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Epigenetic control of LTR retrotransposons in plant germline and somatic cells

  • Lee, Seung Cho;Parent, Jean-Sebastien;Ernst, Evan;Berger, Frederic;Grimanelli, Daniel;Martienssen, Robert A.
    • 한국작물학회:학술대회논문집
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    • 한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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    • pp.20-20
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    • 2017
  • Plant genomes include heterochromatic loci that consist of repetitive sequences and transposable elements. LTR retrotransposon is the major class of transposons in advanced plants in terms of proportion in plant genome. The elements contribute not only to genome size but also to genome stability and gene expression. A number of cases have been reported transposon insertions near genic regions affect crop traits such as fruit pigments, stress tolerance, and yields. Functional LTR retrotransposons produce extrachromosomal DNA from genomic RNA by reverse transcription that takes place within virus-like-particles (VLPs). DECREASED DNA METHYLATION 1 (DDM1) plays important roles in maintaining DNA methylation of heterochromatin affecting all sequence contexts, CG, CHG, and CHH. Previous studies showed that ddm1 mutant exhibits massive transcription of retrotransposons in Arabidopsis, but only few of them were able to create new insertions into the genome. RNA-dependent RNA POLYMERASE 6 (RDR6) is known to function in restricting accumulation of transposon RNA by processing the transcripts into 21-22 nt epigenetically activated small interfering RNA (easiRNA). We purified VLPs and sequence cDNA to identify functional LTR retrotransposons in Arabidopsis ddm1 and ddm1rdr6 plants. Over 20 LTR copia and gypsy families were detected in ddm1 and ddm1rdr6 sequencing libraries and most of them were not reported for mobility. In ddm1rdr6, short fragments of ATHILA gypsy elements were detected. It suggests easiRNAs might regulate reverse transcription steps. The highest enriched element among transposon loci was previously characterized EVADE element. It has been reported that active EVADE element is more efficiently silenced through female germline than male germline. By genetic analyses, we found ddm1 and rdr6 mutation affect maternal silencing of active EVADE elements. DDM1-GFP protein accumulated in megaspore mother cell but was not found in mature egg cell. The fusion protein was also found in early embryo and maternal DDM1-GFP allele was more dominantly expressed in the embryo. We observed localization of DDM1-GFP in Arabidopsis and DDM1-YFP in maize and found the proteins accumulated in dividing zone of root tips. Currently we are looking at cell cycle dependency of DDM1 expression using maize system. Among 10 AGO proteins in Arabidopsis, AGO9 is specifically expressed in egg cell and shoot meristematic cells. In addition, mutation of AGO9 and RDR6 caused failure in maternal silencing, implying 21-22 nt easiRNA pathway is important for retrotransposon silencing in female gametophyte or/and early embryo. On the other hand, canonical 24 nt sRNA-directed DNA methylation (RdDM) pathways did not contribute to maternal silencing as confirmed by this study. Heat-activated LTR retrotransposon, ONSEN, was not silenced by DDM1 but the silencing mechanisms require RdDM pathways in somatic cells. We will propose distinct mechanisms of LTR retrotransposons in germline and somatic stages.

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Epigenetic control of LTR retrotransposons in plant germline and somatic cells

  • Lee, Seung Cho;Parent, Jean-Sebastien;Ernst, Evan;Berger, Frederic;Grimanelli, Daniel;Martienssen, Robert A.
    • 한국작물학회:학술대회논문집
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    • 한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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    • pp.97-97
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    • 2017
  • Plant genomes include heterochromatic loci that consist of repetitive sequences and transposable elements. LTR retrotransposon is the major class of transposons in advanced plants in terms of proportion in plant genome. The elements contribute not only to genome size but also to genome stability and gene expression. A number of cases have been reported transposon insertions near genic regions affect crop traits such as fruit pigments, stress tolerance, and yields. Functional LTR retrotransposons produce extrachromosomal DNA from genomic RNA by reverse transcription that takes place within virus-like-particles (VLPs). DECREASED DNA METHYLATION 1 (DDM1) plays important roles in maintaining DNA methylation of heterochromatin affecting all sequence contexts, CG, CHG, and CHH. Previous studies showed that ddm1 mutant exhibits massive transcription of retrotransposons in Arabidopsis, but only few of them were able to create new insertions into the genome. RNA-dependent RNA POLYMERASE 6 (RDR6) is known to function in restricting accumulation of transposon RNA by processing the transcripts into 21-22 nt epigenetically activated small interfering RNA (easiRNA). We purified VLPs and sequence cDNA to identify functional LTR retrotransposons in Arabidopsis ddm1 and ddm1rdr6 plants. Over 20 LTR copia and gypsy families were detected in ddm1 and ddm1rdr6 sequencing libraries and most of them were not reported for mobility. In ddm1rdr6, short fragments of ATHILA gypsy elements were detected. It suggests easiRNAs might regulate reverse transcription steps. The highest enriched element among transposon loci was previously characterized EVADE element. It has been reported that active EVADE element is more efficiently silenced through female germline than male germline. By genetic analyses, we found ddm1 and rdr6 mutation affect maternal silencing of active EVADE elements. DDM1-GFP protein accumulated in megaspore mother cell but was not found in mature egg cell. The fusion protein was also found in early embryo and maternal DDM1-GFP allele was more dominantly expressed in the embryo. We observed localization of DDM1-GFP in Arabidopsis and DDM1-YFP in maize and found the proteins accumulated in dividing zone of root tips. Currently we are looking at cell cycle dependency of DDM1 expression using maize system. Among 10 AGO proteins in Arabidopsis, AGO9 is specifically expressed in egg cell and shoot meristematic cells. In addition, mutation of AGO9 and RDR6 caused failure in maternal silencing, implying 21-22 nt easiRNA pathway is important for retrotransposon silencing in female gametophyte or/and early embryo. On the other hand, canonical 24 nt sRNA-directed DNA methylation (RdDM) pathways did not contribute to maternal silencing as confirmed by this study. Heat-activated LTR retrotransposon, ONSEN, was not silenced by DDM1 but the silencing mechanisms require RdDM pathways in somatic cells. We will propose distinct mechanisms of LTR retrotransposons in germline and somatic stages.

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Expression profiles of circular RNAs in sheep skeletal muscle

  • Cao, Yang;You, Shuang;Yao, Yang;Liu, Zhi-Jin;Hazi, Wureli;Li, Cun-Yuan;Zhang, Xiang-Yu;Hou, Xiao-Xu;Wei, Jun-Chang;Li, Xiao-Yue;Wang, Da-Wei;Chen, Chuang-Fu;Zhang, Yun-Feng;Ni, Wei;Hu, Sheng-Wei
    • Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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    • 제31권10호
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    • pp.1550-1557
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    • 2018
  • Objective: Circular RNAs (circRNAs) are a newfound class of non-coding RNA in animals and plants. Recent studies have revealed that circRNAs play important roles in cell proliferation, differentiation, autophagy and apoptosis during development. However, there are few reports about muscle development-related circRNAs in livestock. Methods: RNA sequencing analysis was employed to identify and annotate circRNAs from longissimus dorsi of sheep. Reverse transcription followed by real-time quantitative (q) polymerase chain reaction (PCR) analysis verified the presence of these circRNAs. Targetscan7.0 and miRanda were used to analyse the interaction of circRNA-microRNA (miRNA). To investigate the function of circRNAs, an experiment was conducted to perform enrichment analysis hosting genes of circRNAs using gene ontology (GO) and Kyoto encyclopedia of genes and genomes (KEGG) pathways. Results: About 75.5 million sequences were obtained from RNA libraries of sheep skeletal muscle. These sequences were mapped to 729 genes in the sheep reference genome. We identified 886 circRNAs, including numerous circular intronic RNAs and exonic circRNAs. Reverse transcription PCR (RT-PCR) and DNA sequencing analysis confirmed the presence of several circRNAs. Real-Time RT-PCR analysis exhibited resistance of sheep circRNAs to RNase R digestion. We found that many circRNAs interacted with muscle-specific miRNAs involved in growth and development of muscle, especially circ776. The GO and KEGG enrichment analysis showed that hosting genes of circRNAs was involved in muscle cell development and signaling pathway. Conclusion: The study provides comprehensive expression profiles of circRNAs in sheep skeletal muscle. Our study offers a large number of circRNAs to facilitate a better understanding of their roles in muscle growth. Meanwhile, we suggested that circ776 could be analyzed in future study.

동맥혈 및 뇨 $P_CO_2}, P{O_2}$ 의 산-염기 균형 및 뇨량과의 관계 (Relationships between arterial and urinary $P_CO_2}, P{O_2}$ and acid-base balances)

  • 김용진;이영균
    • Journal of Chest Surgery
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    • 제16권2호
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    • pp.213-220
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    • 1983
  • Pulmonary function is the determinant of blood gas tension. However, Acid-Base disturbances can also alter partial pressures of oxygen and carbon dioxide in arterial blood. During respiratory acidosis $PO_2$ will be lowered and reverse changes will be produced during respiratory alkalosis. On the other hand, in metabolic acidosis $PO_2$ will be elevated and $PCO_2$ will be lowered by the respiratory compensation, and reverse response will be induced in metabolic alkalosis. Urinary gas tension has many influencing factors than arterial blood and difficult to estimate the tendency of its alterations. Urinary $PO_2$ and $PCO_2$ are not always identical level as venous blood. It is to be altered by blood gas tension, flow rate of urine, metabolic rate of kidney, and Acid-Base status of blood. Particularly countercurrent exchange of oxygen and carbon dioxide in the renal medulla will make larger alteration of gas tension than venous blood. After induction of Acid-Base disturbances [disturbances] arterial and urinary $PCO_2$, $PO_2$, urinary volume, and osmolarity were determined in dogs, and the relationships between arterial and urinary $PCO_2$ , $PO_2$ Acid-Base disturbances, urinary volume, and osmolarity were investigated. 1. During the acute Metabolic and Respiratory disturbances urinary pH did not respond on respiratory origin. However, there were immediate urinary response in pH on metabolic origin. 2. Urinary $PO_2$, $PCO_2$, did not always follow arterial or venous gas tension and Acid-Base disturbance. Urinary $PCO_2$, correlate well with the urinary volume. The larger the urinary volume, $PCO_2$ lowered to the venous level. The smaller the urinary volume, urinary $PCO_2$ tends to be higher. However urinary $PO_2$ did not have any particular correlation with urinary volume. 3. Correlation between urinary $PCO_2$ and $PO_2$ were inversely proportional to arterial blood. Differences of $PCO_2$ between arterial blood and urine also did not have any particular correlation with urinary volume. This may suggest that changes on blood gas tensions can influence on urinary $PCO_2$. 4. There were eminent clear inverse correlation between urinary $PCO_2$ and osmolar concentrations of urine. Above results strongly suggest that partial pressure of gas in urine primarily depend upon counter-current exchanges in renal medullary tissues.

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Grapefruit 종자추출물이 Enterobacter pyrinus의 생리기능에 미치는 영향 (The Inhibitory Effect of Grapefruit Seed Extracts on the Physiological Function of Enterobacter pyrinus)

  • 이태호;정숙정;이상열;김재원;조성환
    • 한국식품과학회지
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    • 제27권6호
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    • pp.985-990
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    • 1995
  • Grapefruit 종자추출물(GFSE)에는 박테리아와 곰팡이류들에 대하여 항균 효과를 갖는 성분이 있다고 알려져 있다. 배나무에 병반에서 분리한 Enterobacter pyrinus도 GFSE를 가하여 준 배지에서 생육이 억제되었다. 대조군이 stationary phase로 접어든 배양 20시간까지 GFSE의 최종 농도가 0.01%를 함유한 배지에서 E. pyrinus는 전혀 성장하지 못하였다. 항균 성분을 분리하기 위하여 GFSE를 용매추출하여 친수성 분획과 소수성 분획으로 나누었을 때 억제 효과는 소수성 분획에서 관찰되었다. GFSE가 에너지 대사에 관여하는 몇가지 효소에 미치는 영향을 조사하여 본 결과, hexokinase, glucose-6-phosphate dehydrogenase, malate dehydrogenase와 succinate dehydrogenase 등에는 별다른 효과를 나타내지 않았다. 세포막에 미치는 영향을 알아보기 위하여 ${\beta}-galactosidase$의 인위적 기질인 ONPG의 분해 여부를 조사한 결과, GFSE는 세포막에 영향을 끼침을 관찰하였다. GFSE의 항균 성분을 분리 확인하기 위해서 HPLC $C_{18}$ reverse phase column chromatography를 하여 5개의 peak를 얻었으며, 이중 1개의 분획에서 강한 항균 활성을 검출하였다. 이 분획을 GC-Mass로 사용하여 분석한 결과 1-chloro-2-methyl-benzene (o-toluene), N,N-dimethyl-benzenemethaneamine, 1-[2-(2-ethylethoxy)ethoxy]-4- (1,1,3,3-tetramethyl)-bezene 이외에 분획의 대부분을 차지하는 1개의 물질을 포함하여, 확인하지 못한 3개의 물질이 있음을 알았으며, GFSE의 항균활성을 보이는 성분은 새로운 물질일 가능성을 시사하였다.

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이방성을 고려한 탄성매질에서의 시간영역 파형역산 (Time-domain Seismic Waveform Inversion for Anisotropic media)

  • 이호용;민동주;권병두;유해수
    • 한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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    • 한국지구물리탐사학회 2008년도 공동학술대회
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    • pp.51-56
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    • 2008
  • 등방성 매질에서의 파형역산에 대한 연구는 1980년대부터 꾸준히 이루어져 왔으나 이방성 매질에 대한 연구는 그렇지 못하다. 본 연구에서는 이방성 매질에 대한 시간영역 셀기반 유한 차분 모델링 기법을 이용해 2차원 TI 구조에서의 파형역산 알고리듬을 개발하였다. 반복적인 비선형 역산에서 최대 급경사 방향은 역시간 구조보정의 역전파 방법을 이용하여 간접적으로 계산하였고, 이를 정규화 시키기 위해 슈도-헤시안 행렬을 이용하였다. 본 연구에서 제시된 시간영역 파형역산 기법을 이방성 매질을 포함한 2층 구조와 이방성 Marmousi 모형 자료에 적용하고 이를 등방성 매질만을 고려한 기존의 파형역산 결과와 비교하였다. 본 연구의 결과를 통해 이방성 매질을 등방성 매질로 가정하고 파형역산을 수행할 경우 정확한 영상을 얻을 수 없기 때문에, 실제 탐사 자료의 파형역산을 수행할 경우 이방성 매질을 고려해야 좀 더 정확한 지하 구조를 파악할 수 있음을 확인하였다.

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내염소성 중공사형 역삼투막(Loose RO)의 제조 및 특성 (Preparation and Properties of Chlorine-Resistance Loose Reverse Osmosis Hollow-fiber Membrane)

  • 김세종;우승문;황해영;고형철;하성용;최호상;남상용
    • 멤브레인
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    • 제20권4호
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    • pp.304-311
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    • 2010
  • 본 연구에서는 셀룰로오스 트리아세테이트(CTA)를 사용한 loose RO 중공사 막이 상전환 법으로 제조되었고 이들의 수처리 특성이 평가되었다. 1,4-dioxane과 리튬클로라이드(LiCl)는 각각 스킨층 형성제와 기공 형성제로 사용되었다. 제조된 CTA 중공사막의 특성을 알아보기 위하여 전자주사현미경을 통하여 모폴로지를 관찰하였고, 수투과도 및 염 제거율, 내염소성 테스트, 그리고 분획분자량을 측정하였다. CTA/NMP/1,4-dioxane = 18/72/10 (wt%) 에어갭 30 cm의 중공사 분리막의 경우 $20.5L/m^2hr$의 수투과도와 60%의 염 제거율, NaOCl 10,000 ppm/hr의 내염소성 및 약 5,000 Da값의 MWCO를 나타내는 우수한 특성의 loose RO 막이 제조되었다.

수중초음속제트의 불안정성에 대한 실험적 고찰 (Experimental Observation of Instability of Supersonic Submerged Jets)

  • 정재권;이대훈;차홍석;박승오;권세진
    • 한국추진공학회지
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    • 제6권2호
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    • pp.45-52
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    • 2002
  • 2차원 수중 초음속 제트의 구조 및 유동 불안정성에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 제트의 구조 및 시간에 따른 변화를 관찰하기 위하여 고속 디지털 카메라 촬영과 정압을 측정하였다. 공기 유량의 변화에 따른 제트의 구조를 초고속 촬영하여 이로부터 얻어진 장면에서 확산각을 구했다. 일련의 제트의 주기적인 특성에 따른 구조를 관찰하였고 불안정성의 초당 주기 발생 횟수가 5-6회 정도로 측정되었다. 세 가지 특성 길이 $L_1$, $L_2$, $L_3$를 정의하였다. $L_1$은 불안정적 주기가 발생할 경우 최대제트의 폭 스케일, $L_2$는 2차적인 유동이 유입되는 곳의 제트의 폭 스케일, $L_3$는 노즐 출구로부터 2차적으로 유도된 유동이 유임되는 곳까지의 길이다. $L_1$/$L_2$는 전압 즉, 탱크 압력이 증가함에 따라 감소하는 경향성을 가지고 있고 $L_3$는 전압이 증가함에 따라 증가하는 경향성을 띄었다. 시간에 따른 정압 변화를 측정하였으며 FFT결과를 통해서 불안정성으로 인해 발생하는 주파수와 유사한 값인 5Hz에서 고유진동이 발생하는 것을 확인하였다.

분산전원이 연계된 배전계통의 양방향 구간개폐기의 동작 알고리즘에 관한 연구 (A study on the Operation Algorithm for Bi-directional Sectonalizer in Distribution System Interconnected with Distributed Generations)

  • 윤기갑;정점수;안태풍;노대석
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제10권8호
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    • pp.1802-1809
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    • 2009
  • 기존의 배전계통은 전원 측인 배전용변전소에서 부하 측인 수용가로 전력을 단 방향으로 공급하는 것이 일반적이지만, 태양광과 풍력 등과 같은 분산전원이 배전계통에 연계되는 경우에는 분산전원에서 발생하는 전력이 계통으로 공급되는 역 조류가 발생하여 기존의 시스템과 달리 양방향으로 전력이 공급되게 된다. 이러한 양방향 전력공급은 기존의 시스템에 악 영향을 끼칠 수 있는데, 배전선로에 설치되어 있는 보호협조기기에 심각한 문제점을 발생시킬 수 있다. 특히 기존의 구간 개폐기는 주 전원 측의 전력만 감지할 뿐, 분산전원 측의 역 조류 감지 및 보호를 하지 못해 오동작을 일으킬 가능성이 존재한다. 이러한 경우 분산전원의 단독 운전뿐만 아니라 배전계통과 분산전원의 비동기 투입에 의하여 배전계통에 악영향을 끼칠 수도 있다. 따라서 본 논문에서는 이에 대한 대책으로서 역 조류를 감지하는 구간 개폐기의 양방향 동작 알고리즘을 제시하고, 이에 대한 성능을 확인하기 위하여, 배전계통의 대표적인 해석 S/W인 PSCAD/EMTDC를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 또한 보호기기 모의시험 장치를 제작하여 하드웨어적인 시험 결과를 분석하여, 본 논문에서 제안한 구간개폐기의 양방향 동작 알고리즘에 대한 효용성과 타당성을 확인하였다.

역삼투압을 이용한 전착도료 정제공정폐수처리에 관한 연구 (A Study on the Treatment of Wastewater from Ion Removal Process for Purifying Electrocoat Paint in the Bath by Use of Reverse Osmosis)

  • 김진성
    • 멤브레인
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    • 제8권2호
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    • pp.77-85
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    • 1998
  • 알루미늄 전착공정중 도료정제장치에서 발생하는 도료계 폐수(COD$_{Mn}$ 1,500~2,000 ppm)를 역삼투압을 이용하여 농축수는 전착조로 보내 재사용하고 반면 투과수는 세정수로 사용할 목적으로 시스템을 설계하여 현장 설치하였다. 역삼투압시스템은 폴리아미드 재질의 나권형 모듈(직경 102 mm$\times$ 길이 1,016 mm)3개를 직렬로 연결하고 시스템회복율 30%, 운전압력 11.5 kg/$cm^2$, 그리고 실온에서 3일 주기로 발생하는 폐수량 20 m$^3$을 회분식조업으로 처리하였다. 원폐수를 42시간 연속가동하여 5배까지 농축하는 실험기간중 거의 일정한 투과 flux 390 l/m$^2$-hr을 유지하였고 그 투과수질이 COD$_{Mn}$ 300 ppm으로 나타났다. 이는 도료정제장치의 잔존 도료성분을 회수하기 위해 사용되는 순수대신 세정수로 사용하기에 적합하였다. 그리고, COD$_{Mn}$ 제거율은 83$\pm$5%이었으며, 각 용제성 분별 제거율은 feed 농도의 증가에 따라 감소하였는데 5배 농축시 ethyl cellusolve, butyl cellusolve 그리고 n-butanol은 각각 79, 87 그리고 70%로 나타났다.

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