Rumen microbiology research has undergone several evolutionary steps: the isolation and nutritional characterization of readily cultivated microbes; followed by the cloning and sequence analysis of individual genes relevant to key digestive processes; through to the use of small subunit ribosomal RNA (SSU rRNA) sequences for a cultivation-independent examination of microbial diversity. Our knowledge of rumen microbiology has expanded as a result, but the translation of this information into productive alterations of ruminal function has been rather limited. For instance, the cloning and characterization of cellulase genes in Escherichia coli has yielded some valuable information about this complex enzyme system in ruminal bacteria. SSU rRNA analyses have also confirmed that a considerable amount of the microbial diversity in the rumen is not represented in existing culture collections. However, we still have little idea of whether the key, and potentially rate-limiting, gene products and (or) microbial interactions have been identified. Technologies allowing high throughput nucleotide and protein sequence analysis have led to the emergence of two new fields of investigation, genomics and proteomics. Both disciplines can be further subdivided into functional and comparative lines of investigation. The massive accumulation of microbial DNA and protein sequence data, including complete genome sequences, is revolutionizing the way we examine microbial physiology and diversity. We describe here some examples of our use of genomics- and proteomics-based methods, to analyze the cellulase system of Ruminococcus flavefaciens FD-1 and explore the genome of Ruminococcus albus 8. At Illinois, we are using bacterial artificial chromosome (BAC) vectors to create libraries containing large (>75 kbases), contiguous segments of DNA from R. flavefaciens FD-1. Considering that every bacterium is not a candidate for whole genome sequencing, BAC libraries offer an attractive, alternative method to perform physical and functional analyses of a bacterium's genome. Our first plan is to use these BAC clones to determine whether or not cellulases and accessory genes in R. flavefaciens exist in clusters of orthologous genes (COGs). Proteomics is also being used to complement the BAC library/DNA sequencing approach. Proteins differentially expressed in response to carbon source are being identified by 2-D SDS-PAGE, followed by in-gel-digests and peptide mass mapping by MALDI-TOF Mass Spectrometry, as well as peptide sequencing by Edman degradation. At Ohio State, we have used a combination of functional proteomics, mutational analysis and differential display RT-PCR to obtain evidence suggesting that in addition to a cellulosome-like mechanism, R. albus 8 possesses other mechanisms for adhesion to plant surfaces. Genome walking on either side of these differentially expressed transcripts has also resulted in two interesting observations: i) a relatively large number of genes with no matches in the current databases and; ii) the identification of genes with a high level of sequence identity to those identified, until now, in the archaebacteria. Genomics and proteomics will also accelerate our understanding of microbial interactions, and allow a greater degree of in situ analyses in the future. The challenge is to utilize genomics and proteomics to improve our fundamental understanding of microbial physiology, diversity and ecology, and overcome constraints to ruminal function.
Kim, Kyung-Woon;Kim, Kyoung-Sook;Kim, Cheorl-Ho;Kim, June-Ki;Lee, Young-Choon
BMB Reports
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v.32
no.4
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pp.409-413
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1999
The cDNA encoding CMP-NeuAc:lactosylceramide ${\alpha}2$,3-sialyltransferase (GM3 synthase) was isolated from a human fetal brain cDNA library using sequence information obtained from amino acid sequences found in the conserved regions of the previously-cloned mouse GM3 synthase (mST3Gal V) and human sialyltransferases. The cDNA sequence included an open reading frame coding for 362 amino acids, and the primary structure of this enzyme predicted all the structural features characteristic of other sialyltransferases, including a type II membrane protein topology and both sialylmotifs. Comparative analysis of this cDNA with mST3Gal V showed 85% and 86% identity of the nucleotide and amino acid residues, respectively. The expression of this gene is highly restricted in both human fetal and adult tissues.
Metal pollution of aquatic ecosystems is a problem of economic and health importance. Information regarding molecular responses to metal exposure is sorely needed in order to identify potential biomarkers. To determine the effects of heavy metals on chironomids, the full-length cDNA of alcohol dehydrogenase (ADH3) from Chironomus riparius was determined through molecular cloning and rapid amplification of cDNA ends (RACE). The expression of ADH3 was analyzed under various cadmium and copper concentrations. A comparative and phylogenetic study among different orders of insects and vertebrates was carried out through analysis of sequence databases. The complete cDNA sequence of the ADH3 gene was 1134 bp in length. The sequence of C. riparius ADH3 shows a low degree of amino acid identity (around 70%) with homologous sequences in other insects. After exposure of C. riparius to various concentrations of copper, ADH3 gene expression significantly decreased within 1 hour. The ADH3 gene expression was also suppressed in C. riparius after cadmium exposure for 24 hour. However, the effect of cadmium on ADH3 gene expression was transient in C. riparius. The results show that the suppression of ADH3 gene by copper exposure could be used as a possible biomarker in aquatic environmental monitoring and imply differential toxicity to copper and cadmium in C. riparius larvae.
We have isolated and characterized Agrius convolvuli cDNA encoding a c-type lysozyme. The cDNA sequence encodes a processed protein of 139 amino acid residues with 19 amino acid residues amino-terminal signal sequence and 120 amino acid residues mature sequence. The amino acid residues responsible for the catalytic activity and the binding of the substrate are conserved. Agrius lysozyme has a high identity to Manduca sexta. Recombinant A. convolvuli lysozyme was expressed in Escherichia coli BL21(DE3) pLysS cells for pGEX 4T-1 expression vector. Their optimal conditions for the fusion protein expression and purification were screened. Lysozyme gene amplified with primers ACLyz BamHI and ACLyz XhoI was ligated into the pGEX 4T-1 vector, which contained the glutathione S-transferase(GST) gene for fusion partner. The fusion protein was induced by IPTG and identified by SDS-PAGE analysis. Molecular weight of the fusion protein was estimated to be about 45 kDa. Recombinant lysozyme, fused to GST, was purified by glutathion-Sepharose 4B affinity chromatography. Western blot analysis of this protein revealed an immunoreactivity with the anti-Agrius lysozyme.
We determined the nucleotide sequence of the URA3 gene encoding orotidine-5'-phosphate decarboxylase (OMPDCase) of the erythritol-producing osmotolerant yeast Candida magnoliae by degenerate polymerase chain reaction and genome walking. Sequence analysis revealed the presence of an uninterrupted open-reading frame of 795 bp, encoding a 264 amino acid residue protein with the highest identity to the OMPDCase of the yeast Kluyveromyces marxianus. Phylogenetic analysis of the deduced amino acid sequence revealed that it shared a high degree of identity with other yeast OMPDCase homologs. The cloned URA3 gene successfully complemented the ura3 null mutation in Saccharomyces cerevisiae, revealing that it encodes a functional OMPDCase in C. magnoliae. An enzyme activity assay and reverse transcription polymerase chain reaction indicated that the expression level of the C. magnoliae URA3 gene in S. cerevisiae was not as high as that of the S. cerevisiae URA3 gene. The GenBank accession number for C. magnoliae URA3 is JF521441.
The objective of this study is to develop the gene based sequence tagged site (STS) markers in wheat. The euchromatin enriched genomic library was constructed and the STS primer sets were designed using gene based DNA sequence. The euchromatin enriched genomic (EEG) DNA library in wheat was constructed using the $Mcr$A and $Mcr$BC system in $DH5{\alpha}$ cell. The 2,166 EEG colonies have been constructed by methylated DNA exclusion. Among the colonies, 606 colonies with the size between 400 and 1200 bp of PCR products were selected for sequencing. In order to develop the gene based STS primers, blast analysis comparing between wheat genetic information and rice genome sequence was employed. The 227 STS primers mainly matched on $Triticum$$aestivum$ (hexaploid), $Triticum$$turgidum$ (tetraploid), $Aegilops$ (diploid), and other plants. The polymorphisms were detected in PCR products after digestion with restriction enzymes. The eight STS markers that showed 32 polymorphisms in twelve wheat genotypes were developed using 227 STS primers. The STS primers analysis will be useful for generation of informative molecular markers in wheat. Development of gene based STS marker is to identify the genetic function through cloning of target gene and find the new allele of target trait.
Proceedings of the Korean Biophysical Society Conference
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2003.06a
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pp.53-53
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2003
Calumenin was previously identified as a high affinity Ca$\^$2+/ binding protein in mouse cardiac sarcoplasmic reticulum (SR). For the present study, a 48 kDa skeletal homologue of calumenin was identified by sucrose-density gradient of rabbit skeletal SR membranes, concanavalin A treatment, 2D-gel electrophoresis, $\^$45/Ca$\^$2+/ overlay, Stains-all staining, and MALDI-TOF analysis. We attempted to clone the skeletal calumenin by RT-PCR based on mouse cardiac and human calumenin sequences. The deduced amino acid sequence (315 residues) of the skeletal calumenin showed high identity to mouse cardiac calumenin (90%). As seen in the cardiac calumenin, the deduced sequence contains a 19 amino acid N-terminal signal sequence and a HDEF C-terminal sequence, a putative retrieval signal to ER. Also, the skeletal calumenin contains one N-glycosylation site, three PKC phosphorylation sites, eight casein kinase 2 phosphorylation sites, and 6 EF-hand domains. GST-calumenin showed a conformational change and increased mobility in the presence of Ca$\^$2+/ in SDS-PAGE. Three calumenin interacting proteins (ryanodine receptor 1, glycogen phosphorylase, and phosphofructo kinase) were identified by pull-down assay with GST-calumenin and solubilized SR. All the interactions were Ca$\^$2+/dependent. The present results suggest that calumenin plays an important role in Ca$\^$2+/ homeostasis of muscle cells.
The complete coding sequence of Wild Argali ISG15 cDNA was generated by rapid amplification of cDNA ends. The ISG15 cDNA was 642 bp with an open reading frame of 474 bp, which encoded a 17.47 kDa protein composed of 157 amino acids. Its amino acid sequence shared 97.9%, 80.8%, 91.4%, 94.3%, 78.3% identity with those of ISG15cDNA from Ovis aries (accession no. NM001009735.1), Capra hircus (accession no. HQ329186.1), Bos taurus (accession no. BC102318.1), Bubalus bubalis (accession no. HM543269.1), and Sus scrofa (accession no. EU647216.1), respectively. The entire coding sequence was inserted into the pET-28a vector and expressed in E. coli. The recombinant protein corresponded to the expected molecular mass of 25 kDa as judged by SDS-PAGE, and it was detected in the bacterial inclusion bodies. The expressed protein could be purified by $Ni^{2+}$ chelate affinity chromatography and the results from the lymphocyte proliferation test showed that the product could stimulate lymphocyte proliferation very well (p<0.05), which further confirmed its biological activity.
Kim, Jin-Sook;Lee, In-Soo;Lee, Seung-Won;Lee, Young-Phil;Jung, Chul-Ho;Kim, Hyung-Cheol;Choi, Soon-Yong
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.12
no.5
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pp.773-779
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2002
A gene (hap) encoding aminopeptidase from the chromosomal DNA of Bacillus licheniformis was cloned. The gene is 1,347 bp long and encodes a 449 amino acid preproprotein with a major mature region of 401 amino acids (calculated molecular mass 43,241 Da). N-Terminal sequence of the purified protein revealed a potential presence of N-terminal propeptide. The deduced primary amino acid sequence and the mass analysis of the purified protein suggested that a C-terminal peptide YSSVAQ was also cleaved off by a possible endogeneous protease. Tho amino acid sequence displayed 58% identity with that of the aminopeptidase from alkaliphilic Bacillus halodurans. This bacterial enzyme was overexpressed in recombinant Escherichia coli and Bacillus subtilis cells. Clones containing the intact hap gene, including its own promoter and signal sequence, gave rise to the synthesis of extracellular and thrmostable enzyme by B. subtilis transformants. The secreted protein exhibited the same biochemical properties and the similar apparent molecular mass as the B. lichenzyormis original enzyme.
Pseudomonas sp. S-47 is capable of catabolizing 4-chlorobenzoate (4CBA) as carbon and energy sources under aerobic conditions via the mesa-cleavage pathway. 4CBA-dioxygenase and 4CBA-dihydrodiol dehydrogenase (4CBA-DD) catalyzed the degradation af 4CBA to produce 4-chlorocatechol in the pathway. In this study, the xylL gene encoding 4CBA-DD was cloned from the chromosomal DNA of Pseudomonas sp. S-47 and its nucleotide sequence was analyzed. The xylL gene was found to be composed of 777 nucleotide pairs and to encode a polypeptide of 28 kDa with 258 amino acid residues. The deduced amino acid sequence of the dehydrogenase (XylL) from strain S-47 exhibited 98% and 60% homologies with these of the corresponding enzymes, Pseudomonas putida mt-2 (XyIL) and Acinetobacter calcoaceticus (BenD), respectively. However, the amino arid sequences show 30% or less homology with those of Pseudomonas putida (BnzE), Pseudomonas putida Fl (TodD), Pseudomonas pseudoalcaligenes KF707 (BphB), and Pseudomonas sp. C18 (NahB). Therefore, the 4CBA-dihydrodiol dehdrogenase of strain S-47 belongs to the group I dehydrogenase involved in the degradation of mono-aryls with a carboxyl group.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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