The seasonal variation in the activity of sucrose synthase, ADP-glucose pyrophosphorylase and UDP-glucose pyrophosphorylase in roots of Panax ginseng C.A.Meyer have been studied. It was revealed that sucrose synthase and ADP-glucose pyrophosphorylase are adaptive enzymes and can serve as markers of sink strength, while UDP-glucose pyrophosphorylase is the maintenance enzyme. The average day temperature exceeded 24。C appeared to cause the disturbance in refilling process, affecting the starch synthesis. Study on the dependence of oxygen consumption in stele tissue with temperature revealed the sharp accelerating of this process after 24。C.
UDP-glucose regeneration system using metabolic engineeringis unique and efficient strategy for oligosaccharide synthesis. To exploit the efficient UDP-glucose regeneration system, we introduced four enzymes, which would be important in partitioning the flux of UDP regenerationsuch as UDP-glucose pyrophosphorylase, UDP-Kinase gene, UDP-galactose 4-epimerase, and $\beta$-1, 4-galactasyltrasnsferase, into E. coli AD202. To determine the optimal expression level for UDP-regeneration, LacNAc concentration was compared depending on IPTG concentration. 0.5 mM IPTG induction showed the higher oligosaccharides synthesis. Using metabolic engineering under optimal IPTG induction, LacNAc synthesis of AD202/pQNGLU increased until 16 h and showed the 1.34 mM. This concentration is 10 times higher than that of control strain at same reaction time. Lactose of AD202/pQNGLU showed the maximum synthesis of 0.39 mM at 16 h and showed the 2.6 times higher than that of control strain.
The bacterium Sphingomonas chungbukensis DJ77 produces the extracellular polysaccharide gellan in high yield. Gellan produced by this bacterium is widely used as a gelling agent, and the enzyme UDP-glucose pyrophosphorylase (UGP) is thought to play a key role in the gellan biosynthetic pathway. The UGP gene has been successfully cloned and over-expressed in E. coli. The expressed enzyme was purified with a molecular weight of approximately 32 kDa, as determined by a SDS-polyacrylamide gel, but the enzyme appears as ca. 63 kDa on a native gel, suggesting that the enzyme is present in a homodimer. Kinetic analysis of UDP-glucose for UGP indicates $K_m$ = 1.14 mM and $V_{max}$ = 10.09 mM/min/mg at pH 8.0, which was determined to be the optimal pH for UGP catalytic activity. Amino acid sequence alignment against other bacteria suggests that the UGP contains two conserved domains: An activator binding site and a glucose-1-phosphate binding site. Site-directed mutagenesis of Lys194, located within the glucose-1-phosphate binding site, indicates that substitution of the charge-reversible residue Asp for Lys194 dramatically impairs the UGP activity, supporting the hypothesis that Lys194 plays a critical role in the catalysis.
A duplex polymerase chain reaction (PCR) method was developed to detect unapproved genetically modified (GM) potato (EH92-527-1) in Korea. The UDP-glucose pyrophosphorylase (UGP) gene was selected as an endogenous reference gene for potato and used to validate the specificity for 14 different crops. The primer pair EH92-F/R was designed to amplify the junction sequence between the genome and transgenic region introduced in GM potato. Its specificity was also validated using several different GM events. The detection limit of the duplex PCR method is approximately 0.05%. This duplex PCR method could be useful for monitoring cultivation of unauthorized GM potato in Korea.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.229-229
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2017
This research study was conducted to analyze the characteristics of different rice cultivars in abnormal temperature conditions (low temperature) for ripening period abnormalities, and to investigate the physiological causes behind the abnormalities. Four Korean high quality japonica-type rice cultivars, Jinbu (JB), Junamjosaeng (JJ), Geumyoung (GY), Hwawang (HW) were used in the experiment. The following day after flowering, they were then moved into two phytotrons under natural daylight with 65% RH but controlled at different temperatures - one at $19/29^{\circ}C$ (night/day) and the other at $13/23^{\circ}C$ as the low - temperature study on ripening. For the cultivars at $13/23^{\circ}C$ (low temperature study), JB and JJ had a ripening rate of 93% which is similar to the ripening rates of cultivars at $19/29^{\circ}C$ at 45 days after heading (DAH). In contrast, GY and HW recorded lower ripening rates of 86% and 57% respectively. However, when the cultivars at $13/23^{\circ}C$ were harvested at 61 DAH (when the accumulated temperature reached $1100^{\circ}C$), the difference in ripening rates compared to the 4 cultivars of $19/29^{\circ}C$ harvested at 45 DAH was not obvious (JB 94%, JJ 97%, GY 97%, HW 88%). Starch content showed little difference among the 4 cultivars at different temperature conditions while amylose content was higher for cultivars at $13/23^{\circ}C$ compared to those at $19/29^{\circ}C$. In addition, the enzyme activities of starch biosynthesis were about 5~10 days slower in cultivars at $13/23^{\circ}C$ compared to cultivars at $19/29^{\circ}C$. The grain-filling rate showed highly significant correlations with the enzyme activities of Sucrose synthase ($R^2=0.70^{***}$), ADP glucose pyrophosphorylase ($R^2=0.63^{***}$), UDP glucose pyrophosphorylase ($R^2=0.36^{***}$), Starch synthase ($R^2=0.51^{***}$), and Starch branching enzyme ($R^2=0.59^{***}$). Among the enzymes, Sucrose synthase activity had the highest correlation coefficient with grain-filling rate. In conclusion, the activity of enzymes such as Sucrose synthase, UDP glucose pyrophosphorylase, ADP glucose pyrophosphorylase, Starch synthase, Starch branching enzyme in starch biosynthesis is proven to be highly related to the grain filling process. Notably, the decrease in the activity of Sucrose synthase and Starch branching enzyme and the late increase in ADP glucose pyrophosphorylase activity at low temperature in the ripening stage are considered to be disadvantageous as they delay ripening and increased amylose content.
Melhylovorus sp. strain SS1 grown on methanol was found to show activities of key enzymes of the linear route, $NAD^+$-linked formaldehyde and formate dehydrogenases, and the cyclic route, hexulose-6-phosphate synthase, glucose-6-phosphate isomerase, glucose-6-phosphate dehydrogenase, and 6-phosphogluconate dehydrogenase, for formaldehyde oxidation. The activities of the cyclic route enzymes were higher than those of the linear route enzymes. The bacterium also exhibited activities of the key enzymes of the ribulose monophosphate and Entner-Doudoroff pathways and transaldolase involved in the formaldehyde assimilation and the enzymes involved in the biosynthesis of extracellular polysaccharide. Cells grown in the presence of 2.3 mM ammonium sulfate were higher in the productivity of extracellular polysaccharide, but lower in the growth yield, than those grown in the presence 7.6 mM ammonium sulfate. The activities of 6-phosphogluconate dehydrogenase, phosphoglucomutase, and UDP-pyrophosphorylase in cells grown under nitrogen-limited condition were higher, but that of 6-phosphogluconate dehydratase/2-keto-3-deoxy-6-phosphogluconate aldolase was lower, than those in cells grown in the presence of sufficient amount of nitrogen source.
Glucosylation is a well-known approach to improve the solubility, pharmacological, and biological properties of flavonoids, making flavonoid glucosides a target for large-scale biosynthesis. However, the low yield of products coupled with the requirement of expensive UDP-sugars limits the application of enzymatic systems for large-scale. C. glutamicum is a Gram-positive and generally regarded as safe (GRAS) bacteria frequently employed for the large-scale production of amino acids and biofuels. Due to the versatility of its cell factory system and its non-endotoxin producing properties, it has become an attractive system for the industrial-scale biosynthesis of alternate products. Here, we explored the cell factory of C. glutamicum for efficient glucosylation of flavonoids using apigenin as a model flavonoid, with the heterologous expression of a promiscuous glycosyltransferase, YdhE from Bacillus licheniformis and the endogenous overexpression of C. glutamicum genes galU1 encoding UDP-glucose pyrophosphorylase and pgm encoding phosphoglucomutase involved in the synthesis of UDP-glucose to create a C. glutamicum cell factory system capable of efficiently glucosylation apigenin with a high yield of glucosides production. Consequently, the production of various apigenin glucosides was controlled under different temperatures yielding almost 4.2 mM of APG1(apigenin-4'-O-β-glucoside) at 25℃, and 0.6 mM of APG2 (apigenin-7-O-β-glucoside), 1.7 mM of APG3 (apigenin-4',7-O-β-diglucoside) and 2.1 mM of APG4 (apigenin- 4',5-O-β-diglucoside) after 40 h of incubation with the supplementation of 5 mM of apigenin and 37℃. The cost-effective developed system could be used to modify a wide range of plant secondary metabolites with increased pharmacokinetic activities on a large scale without the use of expensive UDP-sugars.
The mature cyst of Acanthamoeba is highly resistant to various antibiotics and therapeutic agents. Cyst wall of Acanthamoeba are composed of cellulose, acid-resistant proteins, lipids, and unidentified materials. Because cellulose is one of the primary components of the inner cyst wall, cellulose synthesis is essential to the process of cyst formation in Acanthamoeba. In this study, we hypothesized the key and short-step process in synthesis of cellulose from glycogen in encysting Acanthamoeba castellanii, and confirmed it by comparing the expression pattern of enzymes involving glycogenolysis and cellulose synthesis. The genes of 3 enzymes, glycogen phosphorylase, UDP-glucose pyrophosphorylase, and cellulose synthase, which are involved in the cellulose synthesis, were expressed high at the 1st and 2nd day of encystation. However, the phosphoglucomutase that facilitates the interconversion of glucose 1-phosphate and glucose 6-phosphate expressed low during encystation. This report identified the short-cut pathway of cellulose synthesis required for construction of the cyst wall during the encystation process in Acanthamoeba. This study provides important information to understand cyst wall formation in encysting Acanthamoeba.
Chalcones exhibit multiple biological activities. Various studies have attempted to modify the structure of chalcones with a special focus on the addition of substituents to the benzene rings. However, these chemical modifications did not improve the water solubility and bioavailability of chalcones. Glycosylation can markedly affect the physical and chemical properties of hydrophobic compounds. Here, we evaluated the ability of a highly promiscuous glycosyltransferase (GT) BsGT1 from Bacillus subtilis ATCC 6633 to biosynthesize chalcone glucosides. Purified BsGT1 catalyzed the conversion of 4'-hydroxychalcone (compound 1), 4'-hydroxy-4-methylchalcone (compound 2), and 4-hydroxy-4'-methoxychalcone (compound 3), into chalcone 4'-O-β-D-glucoside (compound 1a), 4-methylchalcone 4'-O-β-D-glucoside (compound 2a), and 4'-methoxychalcone 4-O-β-D-glucoside (compound 3a), respectively. To avoid the addition of expensive uridine diphosphate glucose (UDP-Glc), a whole-cell biotransformation system was employed to provide a natural intracellular environment for in situ co-factor regeneration. The yields of compounds 1a, 2a, and 3a were as high as 90.38%, 100% and 74.79%, respectively. The successful co-expression of BsGT1 with phosphoglucomutase (PGM) and UDP-Glc pyrophosphorylase (GalU), which are involved in the biosynthetic pathway of UDP-Glc, further improved the conversion rates of chalcones (the yields of compounds 1a and 3a increased by approximately 10%). In conclusion, we demonstrated an effective whole-cell biocatalytic system for the enzymatic biosynthesis of chalcone β-D-glucoside derivatives.
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