Kim, Kangmin;Jang, Ye-Jin;Lee, Sang-Myeong;Oh, Byung-Taek;Chae, Jong-Chan;Lee, Kui-Jae
Molecules and Cells
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v.37
no.2
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pp.109-117
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2014
Microbiota in the niches of the rhizosphere zones can affect plant growth and responses to environmental stress conditions via mutualistic interactions with host plants. Specifically, some beneficial bacteria, collectively referred to as Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPRs), increase plant biomass and innate immunity potential. Here, we report that Enterobacter sp. EJ01, a bacterium isolated from sea china pink (Dianthus japonicus thunb) in reclaimed land of Gyehwa-do in Korea, improved the vegetative growth and alleviated salt stress in tomato and Arabidopsis. EJ01 was capable of producing 1-aminocy-clopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase and also exhibited indole-3-acetic acid (IAA) production. The isolate EJ01 conferred increases in fresh weight, dry weight, and plant height of tomato and Arabidopsis under both normal and high salinity conditions. At the molecular level, short-term treatment with EJ01 increased the expression of salt stress responsive genes such as DREB2b, RD29A, RD29B, and RAB18 in Arabidopsis. The expression of proline biosynthetic genes (i.e. P5CS1 and P5CS2) and of genes related to priming processes (i.e. MPK3 and MPK6) were also up-regulated. In addition, reactive oxygen species scavenging activities were enhanced in tomatoes treated with EJ01 in stressed conditions. GFP-tagged EJ01 displayed colonization in the rhizosphere and endosphere in the roots of Arabidopsis. In conclusion, the newly isolated Enterobacter sp. EJ01 is a likely PGPR and alleviates salt stress in host plants through multiple mechanisms, including the rapid up-regulation of conserved plant salt stress responsive signaling pathways.
Fumonisins are a group of mycotoxins produced by a pathogen Fusarium verticillioides in infected maize kernels. Consumption of fumonisin-contaminated maize has been implicated in a number of animal and human illnesses, including esophageal cancer and neural tube defects. Since the initial discovery, chemistry, toxicology, and biology of fumonisins as well as the maize-Fusarium pathosystem have been extensively studied. Furthermore, in the past decade, significant progress has been made in terms of understanding the molecular biology of toxin biosynthetic genes. However, there is a critical gap in our understanding of the regulatory mechanisms involved in fumonisin biosynthesis. Here, we review and discuss our current knowledge about the molecular mechanisms by which fumonisin biosynthesis is regulated in F. verticillioides. In addition, we discuss the impact of maize kernel environment, particularly sugar and lipid molecules, on fumonisin biosynthesis.
Kim, Jinwoo;Kim, Suhyun;Yongsung Kang;Jang, Ji-Youn;Kim, Jung-Gun;Lim, Jae-Yoon;Kim, Minkyun;Ingyu Hwang
Proceedings of the Korean Society of Plant Pathology Conference
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2003.10a
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pp.66.1-66
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2003
The aim of this study was to characterize the interactions of rice and Burkholderia glumae, a causal agent of bacterial grain rot of rice, at molecular levels using whole genomic sequences and to identify genes important for pathogenicity and symptom development. To do these, we sequenced whole genome of the bacterium and constructed cosmid clone profiles. We generated pools of mutants using various transposons and determined mutation sites by sequencing rescued plasmids. We focused on studying toxoflavin biosynthetic genes, quorum sensing regulation, and Hrp type III protein secretion systems. We found that two possible operons consisting of five genes are involved in toxoflavin biosynthesis and their expression is regulated by quorum sensing and LysR-type regulator, ToxR. We have isolated the nn PAI of B. glumae and characterized by mutational analyses. The hrp cluster resembled most the putative Type III secretion systems of B. pseudomallei, which is the causative agent of melioidosis, a serious disease of man and animals. The Hrp PAI core region showed high similarity to that of Ralstonia solanacearum and Xanthomonas campestris, however some aspects were dissimilar.
Park, Mee-Sun;Park, Soon-Young;Kim, Sung-Jin;Min, Kyung-Hee
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.17
no.6
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pp.552-555
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1989
A 150-fold purified preparation of NADPH-specific glutamate dehydrogenase of Corynebacterium glutamicum (1) was used for the determination of kinetic parameters of the substrates, NADPH, NH$_4$Cl, and $\alpha$-ketoglutarate in the direction of glutamate synthesis. The kinetic constants determined from this study suggest a biosynthetic role for the enzyme, Based on the analysis of the result derived from initial velocity, the reaction mechanism was postulated to be ordered addition with NADPH as a first substrate to bind in the forward direction. Of the several metabolites tested for a possible function in the regulation of glutamate dehydrogenase activity, only malate and citrate were appeared to have an appreciable influence on the enzyme, Potassium chloride showed to be the most effective for the enzyme activity.
Anthocyanin synthesis in strawberry (Fragaria x ananassa cv Maehyang) begins approximately 26 days postflowering and continued throughout fruit ripening. A set of cDNA clones encoding the anthocyanin biosynthetic enzymes were isolated from strawberry. A pair of primers were designed for polymerase chain reaction (PCR) through the comparison of the nucleotide sequences of homologous genes from diverse plants. Reverse transcriptase-PCRs were performed using cDNA synthesized from ripe fruit total RNA and the primers corresponding to each gene. Eight genes of the anthocyanin pathway were cloned and confirmed by sequencing to code for phenylalanine ammonia lyase (PAL), 4-cummarate CoA ligase (4CL), chalcone synthase (CHS), chalcone isomerase (CHI), flavanone-3-hydroxylase (F3H), dihydroflavonol 4-reductase (DFR), anthocyanidine synthase (ANS), UDP-glucose:flavonoid-3-O-glucosyl-transferase (UFGT). Northern analyses showed that the corresponding genes were differentially expressed during the fruit development process. All genes except PAL were predominantly expressed in fruit. Expression of PAL, DFR and ANS was detected 10 days postflowering at the early stage of fruit development, declined for a while and sharply increased 22 days postflowering then showed a peak 34 days postflowering. The other genes, however, were not expressed up to 22 or 30 days postflowering when the initial fruit ripening events occur at the time of initiation of anthocyanin accumulation. The onset of anthocyanin synthesis in ripening strawberry coincides with a coordinated induction of the anthocyanin pathway genes, suggesting the involvement of regulatory genes. We propose that at least two different regulatory mechanisms playa role in the biosynthesis of anthocyanin during color development of strawberry.
Kim, Doc-Kyu;Kim, Ji-Hyun F.;Yim, Joung-Han;Kwon, Soon-Kyeong;Lee, Choong-Hwan;Lee, Hong-Kum
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.18
no.10
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pp.1621-1629
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2008
Harmful algal blooms (HABs), commonly called red tides, are caused by some toxic phytoplanktons, and have made massive economic losses as well as marine environmental disturbances. As an effective and environment-friendly strategy to control HAB outbreaks, biological methods using marine bacteria capable of killing the harmful algae or algicidal extracellular compounds from them have been given attention. A new member of the $\gamma$-Proteobacteria, Hahella chejuensis KCTC 2396, was originally isolated from the Korean seashore for its ability to secrete industrially useful polysaccharides, and was characterized to produce a red pigment. This pigment later was identified as an alkaloid compound, prodigiosin. During the past several decades, prodigiosin has been extensively studied for its medical potential as immunosuppressants and antitumor agents, owing to its antibiotic and cytotoxic activities. The lytic activity of this marvelous molecule against Cochlodinium polykrikoides cells at very low concentrations ($\sim$l ppb) was serendipitously detected, making H. chejuensis a strong candidate among the biological agents for HAB control. This review provides a brief overview of algicidal marine bacteria and their products, and describes in detail the algicidal characteristics, biosynthetic process, and genetic regulation of prodigiosin as a model among the compounds active against red-tide organisms from the biochemical and genetic viewpoints.
Gene expression profiling is a useful tool for identifying critical genes and pathways in metabolism. The objective of this study was to determine the major differences in the expression of genes associated with metabolism and metabolic regulation in liver and mammary tissues of lactating cows. We used the Michigan State University bovine metabolism (BMET) microarray; previously, we have designed a bovine metabolism-focused microarray containing known genes of metabolic interest using publicly available genomic internet database resources. This is a high-density array of 70mer oligonucleotides representing 2,349 bovine genes. The expression of 922 genes was different at p<0.05, and 398 genes (17%) were differentially expressed by two-fold or more with 222 higher in liver and 176 higher in mammary tissue. Gene ontology categories with a high percentage of genes more highly expressed in liver than mammary tissues included carbohydrate metabolism (glycolysis, glucoenogenesis, propanoate metabolism, butanoate metabolism, electron carrier and donor activity), lipid metabolism (fatty acid oxidation, chylomicron/lipid transport, bile acid metabolism, cholesterol metabolism, steroid metabolism, ketone body formation), and amino acid/nitrogen metabolism (amino acid biosynthetic process, amino acid catabolic process, urea cycle, and glutathione metabolic process). Categories with more genes highly expressed in mammary than liver tissue included amino acid and sugar transporters and MAPK, Wnt, and JAK-STAT signaling pathways. Real-time PCR analysis showed consistent results with those of microarray analysis for all 12 genes tested. In conclusion, microarray analyses clearly identified differential gene expression profiles between hepatic and mammary tissues that are consistent with the differences in metabolism of these two tissues. This study enables understanding of the molecular basis of metabolic adaptation of the liver and mammary gland during lactation in bovine species.
The HIS5 gene of Saccharomyces cerevisiae host was encoded histidinol phosphate aminotransferase(E.C.: 2.6. 1.9). The HIS5 gene of Saccharomyces cerevisiae was cloned on plasmid pSH 530. This gene mighted be transcripted from a promoter of yeast gene both in E. coli and yeast hosts. We have determined the nucleotide sequence of the yeast HIS5 gene and its 5' and 3' flanking sequences. There are no large differences between the relative levels of HIS5 mRNA molecules with different 5' termini in represent and derepressed cell. In the DNA sequence upstream from the 5' termini of HIS5 mRNA we have found live closely related copies of a 9 base pair sequence. The sequence is also repeated in the 5' noncoding regions of HIS1, HIS3, HIS4, HIS5 and TRP5. Closely related sequence are not found flanking repeat sequence plays a role in the regulation of amino acid biosynthetic genes subject to the general amino acid control.
Kim, Dea-Wook;Shibato, Junko;Agrawal, Ganesh Kumar;Fujihara, Shinsuke;Iwahashi, Hitoshi;Kim, Du Hyun;Shim, Ie-Sung;Rakwal, Randeep
Molecules and Cells
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v.24
no.1
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pp.45-59
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2007
We describe the gene expression profile of third leaves of rice (cv. Nipponbare) seedlings subjected to salt stress (130 mM NaCl). Transcripts of Mn-SOD, Cu/Zn-SOD, cytosolic and stromal APX, GR and CatB were up-regulated, whereas expression of thylakoid-bound APX and CatA were down-regulated. The levels of the compatible solute proline and of transcripts of its biosynthetic gene, ${\Delta}^1$-pyrroline-5-carboxylate synthetase (P5CS), were strongly increased by salt stress. Interestingly, a potential compatible solute, ${\gamma}$-aminobutyric acid (GABA), was also found to be strongly induced by salt stress along with marked up-regulation of transcripts of GABA-transaminase. A dye-swap rice DNA microarray analysis identified a large number of genes whose expression in third leaves was altered by salt stress. Among 149 genes whose expression was altered at all the times assayed (3, 4 and 6 days) during salt stress, there were 47 annotated novel genes and 76 unknown genes. These results provide new insight into the effect of salt stress on the expression of genes related to antioxidant enzymes, proline and GABA as well as of genes in several functional categories.
Proceedings of the Microbiological Society of Korea Conference
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2002.10a
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pp.68-72
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2002
While the biosynthetic gene cluster encoding the pigmented antibiotic actinorhodin is present in the two closely related bacterial species, Streptomyces lividans and Streptomyces coelicolor, it normally is expressed only in S. coelicolor---generating the deep blue colonies responsible for the S. coelicolor name. However, multiple copies of the afsR2 gene, which activates actinorhodin synthesis, result in the ability of S. lividansto also synthesize large amounts of actinorhodin. Here we report that the phenotypic property that historicially distinguishes these two Streptomycesspecies is determined conditionally by the carbon source used for culture. Whereas growth on glucose repressed actinorhodin production in S. lividans, culture on solid media containing glycerol as the sole carbon source dramatically increased the expression of afsR2 mRNA---leading to extensive actinorhodin synthesis by S. lividansand obliterating its phenotypic distinction from S. coelicolor. afsR2 transcription under these conditions was developmentally regulated, rising sharply at the time of aerial mycelium formation and coinciding temporally with the onset of actinorhodin production. Our results, which identify media-dependent parallel pathways that regulate actinorhodin synthesis in S. lividans, demonstrate carbon source control of actinorhodin production through the regulation of afsR2 mRNA synthesis. The nucleotide sequences of afsR2 revealed two putative important domains; the domain containing direct repeats in the middle and the domain homologous to sigma factor sequence in the C-terminal end. In this work, we constructed various sized afsR2-derivatives and compared the actinorhodin stimulating effects in S. lividans TK21. The experimental data indicate that the domain homologous to sigma factor sequence in the C-terminal end of afsR2 plays a critical role as an antibiotic stimulating function. In addition, we also observed that the single copy integration of afsR2 regulatory gene into S. lividans TK21 chromosome significantly activates antibiotic overproduction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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