Peter J. Facchini;Park, Sang-Un;David A. Bird;Nailish Samanani
식물조직배양학회지
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제27권4호
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pp.269-282
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2000
Benzylisoquinoline alkaloids are a diverse group of natural products that include many pharmacologically active compounds produced in a limited number of plant families. Despite their complexity, intensive biochemical research has extended our knowledge of the chemistry and enzymology of many important benzylisoquinoline alkaloid pathways, such as those leading to the analgesic drugs morphine and codeine, and the antibiotics sanguinarine and berberine. The use of cultured plant cells as an experimental system has facilitated the identification and characterization of more than 30 benzylisoquinoline alkaloid biosynthetic enzymes, and the molecular cloning of the genes that encode at least 8 of these enzymes. The recent expansion of biochemical and molecular technologies has creat-ed unique opportunities to dissect the mechanisms involved in the regulation of benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis in plants. Research has suggested that product accumulation is controlled by the developmental and inducible regulation of several benzylisoquinoline alkaloid biosynthetic genes, and by the subcellular compartmentation of biosynthetic enzymes and the intracellular localization and trafficking of pathway intermediates. In this paper, we review our current understanding of the biochemistry, cell biology, and molecular regulation of benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis in plants. We also summarize our own research activities, especially those related to the establishment of protocols for the genetic transformation of benzylisoquinoline alkaloid-producing species, and the development of metabolic engineering strategies in these plants.
고온성이며 호알칼리성인 Bacillus sp. TA-11이 생성하는 Invertase의 생합성 조절 기작을 규명하고자 먼저 이들의 유도와 억제에 관하여 검토하였다. Invertase는 10mM sucrose을 함유한 생합성 조절배지에서 3시간에 효율적으로 유도되었고 glucose는 sucrose에 의한 invertase 유도를 inducer exclusion 방식으로 억제시켰다. CAMP의 첨가로 glucose에 의한 catabolic repression이 다소 줄어들었다.
한국미생물생명공학회 2001년도 Proceedings of 2001 International Symposium
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pp.165-168
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2001
Regulation of pyrimidine nucleotide synthesis has been studied extensively in enteric bacteria and Bacillus species. Varieties of control modes have been proposed for regulation of pyrimidine nucleotide biosynthetic (pyr) genes. In Bacillus caldolyticus and B. subtilis, it has been proved that pyrimidine de novo biosynthetic operon is controlled by a regulatory protein PyrR-mediated attenuation. Another Gram-positive bacteria including Enterococcus faecalis, Lactobacillus plantarum, and wctococcus lactis have been found to constitute a pyr gene cluster containing the pyrR gene. In addition, it has been proposed that the structure of the 5' leader region of the Gram-negative extreme thermophile Thermus strain Z05 pyr operon provides a novel mechanism of PyrR-dependent coupled transcription-translation attenuation. Bacterial genome sequencing projects have identified the PyrR homologues in Haemophilus influenzae, Synechocystis sp., Mycobacterium tuberculosis, Streptococcus pneumoniae, S. pyogenes, and Clostridium acetobutylicum, which are currently investigating for their physiological functions.
Physiological, biochemical and genetic studies of Corynebacterium glutamicum, a workhorse of white biotechnology used for amino acid production, led to a waste knowledge mainly about amino acid biosynthetic pathways and the central carbon metabolism of this bacterium. Spurred by the availability of the genome sequence and of genome-based experimental methods such as DNA microarray analysis, research on genetic regulation came into focus. Recent progress on mechanisms of genetic regulation of the carbon, nitrogen, sulfur and phosphorus metabolism in C. glutamicum will be discussed.
Bacillus subtilis의 pyrimidine biosynthetic (pyr) operon은 UMP의 de nove 생합성에 관여하는 enzyme들을 encode할 뿐만 아니라, 조절단백질인 PyrR도 encode한다. PyrR은 pyr mRNA-binding 조절 기능과 uracil phosphoribosyltransferase activity를 동시에 가지는 bifunctional 단백질이다. 본 연구에서는 Proteomic analysis를 이용하여 Uracil - 환경에서 DB104${\Delta}$pyrR의 단백질 패턴을 분석하여 단백질 레벨에서 PyrR 단백질의 실질적인 조절 양상을 관찰하였다. 두 균주의 세포질 단백질은 다양한 발현의 차이를 보였으며, Silver 염색된 2D-gel의 pI 4~10 사이에서는 1,300여개의 단백질이 검출되었으며, 단백질 발현 차이를 보이는 172개의 spot 중에서 42개의 단백질이 identification 되었다. 그 결과 pyr operon의 단백질(PyrAa, PyrAb, PyrB, PyrC, PyrD, and PyrF)이 모두 Up regulation이 이루어지고 있음을 확인할 수 있었으며, 이것은 단백질 레벨에서 Pyrimidine 생합성 과정이 PyrR에 의해서 정확히 Regulation 되어짐을 확인할 수 있었다. 또한 Pyrimidine 생합성의 Up regulation과 Down regulation 상태의 단백질의 패턴 양상도 분석할 수 있게 되었다. Pyrimidine의 생합성 과정은 DNA를 구성하는 기본적인 구성 요소를 생산하는 과정으로서 여러가지 Metabolism 가운데 중요한 위치를 차지하고 있다. 만약 Pyrimidine의 생합성 과정이 Over- expression된다면 다른 Metabolism의 균형에도 변화가 올 것이다. Proteomics Analysis에 이용한 DB104${\Delta}$pyrR 균주는 Pyrimidine 생합성의 조절에 관여하는 PyrR knock out 균주로서 Uracil - 환경에서는 전체적인 Pyrimidine 생합성 조절이 Up regulation이 되어지므로 Up regulation 동안 어떤 Metabolism에 영향을 주는지 관찰을 할 수 있게 되었다. 특히 Amino Acid Metabolism에 관계있는 단백질의 Up regulation이 이루어짐을 관찰할 수 있었으며 이것은 현재 각광을 받고 있는 단백질 산업에 응용함으로써 산업적으로 많은 기대를 할 수 있을 것으로 예상되어진다.
The 3-Deoxy-D-arabinoheptulosonate 7-phosphate (DAHP) synthase is the first enzyme of aromatic amino acid-, folic acid-, and phenazine-1-carboxylic acid biosynthetic pathways. DAHP synthase of Bacillus sp. B-6 that produces phenazine-1-carboxylic acid was feedback inhibited by two intermediary metabolites of aromatic amino acid biosynthetic pathways, prephenate and chorismate, but not by other metabolites, such as anthranilic acid, shikimic acid, p-aminobenzoic acid, and 3-hydroxyanthranilic acid. DAHP synthase of Bacillus sp. B-6 was not inhibited by end products, such as aromatic amino acids, folic acid, and phenazine-1-carboxylic acid. The inhibition of DAHP synthase by prephenate and chorismate was non-competitive with respect to erythrose 4-phosphate and phosphoenolpyruvate. Prephenate and chorismate inhibited 50% of the DAHP synthase activity at concentrations of $2{\times}10^{-5}\;M$ and $1.2{\times}10^{-4}\;M$, respectively The synthesis of DAHP synthase of Bacillus sp. B-6 was not repressed by exogenous aromatic amino acids, folic acid, and phenazine 1-carboxylic acid, single or in combinations.
Unicellular green algae of the genus Haematococcus have been studied extensively as model organisms for secondary carotenoid accumulation. Upon environmental stress, such as strong irradiance or nitrogen deficiency, unicellular green algae of the genus Haematococcus accumulate secondary carotenoids in vesicles in the cytosol. Because secondary carotenoid accumulation occurs only upon specific environmental stimuli, there is speculation about the regulation of the biosynthetic pathway specific for secondary carotenogenesis. Because the carotenoid biosynthesis pathway is located both in the chloroplast and the cytosol, communication between both cellular compartments must be considered. Recently, the induction and regulation of astaxanthin biosynthesis in microalgae received considerable attention because of the increasing use of this secondary carotenoid as a source of pigmentation for fish aquaculture, as a component in cancer prevention, and as a free-radical quencher. This review summarizes the biosynthesis and regulation of the pathway, as well as the biotechnology of astaxanthin production in Haematococcus.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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