Kim, Ho Bang;Lim, Sanghyun;Kim, Jae Joon;Park, Young Cheol;Yun, Su-Hyun;Song, Kwan Jeong
Journal of Plant Biotechnology
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v.42
no.4
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pp.326-335
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2015
Citrus is an economically important fruit tree with the largest amount of fruit production in the world. It provides important nutrition such as vitamin C and other health-promoting compounds including its unique flavonoids for human health. However, it is classified into the most difficult crops to develop new cultivars through conventional breeding approaches due to its long juvenility and some unique reproductive biological features such as gamete sterility, nucellar embryony, and high level of heterozygosity. Due to global warming and changes in consumer trends, establishing a systematic and efficient breeding programs is highly required for sustainable production of high quality fruits and diversification of cultivars. Recently, reference genome sequences of sweet orange and clementine mandarin have been released. Based on the reference whole-genome sequences, comparative genomics, reference-guided resequencing, and genotyping-by-sequencing for various citrus cultivars and crosses could be performed for the advance of functional genomics and development of traits-related molecular markers. In addition, a full understanding of gene function and gene co-expression networks can be provided through combined analysis of various transcriptome data. Analytic information on whole-genome and transcriptome will provide massive data on polymorphic molecular markers such as SNP, INDEL, and SSR, suggesting that it is possible to construct integrated maps and high-density genetic maps as well as physical maps. In the near future, integrated maps will be useful for map-based precise cloning of genes that are specific to citrus with major agronomic traits to facilitate rapid and efficient marker-assisted selection.
The aim of this research is to establish the conditions for Agrobacterium-mediated genetic transformation using microspore. The embryo induction from the microspore was examined under several Kanamycin concentration in media, and the induction rate decreased about 4, 8, 10 times when the Kanamycin concentration increased 10, 50, 100 mg/L, respectively. This indicates that the transformation rate would be much lower if the Kanamycin was used for selection marker. In order to apply the GFP gene as a reporter gene for Agrobacterium-mediated genetic transformation, GFP expression from the microspore-mediated embryos was observed using GFP filter under microscope. The GFP expression occurred when the microspore cultured toward the embryo development for 12, 24 and 48 days. The microspore formed a cluster by microspore division from 12 days culture and continuously became a bigger mass. We obtained a total of 8 GFP-expressing embryos suggesting that the transformation of microspore occurred. However, those young embryos were not fully developed. Further study pertinent to culture conditions is required to fulfill the Agrobacterium-mediated genetic transformation using microspore.
Solanum stoloniferum, one of the wild tetraploid Solanum species belonging to the Solanaceae family, is an excellent resource for potato breeding owing to its resistance to several important pathogens. However, the sexual hybridization of S. stoloniferum with S. tuberosum (potato) is hampered due to the sexual incompatibility between the two species. To overcome this and introgress the various novel traits of S. stoloniferum in cultivated potatoes, cell fusion can be performed. The identification of the fusion products is crucial and can be achieved with the aid of molecular markers. In this study, the chloroplast genome sequence of S. stoloniferum was obtained by next-generation sequencing technology, and compared with that of six other Solanum species to identify S. stoloniferum-specific molecular markers. The length of the complete chloroplast genome of S. stoloniferum was found to be 155,567 bp. The structural organization of the chloroplast genome of S. stoloniferum was similar to that of the six other Solanum species studied. Phylogenetic analysis of S. stoloniferum with nine other Solanaceae family members revealed that S. stoloniferum was most closely related to S. berthaultii. Additional comparison of the complete chloroplast genome sequence of S. stoloniferum with that of five Solanum species revealed the presence of six InDels and 39 SNPs specific to S. stoloniferum. Based on these InDels and SNPs, four PCR-based markers were developed to differentiate S. stoloniferum from other Solanum species. These markers will facilitate the selection of fusion products and accelerate potato breeding using S. stoloniferum.
Meat and carcass quality attributes are of crucial importance influencing consumer preference and profitability in the pork industry. A set of 400 Berkshire pigs were collected from Dasan breeding farm, Namwon, Chonbuk province, Korea that were born between 2012 and 2013. To perform genome wide association studies (GWAS), eleven meat and carcass quality traits were considered, including carcass weight, backfat thickness, pH value after 24 hours (pH24), Commission Internationale de l'Eclairage lightness in meat color (CIE L), redness in meat color (CIE a), yellowness in meat color (CIE b), filtering, drip loss, heat loss, shear force and marbling score. All of the 400 animals were genotyped with the Porcine 62K SNP BeadChips (Illumina Inc., USA). A SAS general linear model procedure (SAS version 9.2) was used to pre-adjust the animal phenotypes before GWAS with sire and sex effects as fixed effects and slaughter age as a covariate. After fitting the fixed and covariate factors in the model, the residuals of the phenotype regressed on additive effects of each single nucleotide polymorphism (SNP) under a linear regression model (PLINK version 1.07). The significant SNPs after permutation testing at a chromosome-wise level were subjected to stepwise regression analysis to determine the best set of SNP markers. A total of 55 significant (p<0.05) SNPs or quantitative trait loci (QTL) were detected on various chromosomes. The QTLs explained from 5.06% to 8.28% of the total phenotypic variation of the traits. Some QTLs with pleiotropic effect were also identified. A pair of significant QTL for pH24 was also found to affect both CIE L and drip loss percentage. The significant QTL after characterization of the functional candidate genes on the QTL or around the QTL region may be effectively and efficiently used in marker assisted selection to achieve enhanced genetic improvement of the trait considered.
Serum lysozyme gene is one of the important genes influencing the immune system as its product can cause lysis of bacterial cell wall by cleaving the peptidoglycan layer. The present investigation on the serum lysozyme gene of Indian riverine buffalo was undertaken with the objectives to identify and characterize single nucleotide polymorphic patterns by PCR-SSCP method as well as to study the effect of different genotypes on serum lysozyme activity and somatic cell count. A total of 280 animals comprising four different famous bubaline breeds (Murrah, Mehsana, Surti and Bhadawari), spread over six different farms across the country were used for this study. A 276 bp (partial intron 2, complete exon 3 and partial intron 3) fragment of lysozyme gene was screened for polymorphism using the SSCP technique. Four genotypes namely AA, AB, BC and AC were observed, out of which BC genotype was found to be the most frequent. Among these three alleles, C allele (0.38) was most prevalent in these populations. Various SSCP allelic variants were cloned for sequencing and sequences were submitted to NCBI Genbank. From the alignment of the nucleotide sequences of various allelic variants, it was found that there were differences in 12 positions among the alleles, out of which maximum variation (at 8 places) was found in the intronic region. The allele A was closer to allele-C than allele-B. Allele B was phylogenetically equidistant from both of the other alleles. Mean lysozyme activity determined in serum samples of different animals of Murrah buffalo was $27.35{\pm}2.42\;{\mu}g$ per ml of serum, whereas the mean somatic cell count was $1.25{\pm}0.13{\times}10^5$ cells per ml of milk. The SSCP pattern-wise effects of various genotypes on lysozyme activity and SCC were analyzed. Although the mean values were apparently different in various genotypes, these differences were statistically non-significant. It can be concluded that the riverine buffaloes are sufficiently polymorphic with respect to serum lysozyme gene. The absence of AA genotype in Bhadawari breed of buffalo can be considered as a marker for breed characterization. The difference of four nucleotides in exon-3 indicates high selection pressure on the gene.
Lymphoid enhancer binding factor 1 (LEF-1) is a member of the T-cell specific factor (TCF) family, which plays a key role in the development of breast endothelial cells. Moreover, LEF-1 gene has been identified as a candidate gene for teat number trait. In the present study, we detected two novel mutations (NC_010450.3:g. 99514A>G, 119846C>T) by DNA sequencing and polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism in exon 4 and intron 9 of LEF-1 in Guanzhong Black, Hanjiang Black, Bamei and Large White pigs. Furthermore, we analyzed the association between the genetic variations with teat number trait in these breeds. The 99514A>G mutation showed an extremely significant statistical relevance between different genotypes and teat number trait in Guanzhong (p<0.001) and Large White (p = 0.002), and significant relevance in Hanjiang (p = 0.017); the 119846C>T mutation suggested significant association in Guanzhong Black pigs (p = 0.042) and Large White pigs (p = 0.003). The individuals with "AG" or "GG" genotype displayed more teat numbers than those with "AA"; the individuals with "TC" or "CC" genotype showed more teat numbers than those with "TT". Our findings suggested that the 99514A>G and 119846C>T mutations of LEF-1 affected porcine teat number trait and could be used in breeding strategies to accelerate porcine teat number trait improvement of indigenous pigs breeds through molecular marker assisted selection.
Interleukin-13 (IL-13) has been proposed as a therapeutic target for bronchial asthma as it plays crucial roles in the pathogenesis of the disease. We developed an in vitro test system measuring transcriptional downregulatory activities on IL-13 as a primary screening method to select drug candidates from natural products. The promoter region of IL-13 (-2,048 to +1) was cloned into the upstream of a luciferase gene in the plasmid pGL4.14 containing the hygromycin resistance gene as a selection marker, generating pGL4.14-IL-13. The EL-4 thymoma and RBL-2H3 mast cells transiently expressing this plasmid highly produced the luciferase activities by responding to PI (PMA and ionomycin) stimulation up to 8-fold and 13-fold compared with the control, respectively, whereas cyclosporin A, a well-known antiasthmatic agent, significantly downregulated the activities. The BF1 clone of RBL-2H3 cells constitutively expressing pGL4.14-IL-13 was established by selecting surviving cells under a constant lethal dose of hygromycin treatment. The feasibility of this system was evaluated by measuring the downregulatory activities of 354 natural products on the IL-13 promoter using the BF1 clone. An extract from Morus bombycis (named TBRC 156) significantly inhibited PI-induced luciferase activities and IL-13 mRNA expression, but not the protein expression. Fisetin (named TBRC 353) inhibited not only PI-induced luciferase activities and mRNA expression, but also the IL-13 protein secretion, whereas myricetin (named TBRC 354) could not suppress the IL-13 expression at all. Our data indicated that this in vitro test system is able to discriminate the effects on IL-13 expression, and furthermore, that it might be suitable as a simple and time-saving primary screening system to select antiasthmatic agents by measuring transcriptional activities of the IL-13 promoter.
Interferon regulatory factor 6 (IRF6) gene is a member of the IRF-family, and plays functionally diverse roles in the regulation of the immune system. In this report, the 13,720 bp porcine IRF6 genomic DNA structure was firstly identified with a putative IRF6 protein of 467 amino acids. Alignment and phylogenetic analysis of the porcine IRF6 amino acid sequences with their homologies to other species showed high identity (over 96%). Tissues expression of IRF6 mRNA was observed by RT-PCR, the results revealed IRF6 expressed widely in eight tissues. One SNP (HQ026023:1383 G>C) in exon7 and two SNPs (HQ026023:130 G>A; 232 C>T) in the 5′ promoter region of porcine IRF6 gene were demonstrated by DNA sequencing analysis. A further analysis of SNP genotypes associated with immune traits including IFN-${\gamma}$ and IL10 concentrations in serum was carried out in three pig populations including Large White, Landraces and Songliao Black pig (a Chinese indigenous breed). The results showed that the SNP (HQ026023:1383 G>C) was significantly associated with the level of IFN-${\gamma}$ (d 20) in serum (p = 0.038) and the ratio of IFN-${\gamma}$ to IL10 (d 20) in serum (p = 0.041); The other two SNPs (HQ026023:130 G>A; 232 C>T) were highly significantly associated with IL10 level in serum both at the day 20 (p = 0.005; p = 0.001) and the day 35 (p = 0.004; p = 0.006). Identification of the porcine IRF6 gene will help our further understanding of the molecular basis of the IFN regulation pathway in the porcine immune response. All these results should indicate that the IRF6 gene can be regarded as a molecular marker associated with the IL10 level in serum and used for genetic selection in the pig breeding.
Exposure of skin cells, particularly keratinocytes to various nuclear factor-kappaB ($\textrm{NF}_{-{\kappa}}\textrm{B}$) activators [e.g. tumor necrosis factor-$\alpha$, interleukin-1, lipopolysaccharides, and ultraviolet light] leads to phosphorylation and degradation of the inhibitory protein, $\textrm{I}_{{\kappa}}\textrm{B}$. Liberated $\textrm{NF}_{-{\kappa}}\textrm{B}$ is translocated into the nucleus where it can change or alter expression of target genes, resulting in the secretion of extracellular signaling molecules including melanotrophic factors affecting melanocyte. In order to demonstrate the possible role of $\textrm{NF}_{-{\kappa}}\textrm{B}$ activation on the synthesis of melanotrophic factors from the keratinocytes, the activities of $\textrm{NF}_{-{\kappa}}\textrm{B}$ induced by melanogenic inhibitors (MIs) were determined in human HaCaT keratinocytes transfected with $\textrm{pNF}_{-{\kappa}}\textrm{B}$-SEAP-NPT plasmid. Transfectant cells released the secretory alkaline phosphatase (SEAP) as a transcription reporter in response to the $\textrm{NF}_{-{\kappa}}\textrm{B}$ activity and contain the neomycin phosphotransferase (NPT) gene for the dominant selection marker for geneticin resistance. MIs such as niacinamide, kojic acid, hydroquinone, resorcinol, arbutin, and glycolic acid were preincubated with transfectant HaCaT cells for 3 h and then ultraviolet B (UVB) was irradiated. $\textrm{NF}_{-{\kappa}}\textrm{B}$ activation was measured with the SEAP reporter gene assay using a fluorescence detection method. Of the Mis tested, kojic acid ($IC_{50}$/ = 60 $\mu$M) was found to be the most potent inhibitor of UVB-upregulating $\textrm{NF}_{-{\kappa}}\textrm{B}$ activation in transfectant HaCaT cells, which is followed by niacinamide ($IC_{50}$/= 540 $\mu$M). Pretreatment of the transfectant HaCaT cells with the Mis, especially kojic acid and niacinamide, effectively lowered $\textrm{NF}_{-{\kappa}}\textrm{B}$ binding measured by electrophoretic mobility shift assay. Furthermore, these two inhibitors remarkably reduced the secretion level of IL-6, one of melanotrophic factors, triggered by UV-radiation of the HaCaT cells. These observations suggest that Mis working at the in vivo level might act partially through the modulation of the synthesis of melanotrophic factors in keratinocyte.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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