Yi, Yi;Qiao, Dairong;Bai, Linhan;Xu, Hui;Li, Ya;Wang, Xiaolin;Cao, Yi
Journal of Microbiology
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제45권2호
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pp.153-157
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2007
5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSP synthase, EC 2.5.1.19) is the sixth enzyme in the shikimate pathway which is essential for the synthesis of aromatic amino acids and many secondary metabolites. The enzyme is widely involved in glyphosate tolerant transgenic plants because it is the primary target of the nonselective herbicide glyphosate. In this study, the Dunaliella salina EPSP synthase gene was cloned by RT-PCR approach. It contains an open reading frame encoding a protein of 514 amino acids with a calculated molecular weight of 54.6 KDa. The derived amino acid sequence showed high homology with other EPSP synthases. The Dunaliella salina EPSP synthase gene was expressed in Escherichia coli and the recombinant EPSP synthase were identified by functional complementation assay.
It was proved that the cell growth followed a photo-inhibition model in light-limited turbidostat cultivation, having 1.06 (1/h) of maximum specific growth rate and 0.00094(kcal/$cm^2$/h) and 0.063 (kcal/$cm^2$/h) as half saturation and light inhibition constants, repectively. ${\beta}$-carotene production showed a growth related porcess. And the activation energy of Dunaliella salina was roughly estimated as 12.36 (kcal/mole) in employing Arrhenius relationship. It should also point out that relatively much porduction of ${\beta}$-carotene was observed at hight light intensity with yieding 1.04 (mg-carotene/g-dry cell/day) of specific product production rate while the cell growth was decreased. The optimal conditions of producing ${\beta}$-carotene in turbiodostat cultivation were as follows: $7.5{\times}10^{-3}$(kcal/$cm^2$/h)of light intensity, 2 (mM) and 50(mM) of nitrate and sodium bicarbonate concentrations and 100(ml/h) of $CO_2$ flow rate.
Involvement of calcium in signal transduction of salt stress was investigated in 1.7 M NaCl adapted Dunaliella salina, extremely halotolerant, unicellular green alga. When hyperosmotic (3.4 M NaCl) or Hypoosmotic (0.8 M NaCl) stress was treated, extracellular calcium was influxed in or intracellular calcium effluxed from D. salina, respectively, and these fluxes were proportional to the degree of stress. This might indicate indirectly that the change of calcium level occurred within the cells. In addition, the change of calcium flux was ahead of glycerol synthesis which has been known as the physiological response to salt stress. Osmoregulation was affected byextracellular calcium concentration, and increase of glycerol content as an osmoticum was inhibited about 50% by treatment of TFP and W-7 known as calmodulin specific inhibitors. Furthermore, in the case of the hyperosmotic stressed cells, the amount of 21 kD and 39 kD protein appeared to be calcium binding protein were increased. Among these, the 39 kD protein was detected only in the hyperosmotic stressed cells. The results obtained in the present work suggest that the possibility of calcium as a second messenger in the transduction of salt stress signal exists in the osmoregulation system of D. salina.
In 12:12 hour light/dark cycle cultivation of D. salina 1650, maximum specific growth rate of 0.59 (l/day) and 0.35 (g-crude hydrocarbons/l/day) were obtained. The cell growth was inhibited at above 15$\times$$10^{-4} (kcal/cm^2/h)$ of light intensity in an outdoor cultivation. It was also showed that temperature is one of the critical growth parameters in the outdoor cultivation. The hydrocarbon production from D. salina 1650 seems to be partially growth related production process, and these algal hydrocarbons can be used for subsituting petroleum directly or through cracking processes. The value of weight fraction carbon of D. salina 1650 was similar to that of Botryococcus braunii and so was the hydrocarbon productivity.
본 연구에서는 미세조류의 고밀도 배양을 위한 경제적인 공정을 개발하는 차원에서 3종의 미세조류 즉, Chlorella vulgaris, Dunaliella salina 및 Porphyridium purpureum를 Ca-alginate 로 microencapsulation 한 후 air-bubble column형 배양조에서 고밀도 배양을 시도하였다. $2\%\;CaCl_2$ 농도로 capsule을 제조할 때 capsule의 안정성이 가장 좋았으며, capsule 막의 두께 및 $CO_2$ 공급유무에 따른 미세조류 (Chlorella vulgaris)의 생산성은 거의 차이가 없었다. 한편, 3종의 미세조류 모두 capsule로 고정화시킨 것이 bead로 고정화한 미세조류나 free cell 보다 농도가 높았으며, 특히Dunaliella salina가 microencapsulation에 의한 고밀도 배양 효과가 가장 뛰어나 free cell 보다 약 5배 정도의 생산성을 나타내었다.
Minjae, Kim;Hyeon Jun, Oh;Khanh, Nguyen;EonSeon, Jin
ALGAE
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제37권4호
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pp.317-329
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2022
Carotenoids are effective antioxidants that are found in various photosynthetic organisms. Marine microalgae are an advantageous bioresource for carotenoid production because they do not compete with other crops for freshwater and arable land. This study reports a newly isolated Dunaliella strain from the Geumhong Saltpan on Yeongjong Island, West Sea, Korea. The new strain was isolated and classified as Dunaliella salina through phylogenetic analysis and was named the OH214 strain (Deposit ID: KCTC14434BP). The newly isolated strain can survive in a wide range of NaCl concentrations (0.3-5.0 M NaCl), but grows well in 0.6 to 1.5 M NaCl culture medium. Under high-light conditions (500 ± 10 μmol photons m-2 s-1), the cells accumulated three times more β-carotene than under low-light conditions (50 ± 5 μmol photons m-2 s-1). The cells accumulated 2.5-fold more β-carotene under nitrogen-deficient (1 mM KNO3) conditions (3.24 ± 0.36 ㎍ 106 cells-1) than in nitrogen-sufficient conditions (>5 mM KNO3). The lutein content under nitrogen-deficient conditions (1.73 ± 0.09 ㎍ 106 cells-1) was more than 24% higher than that under nitrogen-sufficient conditions. Under the optimized culture condition for carotenoid induction using natural seawater, D. salina OH214 strain produced 7.97 ± 0.09 mg g DCW-1 of β-carotene and 4.65 ± 0.18 mg g DCW-1 of lutein, respectively. We propose that this new microalga is a promising strain for the simultaneous production of β-carotene and lutein.
A novel calcium binding protein (CaBP) was purified to electrophoretic homogeneity from Dunaliella salina. In the course of purification experiment, this CaBP was identified as a monomer and its molecular weight was about 21 kDand isoelectric point (pI) value was about 4.1 using isoelectrofocusing. This CaBP was able to bind Ca2+ even in the pressence of an excess MgCl2 and KCI both in solution. In the SDS-PAGE, the Ca2+-bound form was slower than the Ca2+-free form in the nondenaturing PAGE. This means that the CaBP undergoes conformational change in the Ca2+-bound condition. Furthermore, UV absorption spectrum and fluorescence intensity of this CaBP was investigated. UV absorption peak was appeared at about 258 nm and decreased somewhat in Ca2+-bound condition. In the measurement of fluorescence, maximum intensity was appeared at 303 nm and decreased in Ca2+-bound state, similarly as UV absorption spectrum. These show distinct changes upon Ca2+-binding, which indicate of structural and/or dynamic changes largely reminiscent of other members of the EF-hand Ca2+-binding protein family.
The green alga, Dunaliella salina under fed-batch cultivation produced 51.12 mg of hydrocarbon per liter with maintaining 0.313 (g dry wt/l). About 20% of hydrocarbon production yield based on dry biomass was obtained from both batch and fed-batch processes. Optimum culture conditions of light intensity, pH and salt concentration were obtained as 0.0080 (kJ/$cm^2$/h), 8.0 and 1.4 (g of NaCl/l), respectively by response surface analysis. The production of hydrocarbons in D. salina was closely correlated to cell growth. Fed-batch cultivation produced more hydrocarbons and maintained better cell growth than a batch process.
Unicellular green algae of the genus Dunaliella thrive in extreme environmental conditions such as high salinity, low pH, high irradiance and subzero temperatures. Species of Dunaliella are well known in the alga biotechnological industry and are employed widely for the production of valuable biochemicals, such as carotenoids. Some strains of Dunaliella are cultivated commercially in large outdoor ponds and are harvested to produce dry algal meals, such as polyunsaturated fatty acids and oils for the health food industry, and coloring agents for the food and cosmetic industries. During the past decade, the advances in molecular biology and biochemistry of microalgae, along with the advances in biotechnology of microalgal mass cultivation, enabled this microalga to become a staple of commercial exploitation. In particular, the advent of molecular biology and mutagenesis in Dunaliella has permitted enhancements in the carotenoids content of this green alga, making it more attractive for biotechnological applications. Accordingly, the present review summarizes the recent developments and advances in biotechnology of carotenoid production in Dunaliella.
Carotenoids, which are natural pigments found abundantly in wide-ranging species, have diverse functions and high industrial potential. The carotenoid biosynthesis pathway is very complex and has multiple branches, while the accumulation of certain metabolites often affects other metabolites in this pathway. The DsLCYB gene that encodes lycopene cyclase was selected in this study to evaluate β-carotene production and the accumulation of β-carotene in the alga Dunaliella salina. Compared with the wild type, the transgenic algal species overexpressed the DsLCYB gene, resulting in a significant enhancement of the total carotenoid content, with the total amount reaching 8.46 mg/g for an increase of up to 1.26-fold. Interestingly, the production of α-carotene in the transformant was not significantly reduced. This result indicated that the regulation of DsLCYB on the metabolic flux distribution of carotenoid biosynthesis is directional. Moreover, the effects of different light-quality conditions on β-carotene production in D. salina strains were investigated. The results showed that the carotenoid components of β-carotene and β-cryptoxanthin were 1.8-fold and 1.23-fold higher than that in the wild type under red light stress, respectively. This suggests that the accumulation of β-carotene under red light conditions is potentially more profitable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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