Choi, Ki-Young;Park, Duck Hwan;Seong, Eun-Soo;Lee, Sang Woo;Hang, Jin;Yi, Li Wan;Kim, Jong-Hwa;Na, Jong-Kuk
Journal of Plant Biotechnology
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v.46
no.4
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pp.274-281
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2019
Pistacia chinensis Bunge has not only been used as a medicinal plant to treat various illnesses but its young shoots and leaves have also been used as vegetables. In addition, P. chinensis is used as a rootstock for Pistacia vera (pistachio). Here, the transcriptome of P. chinensis was sequenced to enrich genetic resources and identify secondary metabolite biosynthetic pathways using Illumina RNA-seq methods. De novo assembly resulted in 18,524 unigenes with an average length of 873 bp from 19 million RNA-seq reads. A Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) annotation tool assigned KO (KEGG orthology) numbers to 6,553 (36.2%) unigenes, among which 4,061 unigenes were mapped into 391 different metabolic pathways. For terpenoid backbone and carotenoid biosynthesis pathways, 44 and 22 unigenes encode enzymes corresponding to 30 and 16 entries, respectively. Twenty-two unigenes encode proteins for 16 entries of the carotenoid biosynthesis pathway. As for the phenylpropanoid and flavonoid biosynthesis pathways, 63 and 24 unigenes were homologous to 17 and 14 entry proteins, respectively. Mining of simple sequence repeat identified 2,599 simple sequence repeats from P. chinensis unigenes. The results of the present study provide a valuable resource for in-depth studies on comparative and functional genomics to unravel the underlying mechanisms of the medicinal properties of Pistacia L.
In this study, we demonstrate the use of a PCR-based method for the detection of the specific genes involved in natural-product biosynthesis. This method was applied, using specifically designed PCR primers, to the amplification of a gene segment encoding for sedo-heptulose 7-phosphate cyclase, which appears to be involved in the biosynthetic pathways of $C_7N$ aminoacyclitol or its keto analogue-containing metabolites, in a variety of actinomycetes species. The sequences of DNA fragments (about 540 bp) obtained from three out of 39 actinomycete strains exhibited a high degree of homology with the sedo-heptulose 7-phosphate cyclase gene, which has been implicated in acarbose biosynthesis. The selective cultivation conditions of this experiment induced the expression of these loci, indicating that the range of $C_7N$ aminoacyclitol or its keto analogue-group natural products might be far greater than was previously imagined. Considering that a total of approximately 20 $C_7N$ aminoacyclitol metabolites, or its keto analogue-containing metabolites, have been described to date, it appears likely that some of the unknown loci described herein might constitute new classes of $C_7N$ aminoacyclitol, or of its keto analogue-containing metabolites. As these metabolites, some of which contain valienamine, are among the most potent antidiabetic agents thus far discovered, the molecular detection of specific metabolite-producing actinomycetes may prove a crucial step in current attempts to expand the scope and diversity of natural-product discovery.
Kang, Beom-Ryong;Han, Song-Hee;Zdor, Rob E.;Anderson, Anne J.;Spencer, Matt;Yang, Kwang-Yeol;Kim, Yong-Hwan;Lee, Myung-Chul;Cho, Baik-Ho;Kim, Young-Cheol
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.17
no.4
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pp.586-593
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2007
Seed coating by a phenazine-producing bacterium, Pseudomonas chlororaphis O6, induced dose-dependent inhibition of germination in wheat and barley seeds, but did not inhibit germination of rice or cucumber seeds. In wheat seedlings grown from inoculated seeds, phenazine production levels near the seed were higher than in the roots. Deletion of the gacS gene reduced transcription from the genes required for phenazine synthesis, the regulatory phzI gene and the biosynthetic phzA gene. The inhibition of seed germination and the induction of systemic disease resistance against a bacterial soft-rot pathogen, Erwinia carotovora subsp. carotovora, were impaired in the gacS and phzA mutants of P chlororaphis O6. Culture filtrates of the gacS and phzA mutants of P. chlororaphis O6 did not inhibit seed germination of wheat, whereas that of the wild-type was inhibitory. Our results showed that the production of phenazines by P. chlororaphis O6 was correlated with reduced germination of barley and wheat seeds, and the level of systemic resistance in tobacco against E. carotovora.
Park, Soo-Dong;Lee, Sang-Nam;Park, Ik-Hyun;Choi, Jong-Su;Jeong, Wol-Kyu;Kim, Youn-Hee;Lee, Heung-Shick
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.14
no.4
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pp.789-795
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2004
A promoter-probe shuttle vector pSK1Cat was constructed for the isolation of transcriptional signal sequences from Corynebacterium glutamicum. Besides conferring resistance to kanamycin in Escherichia coli and C. glutamicum, the vector carried a promoterless cat gene to confer resistance to chloramphenicol upon insertion of the appropriate transcriptional signals in the multiple cloning site. By utilizing the vector, a series of transcriptionally active fragments were isolated from the genome of C. glutamicum. The clones, ranging from 200 bp to 1 kb in size, were grouped into 3 classes of strong, medium, and weak, based on the chloramphenicol acetyltransferase (CAT) activity and sensitivity to the chloramphenicol of the clone-carrying C. glutamicum cells. C. glutamicum cells carrying the $P_{19}$ clone, a representative in the strong class, were able to grow on minimal agar plates containing over $40 mg/mell$ chloramphenicol, and showed CAT activity of 10 m㏖/mgㆍmin, performing slightly better than the cells carrying $P_{tac}$ , a strong E. coli promoter. Subcloning analysis of the $P_{19}$ clone identified a 180 bp intergenic fragment ($P_{180}$), which was located upstream of a gene encoding a hypothetical membrane protein. The expression conferred by $P_{180}$ was not affected by either the kinds of carbon sources or changes in temperature. These properties make the $P_{180}$ clone useful for the deregulated expression of biosynthetic genes in C. glutamicum during amino acid fermentation.
Dihydroflavonol 4-reductase (DFR) is a key enzyme of the flavonoid biosynthesis pathway which catalyses the NADPH-dependent reduction of 2R,3R-trans-dihydroflavonols to leucoanthocyanidins. In this study we describe cloning and expression of the genes encoding the flavonoid-biosynthetic enzyme DFR in Gypsophila paniculata L. Inspection of the 1279 bp long sequence revealed an open reading frame 1063 bp, including a 36 bp 5' leader region and 181 bp 3' untranslated region. Comparison of the coding region of this DFR cDNA sequence including the sequences of Arabidopsis thaliana, Citrus sinensis, Dianthus caryophyllus, Ipomoea batatas, Matthiola incana, Nierembergia sp, Petunia hybrida, Solanum tuberosum, Vitis vinifera reveals an identity higher than 69% at the nucleotide level. The function of this nucleotide sequences was verified by comparison with amino acid sequences of the amino-terminus and tryptic peptides from purified plant enzyme, by northern blotting with mRNA from wild type and mutant plants, by in vitro expression yielding and enzymatically active reductase, as indicated by the small leucopelargonidin peak. Genomic southern blot analysis showed the presence of only one gene for DFR in Gypsophila paniculata.
Pajarillo, Edward Alain B.;Kim, Sang Hoon;Lee, Ji-Yoon;Valeriano, Valerie Diane V.;Kang, Dae-Kyung
Food Science of Animal Resources
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v.35
no.5
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pp.692-702
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2015
Lactobacillus mucosae is a natural resident of the gastrointestinal tract of humans and animals and a potential probiotic bacterium. To understand the global protein expression profile and metabolic features of L. mucosae LM1 in the early stationary phase, the QExactiveTM Hybrid Quadrupole-Orbitrap Mass Spectrometer was used. Characterization of the intracellular proteome identified 842 proteins, accounting for approximately 35% of the 2,404 protein-coding sequences in the complete genome of L. mucosae LM1. Proteome quantification using QExactiveTM Orbitrap MS detected 19 highly abundant proteins (> 1.0% of the intracellular proteome), including CysK (cysteine synthase, 5.41%) and EF-Tu (elongation factor Tu, 4.91%), which are involved in cell survival against environmental stresses. Metabolic pathway annotation of LM1 proteome using the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) database showed that half of the proteins expressed are important for basic metabolic and biosynthetic processes, and the other half might be structurally important or involved in basic cellular processes. In addition, glycogen biosynthesis was activated in the early stationary phase, which is important for energy storage and maintenance. The proteogenomic data presented in this study provide a suitable reference to understand the protein expression pattern of lactobacilli in standard conditions
We investigated a possible coordination between the biosyntheses of two polyketides in the cereal head blight fungus Gibberella zeae, zearalenone (ZEA) and aurofusarin (AUR), which are catalyzed by the polyketide synthases (PKS) PKS4/PKS13 and PKS12, respectively. To determine if the production of one polyketide influences that of the other, we used four different transgenic strains of G zeae; three were deficient for either ZEA or AUR or both, and one was an AUR-overproducing strain. The mycelia of both the wild-type and ${\Delta}PKS4$ strain deficient for ZEA produced AUR normally, whereas the mycelia of both the ${\Delta}PKS12$ and ${\Delta}PKS4::{\Delta}PKS12$ strain showed no AUR accumulation. All the examined deletion strains caused necrotic spots on the surface of com kernels and were found to produce the nonpolyketide mycotoxins trichothecenes to the same amount as the wild-type strain. In contrast, the AUR-deficient ${\Delta}PKS12$ strains produced greater quantities of ZEA and its derivatives than the wild-type progenitor on both a rice substrate and a liquid medium; the AUR-overproducing strain did not produce ZEA on either medium. Furthermore, the expression of both PKS4 and PKS13 was induced earlier in the ${\Delta}PKS12$ strains than in the wild-type strain, and there was no difference in the transcription of PKS12 between the two strains. Therefore, these results indicate that the ZEA biosynthetic pathway is negatively regulated by the accumulation of another polyketide (AUR) in G zeae.
Park, Min Young;Jeon, Byeong Jun;Kang, Ji Eun;Kim, Beom Seok
The Plant Pathology Journal
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v.36
no.6
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pp.579-590
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2020
Botrytis cinerea, which causes gray mold disease in more than 200 plant species, is an economically important pathogen that is mainly controlled by synthetic fungicides. Synergistic fungicide mixtures can help reduce fungicide residues in the environment and mitigate the development of fungicide-resistant strains. In this study, we screened microbial culture extracts on Botrytis cinerea to identify an antifungal synergist for tebuconazole. Among the 4,006 microbial extracts screened in this study, the culture extract from Schizophyllum commune displayed the most enhanced activity with a sub-lethal dosage of tebuconazole, and the active ingredient was identified as schizostatin. In combination with 5 ㎍/ml tebuconazole, schizostatin (1 ㎍/ml) showed disease control efficacy against gray mold on tomato leaf similar to that achieved with 20 ㎍/ml tebuconazole treatment alone. Interestingly, schizostatin showed demethylation inhibitor (DMI)-specific synergistic interactions in the crossed-paper strip assay using commercial fungicides. In a checkerboard assay with schizostatin and DMIs, the fractional inhibitory concentration values were 0.0938-0.375. To assess the molecular mechanisms underlying this synergism, the transcription levels of the ergosterol biosynthetic genes were observed in response to DMIs, schizostatin, and their mixtures. Treatment with DMIs increased the erg11 (the target gene of DMI fungicides) expression level 15.4-56.6-fold. However, treatment with a mixture of schizostatin and DMIs evidently reverted erg11 transcription levels to the pre-DMI treatment levels. These results show the potential of schizostatin as a natural antifungal synergist that can reduce the dose of DMIs applied in the field without compromising the disease control efficacy of the fungicides.
The Escherichia coli aroA and serC genes constitute a mixed-function operon which involves in two different amino acid biosynthetic pathways. The regulation of expression of serC-aroA operon was evaluated through the use of a serC-araA-lacZ fusion plasmid pWH2. The expression of the serC-aroA operon was decreased by aromatic amino acids such as tyrosine, tryptophan, and phenylalanine. The repressible effects were diminished in E. coli tyrR of trpR strain, indicating the involvemnt of TyrR of TrpR protein in the repression. Tyrosine was competitie with cAMP in the influence on the expression of the serC-AroA operon. From these data, it was suggested that the serC-aroA operon is controlled by aromatic amino acids in a negative manner.
Myxobacteria produce diverse secondary metabolites for predation, self-defense, intercellular signaling, and other unknown functions. Many secondary metabolites isolated from myxobacteria show pharmaceutically useful bioactivity such as anticancer, antibacterial, and antifungal activities with a unique mechanism of action. Therefore, a large number of myxobacterial strains have been isolated globally and many bioactive compounds have been purified from them. However, 16S rRNA database analysis indicates that there are far more types of myxobacterial species in the wild than have ever been isolated, and genome sequence analysis suggests that each myxobacterium is capable of producing much more metabolites than already known. In this article, the current status of studies on the secondary metabolites from myxobacteria, their biosynthetic genes, biological functions, and transcriptional regulatory factors governing gene expression were reviewed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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