Gardenia callus was induced in MS medium containing $10{\;}{\mu}M$ of 2,4 diphenoxy acetic acid (2,4-D), $1{\;}{\mu}M$ kinetin, and 3% sucrose in the dark. $B_5$ medium was identified to be the most adequate medium for cell growth. Indole-3-acetic acid (IAA) was better growth regulator than 2,4-D not only for cell growth but slso for carotenoid production. Ligt also played a critical role on synthesis of carotenoid. Gardenia cells grown in $B_5$ medium could utilize a polysaccharide, soluble starch, as a carbon source. The cell growth was stimulated in $B_5$ medium fortified with 0.2% yeast extract. The optimum pH for cell growth was 5.7. High density cultures can be maintained by increasing inoculum size and medium concentration accordingly. Specific growth rate and mass doubling time were 0.095 $day^{-1}$ and 7.3 days, respectively. The cell immobilized in alginate tends to formulate more enlarged vacuoles containing yellow pigment compared with those of suspended cell. Carotenoid content of immobilized cell was about $264.4{\;}{\mu}g/g$ fresh weight (F.W.) corresponding twice of the content of suspended cell ($112.08{\;}{\mu}g/g$ F.W.). The color of gardenia cell was shifted from yellow to red when carbohydrase-secreting fungus, Trichoderma reesei, was co-cultivated with gardenia cells.
Jegadeesh Raman;Young-Joon Ko;Jeong-Seon Kim;Da-Hye Kim;Soo-Jin Kim
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.34
no.3
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pp.710-724
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2024
Flavobacterium can synthesize xanthophyll, particularly the pigment zeaxanthin, which has significant economic value in nutrition and pharmaceuticals. Recently, the use of carotenoid biosynthesis by bacteria and yeast fermentation technology has shown to be very efficient and offers significant advantages in large-scale production, cost-effectiveness, and safety. In the present study, JSWR-1 strain capable of producing xanthophyll pigment was isolated from a freshwater reservoir in Wanju-gun, Republic of Korea. Based on the morphological, physiological, and molecular characteristics, JSWR-1 classified as belonging to the Flavobacterium species. The bacterium is strictly aerobic, Gram-negative, rod-shaped, and psychrophilic. The completed genome sequence of the strain Flavobacterium sp. JSWR-1 is predicted to be a single circular 3,425,829-bp chromosome with a G+C content of 35.2% and 2,941 protein-coding genes. The optimization of carotenoid production was achieved by small-scale cultivation, resulting in zeaxanthin being identified as the predominant carotenoid pigment. The enhancement of zeaxanthin biosynthesis by applying different light-irradiation, variations in pH and temperature, and adding carbon and nitrogen supplies to the growth medium. A significant increase in intracellular zeaxanthin concentrations was also recorded during fed-batch fermentation achieving a maximum of 16.69 ± 0.71 mg/l, corresponding to a product yield of 4.05 ± 0.15 mg zeaxanthin per gram cell dry weight. Batch and fed-batch culture extracts exhibit significant antioxidant activity. The results demonstrated that the JSWR-1 strain can potentially serve as a source for zeaxanthin biosynthesis.
The irrigation schedule system using early detection of crop water stress is required to maintain crop production and save water resource. However, because previous studies focused on the crop under stress dominant condition, the crop physiological properties, which can be measured by remote sensing technique, on early crop water stress condition are not well known. In this study, the canopy temperature, MERIS Terrestrial Chlorophyll Index (MTCI), and Chlorophyll/Carotenoid Index (CCI) are observed on the soybeans given the early water stress using thermal imaging camera and hyperspectral camera. The increased canopy temperature and decreased MTCI are consist with the previous studies which are for the crop of stress dominant-sign. However, the CCI was increased contrary to expectation because it may faster the reduction of carotenoid than chlorophyll in early stage. These behaviors will be useful to not only develop the irrigation system but also using the early detection of crop stress.
Sun Do, Kim;Geun-Bae, Kim;Gi Yong, Lee;Soo-Jin, Yang
Journal of Animal Science and Technology
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v.64
no.3
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pp.515-530
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2022
Sequence type (ST) 5 methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) with staphylococcal cassette chromosome mec (SCCmec) type II (ST5-MRSA-II) and ST72-MRSA-IV represent the most significant genotypes for healthcare- (HA) and community-associated (CA) MRSA in Korea, respectively. In addition to the human-type MRSA strains, the prevalence of livestock-associated (LA) MRSA clonal lineages, such as ST541 and ST398 LA-MRSA-V in pigs and ST692 LA-MRSA-V and ST188 LA-MRSA-IV in chickens, has recently been found. In this study, clonotype-specific resistance profiles to cathelicidins derived from humans (LL-37), pigs (PMAP-36), and chickens (CATH-2) were examined using six different ST groups of MRSA strains: ST5 HA-MRSA-II, ST72 CA-MRSA-IV, ST398 LA-MRSA-V, ST541 LA-MRSA-V, ST188 LA-MRSA-IV, and ST692 LA-MRSA-V. Phenotypic characteristics often involved in cathelicidin resistance, such as net surface positive charge, carotenoid production, and hydrogen peroxide susceptibility were also determined in the MRSA strains. Human- and animal-type MRSA strains exhibited clonotype-specific resistance profiles to LL-37, PMAP-36, or CATH-2, indicating the potential role of cathelicidin resistance in the adaptation and colonization of human and animal hosts. The ST5 HA-MRSA isolates showed enhanced resistance to all three cathelicidins and hydrogen peroxide than ST72 CA-MRSA isolates by implementing increased surface positive charge and carotenoid production. In contrast, LA-MRSA strains employed mechanisms independent of surface charge regulation and carotenoid production for cathelicidin resistance. These results suggest that human- and livestock-derived MRSA strains use different strategies to counteract the bactericidal action of cathelicidins during the colonization of their respective host species.
Seong-Joo Hong;Hyunwoo Kim;Jiho Min;Hanwool Park;Z-Hun Kim;Chang Soo Lee;Eonseon Jin;Choul-Gyun Lee
Journal of Marine Bioscience and Biotechnology
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v.15
no.2
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pp.82-89
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2023
Microalgae, as photosynthetic organisms, possess the ability to produce a diverse array of bioactive compounds. This study focused on the transformant Chlamydomonas reinhardtii dZL and subjected it to cultivation under varying light intensities (60, 120, 180, and 240 µmol/m2/s). Our aim was to assess the impact of light intensity on both microalgal biomass and carotenoid production. The cultivation took place in 80 mL bubble column photobioreactors, specifically the Multi-cultivator. Notably, the culture exposed to 240 µmol/m2/s exhibited the most rapid cell growth, surpassing even the cell concentration achieved at 180 µmol/m2/s by day 8. A detailed analysis of the specific irradiance rate over time unequivocally revealed a sharp decline in growth rates when the rate fell below 2 × 10-10 µmol/cell/s. Although the culture with 60 µmol/m2/s yielded the highest carotenoid content (1.2% of dry weight), the culture exposed to 240 µmol/m2/s recorded the highest carotenoid concentration at 8.9 mg/L owing to its higher biomass. Our findings reveal the critical importance of maintaining a specific irradiance rate above 2 × 10-10 µmol/cell/s to enhance biomass and carotenoid productivity. This study lays the groundwork for defining optimal light intensity conditions applicable to mass culture systems, with the objective of augmenting C. reinhardtii biomass and optimizing carotenoid productivity.
Kim Jeong-Dong;Lee Woo-Sung;Kim Beob-Min;Lee Choul-Gyun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.16
no.8
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pp.1222-1228
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2006
Two kinds of Haematococcus pluvialis cells (green vegetative cells cultivated under optimal cell culture conditions and red cyst cells maintained under high light stress conditions to induce astaxanthin production) were used to investigate the protein expression profiles by two-dimensional electrophoresis, image analysis, and peptide mass fingerprinting. The cellular accumulation of astaxanthin was evident after exposure to high light intensity and reached the maximum cellular level after 78 h of high light stress. In a 2-D electrophoresis analysis, 22 proteins were upregulated over 2-fold in the red cyst cells when compared with the green vegetative cells and selected for further analysis by chemically assisted fragmentation (CAF)-MALDI-TOF sequencing to identify the protein functions. Among 22 different spots, several key enzymes specific to the carotenoid pathway, including isopentenyl pyrophosphate isomerase (IPP) and lycopene $\beta$-cyclase, appeared in H. pluvialis after exposure to high light intensity. Therefore, IPP and lycopene $\beta$-cyclase would appear to be involved with carotenoid accumulation in the cytoplasm, as these peptides were preferentially upregulated by high light intensity preceding an increase in carotenoid, and only these forms were detected in the red cyst cells.
Three different strains of carotenoid accumulating XantlwphyUomyces dendrorhous mutants, JH1, JH2, and JH3, were isolated by NTG (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine) mutagenesis, which might potentially be useful for animal feed as well as for studies on the regulation and biosynthesis of astaxanthin. Mutants were selected based on the capability of growth and carotenoid production on the YM agar plate containing chemical inhibitor, $\beta$-ionone. Astaxanthin-overproducing mutant JH1 produced 4.032 mg astaxanthinlg dry cell weight, and this value was about 15-folds higher than that of wild-type. $\beta$-Carotene-overproducing mutant JH2 produced 0.273 mg $\beta$-carotene/g dry cell weight, and this was 4-folds increase from that of wild-type. In contrast, JH3 was a white-colored mutant that was unable to produce carotenoid pigment.
Kim, In-Jung;Ko, Kyong-Cheol;Nam, Tae-Sik;Kim, Yu-Wang;Chung, Won-Il;Kim, Chan-Shick
Journal of Microbiology
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v.41
no.3
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pp.212-218
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2003
Citrus phytoene synthase (CitPsy) and ${\beta}$-carotene hydroxylase (CitChx), which are involved in caroteinoid biosynthesis, are distantly related to the corresponding bacterial enzymes from the point of view of amino acid sequence similarity. We investigated these enzyme activities using Pantoea ananatis carotenoid biosynthetic genes and Escherichia coli as a host cell. The genes were cloned into two vector systems controlled by the T7 promoter. SDS-polyacrylamide gel electrophoresis showed that CitPsy and CitChx proteins are normally expressed in E. coli in both soluble and insoluble forms. In vivo complementation using the Pantoea ananatis enzymes and HPLC analysis showed that ${\beta}$-carotene and zeaxanthin were produced in recombinant E. coli, which indicated that the citrus enzymes were functionally expressed in E. coli and assembled into a functional multi-enzyme complex with Pantoea ananatis enzymes. These observed activities well matched the results of other researchers on tomato phytoene synthase and Arabidopsis and pepper ${\beta}$-carotene hydroxylases. Thus, our results suggest that plant carotenoid biosynthetic enzymes can generally complement the bacterial enzymes and could be a means of carotenoid production by molecular breeding and fermentation in bacterial and plant systems.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.27
no.6
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pp.1027-1033
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1998
Stewed pumpkin juice(SPJ) has recently become popular as a health drink, and its consumption is growing rapidly. Well ripened pumpkin was heated in a pressure cooker and squeezed to an extract and then packed in retort pouches. The ingredient of ginger, onion, jujube and boxthorn was added to samples of SPJ in order to observe the effect on the composition of SPJ during production and storage at 28oC for 60 days. The level of the main mineral(K) in pumpkin varied when the ingredients were added. The pH of control SPJ showed more changes than the SPJs with ingredients added, and there was almost no change in the samples with boxthorn. During storage, titrable acidity decreased in all samples, and the SPJs with ginger and jujube showed relatively little change compared to the samples of control SPJ and SPJ with onion. As for soluble solid and reducting sugar, the SPJs with jujube and boxthorn showed the highest reading. For carotenoid, the SPJs with jujube, ginger, boxthorn and onion listed according to the amount of carotenoid contained more total carotenoid than the control SPJ. Most of the carotenoid in pumpkin and its extract was found to be carotene by HPLC and Chandler's method. Sensory evaluation of the SPJ samples with ingredients revealed preference for the taste of the SPJs with jujube, ginger and boxthorn in declining order of preference. The taste of SPJs with ingredients added was generally preferent over the control SPJ except the case of SPJ with onion.
The unicellular green alga, Haematococcus pluvialis used as a biological production system for astaxanthin. It accumulates large amounts of the red ketocarotenoid astaxanthin when exposed to various environmental stress such as active oxygen species and high light intensities. To induce astaxanthin biosynthesis of H. pluvialis, cells were incubated in either nitrate free at $25^{\circ}C$ under continuous high light intensity ($1,000\;{\mu}mol$ photons $m^{-2}s^{-1}$) for 2 days or high light stress only. Expressions of astaxanthin biosynthetic genes such as carotenoid hydroxylase, IPP isomerase and ${\beta}$-carotene ketolase were monitored under different culture conditions by using real time RT-PCR. All the subjected genes increased their expression under highlight and N-deprivation condition where a large amount of astaxanthin was accumulated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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