. rapa BAC end sequences against the five corresponding Arabidopsis regions. Subsequent fingerprinting, Southern hybridization, and PCR allowed identification of five BAC clones, one for each of the five circadian-related genes. By draft shotgun sequencing of the BAC clones, we identified the complete gene sequences and cloned the five expressed B. rapa circadian-associated gene members, BrPRRs 1, 3, 5, 7, and 9. Phylogenetic analysis revealed that each BrPRR was orthologous to the corresponding APRR at the sequence level. Northern hybridization revealed that the five genes were transcribed at distinct points in the 24 hour period, and Southern hybridization revealed that they are present in 2, 1, 2, 2, and 1 copies, respectively in the B. rapa genome, which was triplicated and then diploidized during the last 15 million years.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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