Rapid production of nitric oxide (NO) and reactive oxygen species (ROS) has been implicated in the regulation of innate immunity in plants. A potato calcium-dependent protein kinase (StCDPK5) activates an NADPH oxidase StRBOHA to D by direct phosphorylation of N-terminal regions, and heterologous expression of StCDPK5 and StRBOHs in Nicotiana benthamiana results in oxidative burst. The transgenic potato plants that carry a constitutively active StCDPK5 driven by a pathogen-inducible promoter of the potato showed high resistance to late blight pathogen Phytophthora infestans accompanied by HR-like cell death and $H_2O_2$ accumulation in the attacked cells. In contrast, these plants showed high susceptibility to early blight necrotrophic pathogen Alternaria solani, suggesting that oxidative burst confers high resistance to biotrophic pathogen, but high susceptibility to necrotrophic pathogen. NO and ROS synergistically function in defense responses. Two MAPK cascades, MEK2-SIPK and cytokinesis-related MEK1-NTF6, are involved in the induction of NbRBOHB gene in N. benthamiana. On the other hand, NO burst is regulated by the MEK2-SIPK cascade. Conditional activation of SIPK in potato plants induces oxidative and NO bursts, and confers resistance to both biotrophic and necrotrophic pathogens, indicating the plants may have obtained during evolution the signaling pathway which regulates both NO and ROS production to adapt to wide-spectrum pathogens.
An exo-β-D-glucosaminidase (AorCsxA) from Aspergillus oryzae FL402 was heterologously expressed and purified. The deduced amino acid sequence indicated that AorCsxA belonged to glycoside hydrolase family 2. AorCsxA digested colloid chitosan into glucosamine but not into chitosan oligosaccharides, demonstrating exo-β-D-glucosaminidase (CsxA) activity. AorCsxA exhibited optimal activity at pH 5.5 and 50℃; however, the enzyme expressed in Pichia pastoris (PpAorCsxA) showed much stronger thermostability at 50℃ than that expressed in Escherichia coli (EcAorCsxA), which may be related to glycosylation. AorCsxA activity was inhibited by EDTA and most of the tested metal ions. A single amino acid mutation (F769W) in AorCsxA significantly enhanced the specific activity and hydrolysis velocity as revealed by comparison of Vmax and kcat values with those of the wild-type enzyme. The three-dimensional structure suggested the tightened pocket at the active site of F769W enabled efficient substrate binding. The AorCsxA gene was heterologously expressed in P. pastoris, and one transformant was found to produce 222 U/ml activity during the high-cell-density fermentation. This AorCsxA-overexpressing P. pastoris strain is feasible for large-scale production of AorCsxA.
Khan, Raees;Lee, Myung Hwan;Joo, Haejin;Jung, Yong-Hoon;Ahmad, Shabir;Choi, Jinhee;Lee, Seon-Woo
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.25
no.4
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pp.511-520
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2015
Triclosan, the widely used biocide, specifically targets enoyl-acyl carrier protein reductase (ENR) in the bacterial fatty acid synthesis system. Although the fish pathogen Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida exhibits triclosan resistance, the nature of this resistance has not been elucidated. Here, we aimed to characterize the triclosan resistance of A. salmonicida subsp. salmonicida causing furunculosis. The fosmid library of triclosan-resistant A. salmonicida subsp. salmonicida was constructed to select a fosmid clone showing triclosan resistance. With the fosmid clone showing triclosan resistance, a subsequent secondary library search resulted in the selection of subclone pTSR-1. DNA sequence analysis of pTSR-1 revealed the presence of a chromosomal-borne fabV-encoding ENR homolog. The ENR of A. salmonicida (FabVas) exhibited significant homology with previously known FabV, including the catalytic domain YX(8)K. fabVas introduction into E. coli dramatically increased its resistance to triclosan. Heterologous expression of FabVas might functionally replace the triclosan-sensitive FabI in vivo to confer E. coli with triclosan resistance. A genome-wide search for fabVas homologs revealed the presence of an additional fabV gene (fabVas2) paralog in A. salmonicida strains and the fabVas orthologs from other gram-negative fish pathogens. Both of the potential FabV ENRs expressed similarly with or without triclosan supplement. This is the first report about the presence of two potential FabV ENRs in a single pathogenic bacterium. Our result suggests that triclosan-resistant ENRs are widely distributed in various bacteria in nature, and the wide use of this biocide can spread these triclosan-tolerant ENRs among fish pathogens and other pathogenic bacteria.
Several isolates of Bacillus thuringiensis (Bt) were screened for the vegetative insecticidal protein (Vip) effective against sap-sucking insect pests. Screening results were based on $LC_{50}$ values against cotton aphid (Aphis gossypii), one of the dangerous pests of various crop plants including cotton. Among the isolates, the Bt#BREF24 showed promising results, and upon purification the aphidicidal protein was recognized as a binary toxin. One of the components of this binary toxin was identified by peptide sequencing to be a homolog of Vip2A that has been reported previously in other Bacillus spp. Vip2 belongs to the binary toxin group Vip1-Vip2, and is responsible for the enzymatic activity; and Vip1 is the translocation and receptor binding protein. The two genes encoding the corresponding proteins of the binary toxin, designated as vip2Ae and vip1Ae, were cloned from the Bt#BREF24, sequenced, and heterologously expressed in Escherichia coli. Aphid feeding assay with the recombinant proteins confirmed that these proteins are indeed the two components of the binary toxins, and the presence of both partners is essential for the activity. Aphid specificity of the binary toxin was further verified by ligand blotting experiment, which identified an ~50 kDa receptor in the brush border membrane vesicles of the cotton aphids only, but not in the lepidopteran insects. Our finding holds a promise of its use in future as a candidate gene for developing transgenic crop plants tolerant against sap-sucking insect pests.
The esterase gene Est8 from the thermophilic bacterium Bacillus sp. K91 was cloned and expressed in Escherichia coli. The monomeric enzyme exhibited a theoretical molecular mass of 24.5 kDa and an optimal activity around $50^{\circ}C$ at pH 9.0. A model of Est8 was constructed using a hypothetical YxiM precursor structure (2O14_A) from Bacillus subtilis as template. The structure showed an ${\alpha}/{\beta}$-hydrolase fold and indicated the presence of a typical catalytic triad consisting of Ser-11, Asp-182, and His-185, which were investigated by site-directed replacements coupled with kinetic characterization. Asp-182 and His-185 residues were more critical than the Ser-11 residue in the catalytic activity of Est8. A comparison of the amino acid sequence showed that Est8 could be grouped into the GDSL family and further classified as an SGNH hydrolase. Est8 is a new member of the SGNH hydrolase subfamily and may employ a different catalytic mechanism.
Exo-polygalacturonase (exo-PG) hydrolyzes pectin acids and liberates mono-galacturonate, which plays an important role in juice extraction, and has rarely been reported. Exo-PG (AfumExoPG28A) from Aspergillus fumigatus belongs to the glycoside hydrolase 28 family. In this study, its gene was cloned and the protein was expressed and secreted in Pichia pastoris with a maximal activity of 4.44 U/ml. The optimal temperature and pH of AfumExoPG28A were 55℃ and 4.0, respectively. The enzyme exhibited activity over almost the entire acidic pH range (>20.0% activity at pH 2.5-6.5) and remained stable at pH 2.5-10.0 for 24 h. The Km and Vmax values of AfumExoPG28A were calculated by the substrate of polygalacturonic acid as 25.4 mg/ml and 23.6 U/mg, respectively. Addition of AfumExoPG28A (0.8 U/mg) increased the light transmittance and juice yield of plantain pulp by 11.7% and 9%, respectively. Combining AfumExoPG28A (0.8 U/mg) with an endo-PG (0.8 U/mg) from our laboratory, the enzymes increased the light transmittance and juice yield of plantain pulp by 45.7% and 10%, respectively. Thus, the enzyme's potential value in juice production was revealed by the remarkable acidic properties and catalytic activity in fruit pulp.
Lin Ge;Yingying Liu;Fangming Zhou;Lingling Zhan;Linguo Zhao
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.33
no.11
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pp.1521-1530
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2023
An α-L-rhamnosidase gene from Thermoclostridium. stercorarium subsp. thermolacticum DSM 2910 (TstRhaA) was cloned and expressed. The maximum TstRhaA activity of the protein reached 25.2 U/ml, and the molecular mass was approximately 106.6 kDa. The protein was purified 8.0-fold by Ni-TED affinity with an overall recovery of 16.6% and a specific activity of 187.9 U/mg. TstRhaA activity was the highest at 65℃ and pH 6.5. In addition, it exhibited excellent thermal stability, better pH stability, good tolerance to low concentrations of organic reagents, and high catalytic activity for p-nitrophenyl-α-L-rhamnopyranoside (pNPR). Substrate specificity studies showed that TstRhaA exhibited a high specific activity for rutin. At 60℃, pH 6.5, and 0.3 U/ml enzyme dosage, 60 g/l rutin was converted to 45.55 g/l isoquercitrin within 150 min. The molar conversion rate of rutin and the yield of isoquercitrin were 99.8% and 12.22 g/l/h, respectively. The results suggested that TstRhaA could be used for mass production of isoquercitrin.
Kim Younghwan;Hwang Heon;Lee Sukchan;Park Eun-Seok;Yoo Sun-Dong;Lee Jeongmin;Yang Joo-Sung;Kwon MooSik
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.33
no.4
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pp.274-280
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2005
Pasteurella multocida is known to cause widespread infections in husbandry. To induce homologous and heterologous immunity against the infections, outer membrane proteins (OMPs) in the envelope of P. multocida are thought to be attractive vaccine candidates. Outer membrane protein H is considered as the major component of OMPs. In this study, a gene for OmpH was isolated from pathogenic P. multocida serogroup A. The gene was composed of 1,047 nucleotides coding 348 amino acids with signal peptide of 20 amino acids. The amino acid composition showed about 80 to 98 per cent sequence homologies among other 10 strains of P. multocida serogroup A, reported so far. A recombinant ompH, from which signal peptide was truncated, was generated using pRSET A to name 'pRSET A/OmpH-F2'. The pRSET A/OmpH-F2 was well expressed in E. coli BL21(DE3). The truncated OmpH was purified using nickel-nitrilotriacetic acid (Ni-NTA) affinity column chromatography. Its molecular weight was registered to be 40 kDa on SDS-PAGE gel. In order to generate immunesera against the OmpH, 50 ug of the protein was intraperitoneally injected into mice three times. The anti-OmpH immuneserum recognized about $5{\times}10^{-2}$ng quantity of the purified OmpH. It can be used for an effective vaccine production to prevent fowl cholera caused by pathogenic P. multocida (Serogroup A).
A gene (sll0158) putatively encoding a glycogen branching enzyme (GBE, E.C. 2.4.1.18) was cloned from Synechocystis sp. PCC6803, and the recombinant protein expressed and characterized. The PCR-amplified putative GBE gene was ligated into a pET-21a plasmid vector harboring a T7 promoter, and the recombinant DNA transformed into a host cell, E. coli BL21(DE3). The IPTG-induced enzymes were then extracted and purified using Ni-NTA affinity chromatography. The putative GBE gene was found to be composed of 2,310 nucleotides and encoded 770 amino acids, corresponding to approx. 90.7 kDa, as confirmed by SDS-PAGE and MALDI-TOF-MS analyses. The optimal conditions for GBE activity were investigated by measuring the absorbance change in iodine affinity, and shown to be pH 8.0 and $30^{\circ}C$ in a 50 mM glycine-NaOH buffer. The action pattern of the GBE on amylose, an $\alpha$-(1,4)-linked linear glucan, was analyzed using high-performance anion-exchange chromatography (HPAEC) after isoamylolysis. As a result, the GBE displayed $\alpha$-glucosyl transferring activity by cleaving the $\alpha$-(1,4)-linkages and transferring the cleaved maltoglycosyl moiety to form new $\alpha$-(1,6)-branch linkages. A time-course study of the GBE reaction was carried out with biosynthetic amylose (BSAM; $M_p{\cong}$8,000), and the changes in the branch-chain length distribution were evaluated. When increasing the reaction time up to 48 h, the weight- and number-average DP ($DP_w$ and $DP_n$) decreased from 19.6 to 8.7 and from 17.6 to 7.8, respectively. The molecular size ($M_p$, peak $M_w{\cong}2.45-2.75{\times}10^5$) of the GBE-reacted product from BSAM reached the size of amylose (AM) in botanical starch, yet the product was highly soluble and stable in water, unlike AM molecules. Thus, GBE-generated products can provide new food and non-food applications, owing to their unique physical properties.
Two pathways of ammonium assimilation and glutamate biosynthesis have been identified in microorganisms. One pathway involves the NADP-linked glutamate dehydrogenase, which catalyzes the amination of 2-oxoglutarate to form glutamate. An alternative pathway involves the combined activities of glutamine synthetase, which aminates glutamate to form glutamine, and glutamate synthase, which transfers the amide group of glutamine to 2-oxoglutarate to yield two molecules of glutamate. We have cloned the large subunit of the glutamate synthase (GOGAT) from Salmonella typhimurium by screening the expression of GOGAT and complementing the gene in E. coli GOGAT large subunit-deficient mutants. Three positive clones (named pUC19C12, pUC19C13 and pUC19C15) contained identical Sau3AI fragments, as determined by restriction mapping and Southern hybridization, and expressed GOGAT efficiently and constitutively using its own promoter in the heterologous host. The coding region expressed in Escherichia coli was about 170 kDa on SDS-PAGE. This gene spans 4,732 bases, contains an open reading frame of 4,458 nucleotides, and encodes a mature protein of 1,486 amino acid residues (Mr =166,208). The EMN-binding domain of GOGAT contains 12 glycine residues, and the 3Fe-4S cluster has 3 cysteine residues. The comparison of the translated amino acid sequence of the Salmonella GOGAT with sequences from other bacteria such as Escherichia coli, Salmonella enterica, Shigella flexneri, Yersinia pestis, Vibrio vulnificus and Pseudomonas aeruginosa shows sequence identity between 87 and 95%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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