Meiotic homologous recombination generates new combinations of preexisting genetic variation and is a crucial process in plant breeding. Within the last decade, our understanding of plant meiotic recombination and genome diversity has advanced considerably. Innovation in DNA sequencing technology has led to the exploration of high-resolution genetic and epigenetic information in plant genomes, which has helped to accelerate plant breeding practices via high-throughput genotyping, and linkage and association mapping. In addition, great advances toward understanding the genetic and epigenetic control mechanisms of meiotic recombination have enabled the expansion of breeding programs and the unlocking of genetic diversity that can be used for crop improvement. This review highlights the recent literature on plant meiotic recombination and discusses the translation of this knowledge to the manipulation of meiotic recombination frequency and location with regards to crop plant breeding.
When the transposon is used as a selectable marker. the cotransduction frequency depends on the selection order of the markers. In this study. we adopted a mathematical approach to explain this phenomenon. At first, the formation of transducing particles were considered in five different configurations. Then the probability functions indicating the possibilities for a marker to be fixed were mathematically formulated on the basis of probability density concept. After actual values and useful assumptions were integrated into the Formula. resulting frequencies from theoretical calculations were compared with actual data. Such analysis let us conclude that the asymmetry in the frequency arose from the lack of homology required for homologous recombination due to the transposon insertion and from the suppression of recombination around the region where the transposon is inserted.
We consider the feature recombination technique in a multiband approach to speaker identification and verification. To overcome the ineffectiveness of conventional feature recombination in broadband noisy environments, we propose a new subband feature recombination which uses subband likelihoods and a subband reliable-feature selection technique with an adaptive noise model. In the decision step of speaker recognition, a few very low unreliable feature likelihood scores can cause a speaker recognition system to make an incorrect decision. To overcome this problem, reliable-feature selection adjusts the likelihood scores of an unreliable feature by comparison with those of an adaptive noise model, which is estimated by the maximum a posteriori adaptation technique using noise features directly obtained from noisy test speech. To evaluate the effectiveness of the proposed methods in noisy environments, we use the TIMIT database and the NTIMIT database, which is the corresponding telephone version of TIMIT database. The proposed subband feature recombination with subband reliable-feature selection achieves better performance than the conventional feature recombination system with reliable-feature selection.
Human tropic Porcine Endogenous Retroviruses (PERVs) are the major concern in zoonosis for xenotransplantation because PERVs cannot be eliminated by specific pathogen-free breeding. Recently, a PERV A/C recombinant with PERV-C bearing PERV-A gp70 showed a higher infectivity (approximately 500-fold) to human cells than PERV-A. Additionally, the chance of recombination between PERVs and HERVs is frequently stated as another risk of xenografting. Overcoming zoonotic barriers in xenotransplantation is more complicated by recombination. To achieve successful xenotransplantation, studies on the recombination in PERVs are important. Here, we cloned and sequenced proviral PERV env sequences from pig gDNAs to analyze natural recombination. The envelope is the most important element in retroviruses as a pivotal determinant of host tropisms. As a result, a total of 164 PERV envelope genes were cloned from pigs (four conventional pigs and two miniature pigs). Distribution analysis and recombination analysis of PERVs were performed. Among them, five A/B recombinant clones were identified. Based on our analysis, we determined the minimum natural recombination frequency among PERVs to be 3%. Although a functional recombinant envelope clone was not found, our data evidently show that the recombination event among PERVs may occur naturally in pigs with a rather high possibility.
Fusarium verticillioides (teleomorph Gibberella moniliformis) is associated with maize worldwide causing ear rot and stalk rot, and produces fumonisins, a group of mycotoxins detrimental to humans and animals. While research tools are available, our understanding of the molecular mechanisms associated with fungal virulence and fumonisin biosynthesis in F. verticillioides is still limited. One of the restraints that hampers F. verticillioides gene characterization is the fact that homologous recombination (HR) frequency is very low (<2%). Screening for a true gene knock-out mutant is a laborious process due to a high number of ectopic integrations. In this study, we generated a F. verticillioides mutant (SF41) deleted for FvKU70, a gene directly responsible for non-homologous end-joining mechanism, with the aim of improving HR frequency. Here, we demonstrate that FvKU70 deletion does not impact key Fverticillioides phenotypes, e.g., development, secondary metabolism, and virulence, while dramatically improving HR frequency. Significantly, we also confirmed that a high percentage (>85%) of the HR mutant strains harbor a desired mutation with no additional copy of the mutant allele inserted in the genome. We conclude that SF41 is suitable for use as a type strain when performing high-throughput gene function studies in F. verticillioides.
During meiosis, homologous chromosomes (homologs) pair and undergo genetic recombination via assembly and disassembly of the synaptonemal complex. Meiotic recombination is initiated by excess formation of DNA double-strand breaks (DSBs), among which a subset are repaired by reciprocal genetic exchange, called crossovers (COs). COs generate genetic variations across generations, profoundly affecting genetic diversity and breeding. At least one CO between homologs is essential for the first meiotic chromosome segregation, but generally only one and fewer than three inter-homolog COs occur in plants. CO frequency and distribution are biased along chromosomes, suppressed in centromeres, and controlled by pro-CO, anti-CO, and epigenetic factors. Accurate and high-throughput detection of COs is important for our understanding of CO formation and chromosome behavior. Here, we review advanced approaches that enable precise measurement of the location, frequency, and genomic landscapes of COs in plants, with a focus on Arabidopsis thaliana.
Kim Jae-Woo;Do Eun-Ju;Yoon Se-Lyun;Jeong Yun-Hee;Yoon Young-Ho;Leem Sun-Hee;Sunwoo Yangil;Park In-Ho
Korean Journal of Microbiology
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v.41
no.4
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pp.239-245
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2005
Transformation-Associated Recombination (TAR) cloning technique allows selective isolation of chromosomal regions and genes from complex genomes. The procedure requires knowledge of relatively small genomic sequences that reside adjacent to the chromosomal region of interest. This technique involves homologous recombination during yeast spheroplast transformation between genomic DNA and a TAR vector that has 5' and 3' gene targeting sequences. In this study, we examined the effect of non-homologous spacing sequence in target hooks on homologous recombination using a plasmid model system. The efficiency of homologous recombination between the modified his3-TRP1-his3 fragments and HlS3 gene on plasmid were analyzed by the characterization of $Ura^+$ transformants. The numbers of $Ura^+$ transformant showed same level when seven different modified his3-TRP1-his3 fragments were used. But the percentage of positive recombinants. $Trp^+His^-$, dramatically decreased when used the modified his3-TRP1-his3 fragments contained incorrect spacing of nonhomologous region. As a result, we suggest that incorrect spacing inhibits the homologous recombination between target hook and substrate DNA. Therefore, we should consider the correct spacing in target hook when the target hook are used for cloning of orthologue gene.
The best conditions for the protoplast fusion of Lactobacillus casei have been searched for in this study. Antibiotic resistance was used as the selective marker for enumerating and selecting the recombinants. Antibiotic resistant mutants were isolated after treating cells with N-methyl-N'-nitro-N'-nitrosoguanidine. High frequency fusion of protoplasts of L. casei strains were obtained in the presence of 40% (wt/vol) polyethylene glycol 4,000 after 1 min at 3$0^{\circ}C$ at around neutral pH. Spontaneous mutations of drug-resistance of L. casei were two or three orders lower than the recombination frequency. Recombination frequencies were about 10$^{-4}$ per parent cells employed.
Gomaa, Ahmed E.;Deng, Zhiping;Yang, Zhimin;Shang, Liguo;Zhan, Yuhua;Lu, Wei;Lin, Min;Yan, Yongliang
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.27
no.2
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pp.335-341
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2017
The complexity of the bacterial recombination system is a barrier for the construction of bacterial mutants for the further functional investigation of specific genes. Several protocols have been developed to inactivate genes from the genus Pseudomonas. Those protocols are complicated and time-consuming and mostly do not enable easy construction of multiple knock-ins/outs. The current study describes a single and double crossover-recombination system using an optimized vector-free allele-exchange protocol for gene disruption and gene replacement in a single species of the family Pseudomonadaceae. The protocol is based on self-ligation (circularization) for the DNA cassette which has been obtained by overlapping polymerase chain reaction (Fusion-PCR), and carries an antibiotic resistance cassette flanked by homologous internal regions of the target locus. To establish the reproducibility of the approach, three different chromosomal genes (ncRNA31, rpoN, rpoS) were knocked-out from the root-associative bacterium Pseudomonas stutzeri A1501. The results showed that the P. stutzeri A1501 mutants, which are free of any plasmid backbone, could be obtained via a single or double crossover recombination. In order to optimize this protocol, three key factors that were found to have great effect on the efficiency of the homologous recombination were further investigated. Moreover, the modified protocol does not require further cloning steps, and it enables the construction of multiple gene knock-in/out mutants sequentially. This work provides a simple and rapid mutagenesis strategy for genome editing in P. stutzeri, which may also be applicable for other gram-negative bacteria.
DNA repair capacity is crucial in maintaining cellular functions and homeostasis. However, it can be altered based on DNA sequence variations in DNA repair genes and this may lead to the development of many diseases including malignancies. Identification of genetic polymorphisms responsible for reduced DNA repair capacity is necessary for better prevention. Homologous recombination (HR), a major double strand break repair pathway, plays a critical role in maintaining the genome stability. The present study was performed to determine the frequency of the HR gene XRCC3 Exon 7 (C18067T, rs861539) polymorphisms in Saudi Arabian population in comparison with epidemiological studies by "MEDLINE" search to equate with global populations. The variant allelic (T) frequency of XRCC3 (C>T) was found to be 39%. Our results suggest that frequency of XRCC3 (C>T) DNA repair gene exhibits distinctive patterns compared with the Saudi Arabian population and this might be attributed to ethnic variation. The present findings may help in high-risk screening of humans exposed to environmental carcinogens and cancer predisposition in different ethnic groups.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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