Ahn, Seonjoo;Jun, Sangmi;Ro, Hyun-Joo;Kim, Ju Han;Kim, Seil
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.28
no.10
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pp.1760-1768
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2018
The type strain Bacillus subtilis subsp. subtilis KCTC $3135^T$ was deeply sequenced and annotated, replacing a previous draft genome in this study. The tar and tag genes were involved in synthesizing wall teichoic acids (WTAs), and these genes and their products were previously regarded as the distinguishing difference between B. s. subtilis and B. s. spizizenii. However, a comparative genomic analysis of B. subtilis spp. revealed that both B. s. subtilis and B. s. spizizenii had various types of cell walls. These tar and tag operons were mutually exclusive and the tar genes from B. s. spizizenii were very similar to the genes from non-Bacillus bacteria, unlike the tag genes from B. s. subtilis. The results and previous studies suggest that the tar genes and the tag genes are not inherited after subspecies speciation. The phylogenetic tree based on whole genome sequences showed that each subspecies clearly formed a monophyletic group, while the tree based on tar genes showed that monophyletic groups were formed according to the cell wall type rather than the subspecies. These findings indicate that the tar genes and the presence of ribitol as a cell-wall constituent were not the distinguishing difference between the subspecies of B. subtilis and that the description of subspecies B. s. spizizenii should be updated.
β-1,3-glucanosyltransferases play essential roles in cell wall biosynthesis in yeast. Kluyveromyces lactis has six putative β-1,3-glucanosyltransferase genes. KlGAS1-1 and KlGAS1-2 are homologs of Saccharomyces cerevisiae gene GAS1. RT-qPCR indicated the transcription level of KlGAS1-1 was significantly reduced while heterologous protein (thermostable xylanase B) secretion was enhanced during medium optimization. To evaluate if these two events were related, and to improve xylanase B secretion in K. lactis, we constructed KlGAS1-1 and KlGAS1-2 single deletion strains and double deletion strain, respectively. KlGAS1-1 gene deletion resulted in the highest xylanase B activity among the three mutants. Only the double deletion strain showed morphology similar to that of the GAS1 deletion mutant in S. cerevisiae. The two single deletion strains differed in terms of cell wall thickness and xylanase B secretion. Transcription levels of β-1,3-glucanosyltransferase genes and genes related to protein secretion and transport were assayed. The β-1,3-glucanosyltransferase genes displayed transcription complementation in the cell wall synthesis process. KlGAS1-1 and KlGAS1-2 affected transcription levels of secretion- and transport-related genes. Differences in protein secretion ratio among the three deletion strains were associated with changes of transcription levels of secretion- and transport-related genes. Our findings indicate that KlGAS1-1 deletion is an effective tool for enhancing industrial-scale heterologous protein secretion in K. lactis.
Depending on the acquisition of developmental competence, the expression of genes for ${\beta}$-1,3-glucan synthase and chitin synthase was affected in different ways by Aspergillus nidulans LAMMER kinase. LAMMER kinase deletion, ${\Delta}lkhA$, led to decrease in ${\beta}$-1,3-glucan, but increase in chitin content. The ${\Delta}lkhA$ strain was also resistant to nikkomycin Z.
Salazar-Iribe, Alexis;Zuniga-Sanchez, Esther;Mejia, Emma Zavaleta;Gamboa-deBuen, Alicia
The Plant Pathology Journal
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v.33
no.6
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pp.614-618
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2017
The root-knot nematode Meloidogyne incognita infects a variety of plants, including Arabidopsis thaliana. During migration, root-knot nematodes secrete different proteins to modify cell walls, which include pectolytic enzymes. However, the contribution of host cell wall proteins has not been described during this process. The function of two DUF642 cell wall proteins, BIIDXI (BDX, At4g32460) and TEEBE (TEB, At2g41800), in plant development could be related to the regulation of pectin methyl esterification status in the cell walls of different tissues. Accordingly, the expression of these two genes is up-regulated by auxin. BDX and TEB were highly induced during early M. incognita inoculation. Moreover, cell wall localization of the proteins was also induced. The cell wall localization of BDX and TEB DUF642 proteins during M. incognita early inoculation suggested that these two proteins could be involved in the regulation of the degree of pectin methylation during cell separation.
Carrot is one of the useful crops used abundantly in cooking in Western as well as Asia regions such as China and Korea. However, seed coats have hairs which should be removed to increase germination rate. Furthermore, because of seed hairs, farmers face several additional losses, such as time consumption, manpower, capital and so on, for seed handling. To prevent these problems, study of gene related hair formation using short-hair seed lines is required. We analyzed genes related to hair formation from seed through expressed sequenced tag (EST) profiling, based on the fact that the development of carrot seed hair is related to cellulose synthesis pathway in secondary cell wall synthesis stage. To study the gene expression related to hair formation of the carrot seed, a cDNA library was constructed by using the early maturation stage of the short-hair line (659-1) and hairy seed line (677-14). In short-hair (659-1) and hairy seed (677-14) lines, results from of EST profiling through BLASTX search analysis using the NCBI database showed that 172 and 224 unigenes had significant homology with known protein sequences, whereas 233 and 192 unigenes were not, respectively. All ESTs were grouped into 16 categories according to their putative functions. Twenty nine unigenes among all ESTs were considered to be genes regulating seed hair development from cellulose synthesis pathway during secondary cell wall synthesis stage; in results, 14 unigenes related to seed hair development were found only in hairy seed line.
The target of rapamycin complex (TORC) plays a key role in plant cell growth and survival by regulating the gene expression and metabolism according to environmental information. TORC activates transcription, mRNA translation, and anabolic processes under favorable conditions, thereby promoting plant growth and development. Tomato fruit ripening is a complex developmental process promoted by ethylene and specific transcription factors. TORC is known to modulate leaf senescence in tomato. In this study, we investigated the function of TORC in tomato fruit ripening using virus-induced gene silencing (VIGS) of the TORC genes, TOR, lethal with SEC13 protein 8 (LST8), and regulatory-associated protein of TOR (RAPTOR). Quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction showed that the expression levels of tomato TORC genes were the highest in the orange stage during fruit development in Micro-Tom tomato. VIGS of these TORC genes using stage 2 tomato accelerated fruit ripening with premature orange/red coloring and decreased fruit growth, when control tobacco rattle virus 2 (TRV2)-myc fruits reached the mature green stage. TORC-deficient fruits showed early accumulation of carotenoid lycopene and reduced cellulose deposition in pericarp cell walls. The early ripening fruits had higher levels of transcripts related to fruit ripening transcription factors, ethylene biosynthesis, carotenoid synthesis, and cell wall modification. Finally, the early ripening phenotype in Micro-Tom tomato was reproduced in the commercial cultivar Moneymaker tomato by VIGS of the TORC genes. Collectively, these results demonstrate that TORC plays an important role in tomato fruit ripening by modulating the transcription of various ripening-related genes.
White root rot disease, caused by the pathogen Rosellinia necatrix, is one of the world's most devastating plant fungal diseases and affects several commercially important species of fruit trees and crops. Recent global outbreaks of R. necatrix and advances in molecular techniques have both increased interest in this pathogen. However, the lack of information regarding the genomic structure and transcriptome of R. necatrix has been a barrier to the progress of functional genomic research and the control of this harmful pathogen. Here, we identified 10,616 novel full-length transcripts from the filamentous hyphal tissue of R. necatrix (KACC 40445 strain) using PacBio single-molecule sequencing technology. After annotation of the unigene sets, we selected 14 cell cycle-related genes, which are likely either positively or negatively involved in hyphal growth by cell cycle control. The expression of the selected genes was further compared between two strains that displayed different growth rates on nutritional media. Furthermore, we predicted pathogen-related effector genes and cell wall-degrading enzymes from the annotated gene sets. These results provide the most comprehensive transcriptomal resources for R. necatrix, and could facilitate functional genomics and further analyses of this important phytopathogen.
Background: The patatin-related phospholipase AIII family (pPLAIIIs) genes alter cell elongation and cell wall composition in Arabidopsis and rice plant, suggesting diverse commercial purposes of the economically important medicinal ginseng plant. Herein, we show the functional characterization of a ginseng pPLAIII gene for the first time and discuss its potential applications. Methods: pPLAIIIs were identified from ginseng expressed sequence tag clones and further confirmed by search against ginseng database and polymerase chain reaction. A clone showing the highest homology with pPLAIIIβ was shown to be overexpressed in Arabidopsis using Agrobacterium. Quantitative polymerase chain reaction was performed to analyze ginseng pPLAIIIβ expression. Phenotypes were observed using a low-vacuum scanning electron microscope. Lignin was stained using phloroglucinol and quantified using acetyl bromide. Results: The PgpPLAIIIβ transcripts were observed in all organs of 2-year-old ginseng. Overexpression of ginseng pPLAIIIβ (PgpPLAIIIβ-OE) in Arabidopsis resulted in small and stunted plants. It shortened the trichomes and decreased trichome number, indicating defects in cell polarity. Furthermore, OE lines exhibited enlarged seeds with less number per silique. The YUCCA9 gene was downregulated in the OE lines, which is reported to be associated with lignification. Accordingly, lignin was stained less in the OE lines, and the expression of two transcription factors related to lignin biosynthesis was also decreased significantly. Conclusion: Overexpression of pPLAIIIβ retarded cell elongation in all the tested organs except seeds, which were longer and thicker than those of the controls. Shorter root length is related to auxinresponsive genes, and its stunted phenotype showed decreased lignin content.
The roots of Korean ginseng (Panax ginseng) have a long history of usage as a medicinal drug. Ginsenosides, a group of triterpenioid saponins in ginseng, have been reported to show important pharmacological effects. Many studies have attempted to identify the ginsenoside synthesis pathways of P. ginseng and to increase crop productivity. Recent studies have shown that exogenous gibberellin (GA) treatments promote storage root secondary growth by integration of the modulating cambium stem cell homeostasis with a secondary cell wall-related gene network. However, the dynamic regulation of ginsenoside synthesis-related genes and their contents by external signaling cues has been rarely evaluated. In this study, we confirmed that GA treatment not only enhanced the secondary growth of P. ginseng storage roots, but also significantly enriched the terpenoid biosynthesis process in RNA-seq analysis. Consistently, we also found that the expression of most genes involved in the ginsenoside synthesis pathways, including those encoding methylerythritol-4-phosphate (MEP) and mevalonate (MVA), and the saponin content in both leaves and roots was increased by exogenous GA application. These results can be used in future development of biotechnology for ginseng breeding and enhancement of saponin content.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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