본 연구에서는 염색체가공기술을 이용하여 xylan으로부터 다양한 대사산물을 생산할 수 있는 유전자를 도입한 효모인 공염색체를 구축하였다. 효율적인 염색체가공기술인 PCS법을 이용하기 위해 염색체 splitting에 필요한 splitting fragment (DNA module)를 각각 제작하였고, xylan 대사에 관여하는 유전자군을 가진 YKY164 균주에 형질전환하였다. 두번의 염색체 splitting에 의해 1,124 kb의 효모 7번염색체는 887 kb-YAC, 45 kb-mini YAC와 198 kb-YAC로 가공되었으며, 총 18개의 염색체를 가진 YKY183 균주를 구축하였다. 염색체가공을 위한 splitting efficiency는 50-78%였으며, 45 kb-mini YAC 상에 있는 외래유전자의 발현 및 효소활성은 염색체가공 전과 비교하여 유의미한 변화 및 저하는 관찰되지 않았다. 또한 생산된 재조합효소에 의한 xylan의 분해산물을 확인하였으며, 160 generation 동안 미니 효모인 공염색체는 염색체의 결실없이 안정적인 mitotic stability를 유지하였다.
A copy number amplification system for yeast artificial chromosomes (YACs) was combined with simultaneous overexpression of genes integrated into a YAC. The chromosome VII (1,105 kb) was successfully split to 887 kb, 44 kb containing the element for copy number amplification, and a 184-kb split-YAC. The 44-kb split-mini YAC was amplified a maximum of 9-fold, and the activity of the reporter enzymes integrated into the split-mini YAC increased about 5-7-fold. These results demonstrate that the mini-YAC containing a targeted chromosome region can be readily amplified, and the specific genes in the mini-YAC could be overexpressed by increasing the copy number.
It is clear that the construction of large insert DNA libraries is important for map-based gene cloning, the assembly of physical maps, and simple screening for specific genomic sequences. The bacterial artificial chromosome (BAC) system is likely to be an important tool for map-based cloning of genes since BAC libraries can be constructed simply and analyzed more efficiently than yeast artificial chromosome (YAC) libraries. BACs have significantly expanded the size of fragments from eukaryotic genomes that can be cloned in Escherichia coli as plasmid molecules. To facilitate the isolation of molecular-biologically important genes in Ashbya gossypii, we constructed Ashbya chromosome-specific BAC libraries using pBeloBAC11 and pBACwich vectors with an average insert size of 100 kb, which is equivalent to 19.8X genomic coverage. pBACwich was developed to streamline map-based cloning by providing a tool to integrate large DNA fragments into specific sites in chromosomes. These chromosome-specific libraries have provided a useful tool for the further characterization of the Ashbya genome including positional cloning and genome sequencing.
본 연구에서는 Yeast Artificial Chromosome을 효율적으로 조작하고 유유전자의 기능을 보다 더 용이하게 분석하기 위해 EMCV 바이러스의 IRES 염기서열과 $\beta$-galactosidase를 포함하는 새로운 bicistronic fragmentation vector를 제조하였다. 이 벡터의 폴리클로닝 site에 네 개의희귀한 제한효소 부위를 도입하여 DNA를 용이하게 클로닝할 수 있게 만들었다. 그러므로 원하는 어떤 YAC도 효모세포에서 쉽게 상동 재조함에 의해 절편할 수 있는 장점이 있다. 이 bicistronic fragmentation vector 시스템을 이용하면하나의 메시지로부터 연구하고자 하는 유전자와 $\beta$-galactosidase를 동시에 한 세포에서 발현할 수 있기 때문에 유전자의 발현양상을 쉽게 분석할 수 있는 새로운 도구로 이용할 수 있다.
복잡한 진핵생물에서의 물리적 지도 작성이나 기능해석에 효모인공염색체(YAC)를 이용하기 위해서는 원하는 target region의 인공염색체화 및 single-copy인 YAC의 복제수를 늘이는 것이 요구된다. 본 연구에서는 YAC manipulation system에 복제수 증폭시스템(copy number amplification system)을 도입한 Simultaneous YAC Manipulation-Amplification (SYMA) system을 구축하였다. 식물염색체를 가진 YAC clone의 splitting과 증폭을 위해 conditional centromere와 thymidine kinase (TK) 유전자를 가진 pBGTK plasmid를 구축하였고, splitting fragment의 PCR을 위한 주형으로 사용하였다. 590 kb의 YAC clone은 splitting과 동시에 copy number amplification element를 가진 100 kb YAC와 490 kb YAC로 분리되었고, 100 kb YAC는 유도기질로 3 mg/ml sulfanilamide와 $50\;{\mu}g/ml$ methotrexate (S3/M50)의 첨가에 의해 14.4배로 그 복제수가 증가하였음을 확인할 수 있었다.
Park, A-Hwang;Sugiyama, Minetaka;Harashima, Satoshi;Kim, Yeon-Hee
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제22권2호
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pp.184-189
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2012
We sought to breed an industrially useful yeast strain, specifically an ethanol-tolerant yeast strain that would be optimal for ethanol production, using a novel breeding method, called genome reconstruction, based on chromosome splitting technology. To induce genome reconstruction, Saccharomyces cerevisiae strain SH6310, which contains 31 chromosomes including 12 artificial mini-chromosomes, was continuously cultivated in YPD medium containing 6% to 10% ethanol for 33 days. The 12 mini-chromosomes can be randomly or specifically lost because they do not contain any genes that are essential under high-level ethanol conditions. The strains selected by inducing genome reconstruction grew about ten times more than SH6310 in 8% ethanol. To determine the effect of mini-chromosome loss on the ethanol tolerance phenotype, PCR and Southern hybridization were performed to detect the remaining mini-chromosomes. These analyses revealed the loss of mini-chromosomes no. 11 and no. 12. Mini-chromosome no. 11 contains ten genes (YKL225W, PAU16, YKL223W, YKL222C, MCH2, FRE2, COS9, SRY1, JEN1, URA1) and no. 12 contains fifteen genes (YHL050C, YKL050W-A, YHL049C, YHL048C-A, COS8, YHLComega1, ARN2, YHL046W-A, PAU13, YHL045W, YHL044W, ECM34, YHL042W, YHL041W, ARN1). We assumed that the loss of these genes resulted in the ethanol-tolerant phenotype and expect that this genome reconstruction method will be a feasible new alternative for strain improvement.
본 연구는 염색체 가공기술(chromosome manipulation technique)을 이용하여 다양한 개수의 염색체를 가진 균주들의 세포 성장속도 및 life span을 비교하여 염색체 수의 증가가 세포 생리에 미치는 영향을 조사하였다. 16개의 염색체를 가지는 숙주세포 FY833 균주와 18개의 염색체를 가지는 YKY18 및 YKY18R 균주, 24개의 염색체를 가지는 YKY24 균주와 30개의 염색체를 가지는 YKY30 균주를 사용하여 specific growth rate를 비교해 본 결과, YKY18 균주와 YKY24 균주는 세포성장의 변화가 거의 없었으나, YKY18R 균주와 YKY30 균주에서는 숙주세포에 비해 각각 25%와 40% 이상 성장이 감소됨을 확인 할 수 있었다. 또한 염색체 수와 노화의 관계를 알아보기 위해 replicative life span을 조사해 본 결과, YKY24균주와 YKY30 균주에서 숙주세포에 비해 약 14%와 45% 정도로 life span이 감소했음을 알 수 있었다. 노화인자로 알려져 있는 telomere의 길이도 인공염색체의 수가 증가될수록 점점 다양해지고 길이가 짧아짐을 확인 할 수 있었다. 따라서 염색체 수의 증가도 새로운 노화원인이 될 수 있다는 가능성을 제시하였고, 본 연구 결과가 다양한 인공염색체를 가진 산업용 균주의 안정적인 개량을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이라 기대한다.
Transformation-associated recombination (TAR) 클로닝법은 목적 유전자를 포함한 게놈 DNA와 그 유전자의 5' 또는 3' 말단 서열을 포함하고 있는 선형의 TAR vector를 동시에 출아효모의 spheroplast내로 co-penetration 시켜 상동부위에서 일어나는 재조합에 의해 환형의 Yeast Artification Chromosome(YAC)으로 분리되는 방법이다. 일반적으로 TAR 클로닝법에 의한 목적의 single-copy 유전자 분리 빈도는 전체 형질전환체의 0.01~1% 정도이다. 이러한 TAR 클로닝법을 개선하기 위하여 Tg.AC transgenic mouse를 모델계로 사용하여 유전자 분리에 대한 target hook 내의 GC content 가 미치는 영향을 조사하였다. 이러한 목적으로 한쪽에는 다양한 GC content(18~45%)를 지닌 transgene 특이적 hook을 포함하고 다른 한쪽은 B1 반복서열을 가지는 radial TAR vector를 사용하여 transgene 분리 빈도를 측정하였다. 그 결과 target hook의 GC content는 23% 이하의 경우, ~40%인 경우에 비해 두 배 정도 클로닝 빈도가 감소하였다. 따라서 TAR vector를 제작할 때, 유전자 분리에 이용되는 target hook의 GC content는 약 40% 일때 가장 적정한 것으로 나타났다. 또한 높은 target hook 내의 GC content(65%)위치분포에 의한 차이는 클로닝 빈도에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
A new neurological mutant has been found in the ICR outbred strain mouse. Affected mice display profound deafness and a head-tossing and bidirectional circling behavior, showing an autosomal recessive mode of inheritance. It was, therefore, named cir/Kr with the gene symbol cir. The auditory tests identified clearly the hearing loss of the cir mice when compared to wild type mice. Pathological studies confirmed the developmental defects in the middle ear, cochlea, cochlear nerve, and semicircular canal areas, which were correlated to the abnormal behavior observed in the cir mice. Thus, cir mice may be useful as a model for studying inner ear abnormalities and deafness. We have constructed a genetic linkage map by positioning 14 microsatellite markers across the (cir) region and intraspecific backcross between cir and C57BL/6J mice. The cir mouse harbors an autosomal recessive mutation on mouse chromosome 9. The cir gene was mapped to a region between D9Mit116 and D9Mit38 Estimated distances between cir and D9Mit116, and between cir and D9Mit38 are 0.7 and 0.2 cM, respectively. The gene in order was defines : centromere-D9Mit182-D9Mit51/D9Mit79/D9Mit310-D9Mit212/D9Mit184-D9Mit116-cir-D9Mit38-D9Mit20-D9Mit243-D9Mit16-D9Mit55/D9Mit125-D9Mit281. The mouse map location of the cir locus appears to be in a region homologous to human 3q21. Our present date suggest that the nearest flanking marker D9Mit38 provides a useful anchor for the isolation of the cir gene in a yeast artificial chromosome contig.
Centromere는 채세포분열과 생식세포분열 등 맡은 주요 기능을 담당하는 고도로 분화된 구조이다. Alphoid DNA (${\alpha}$-satellite)는 인간뿐 아니라 모든 영장류의 염색체 내 centromere에서 발견되는 반복서열의 대부분을 차지한다. 인간 인공염색체(Human Artificial Chromosome, HAC)의 개발에서 가장 핵심적인 부분은 centromere의 분리 및 안정적인 유지에 있다. 이 영역은 출아효모에서 alphoid DNA 반복서열을 hook으로 이용하여 Transformation-associated recombination (TAR) cloning법을 사용하여 선택적으로 분리할 수 있다. 이러한 실험방법으로 먼저 repeat array를 rolling-circle amplication (RCA)를 통하여 약 5 kb까지 길이를 연장시킨 후, 효모내에서 상동성재 조합을 이용한 TAR cloning법을 사용하여 분리할 수 있다. 이렇게 분리된 35 kb-50 kb 길이의 4종류의 centromeric DNA repeat arrays (2,4,5,6 mer)를 사용하여, 반복서열의 안정성 유지를 조사하기 위해 상동성재조 합 변이주인 rad51, rad52, rad54를 사용하여 비교 분석하였다. 야생주, rad51과 rad54 변이주를 이용하여 형질전환을 수행한 결과, 반복서열의 크기에 있어서 많은 변화를 나타내었다. 반면, rad52 변이주는 야생주와 다르게 형질전환빈도가 매우 낮은 비율로 나타났으나, centromeric DNA repeat array의 안정성은 3배 이상으로 높게 나타냈다. 이러한 결과들을 미루어, rad52 변이주를 사용하여 centromeric DNA repeat arrays의 형질전환실험에서 발생하는 맡은 변이를 줄일 수 있을 것으로 보인다. 이러한 유전적 방법은 HAC 제작에서 반복서열의 유지에 훨씬 효율적으로 사용할 수 있을 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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