Proceedings of the Korean Society of Life Science Conference
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2003.10a
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pp.14-27
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2003
The genomes of Arabidopsis and rice have been fully sequenced. Genomic sequencing provides global information about genome structure and organization. A comprehensive research account of our recent studies conducted on genome painting, comparative genomics and genome fusion is provided in order to project the prospects of plant cytogenetic research in post-genomics era. Genome analysis by GISH using genome painting is demonstrated as an excellent means suitable for visualization of a whole genome, since total genomic DNA representing the overall molecular composition of the genome is used as a probe. FISH on extended DNA fibers has been developed for high-resolution FISH and has contributed to determining the copy number and order of genes. We have also mapped a number of genes involving starch synthesis on wheat chromosomes by FISH and compared the position of these genes on linkage map of rice. Macro synteny between wheat and rice can be observed by comparing the location of these genes in spite of the fact that the size of DNA per chromosome differs by 20 fold in two. Moreover, to approach our goal towards making bread and udon noodles from rice flour in future by incorporating bread making and the noodle qualifies in rice, we have been successful in introducing large genomic DNA fragments containing agronomically important genes of wheat into a rice by successive introduction of large insert BAC clones, there by expanding genetic variability in rice. We call this method genome fusion.
Solanum berthaultii is one of the wild diploid Solanum species, which is an excellent resource in potato breeding owing to its resistance to several important pathogens. On the other hand, sexual hybridization between S. berthaultii and S. tuberosum (potato) is limited because of their sexual incompatibility. Therefore, cell fusion can be used to introgress various novel traits from this wild species into the cultivated potatoes. After cell fusion, it is crucial to identify fusion products with the aid of molecular markers. In this study, the chloroplast genome sequence of S. berthaultii obtained by next-generation sequencing technology was described and compared with those of five other Solanum species to develop S. berthaultii specific markers. A total sequence length of the chloroplast genome is 155,533 bp. The structural organization of the chloroplast genome is similar to those of the five other Solanum species. Phylogenic analysis with 25 other Solanaceae species revealed that S. berthaultii is most closely located with S. tuberosum. Additional comparison of the chloroplast genome sequence with those of the five Solanum species revealed 25 SNPs specific to S. berthaultii. Based on these SNPs, six PCR-based markers for differentiating S. berthaultii from other Solanum species were developed. These markers will facilitate the selection of fusion products and accelerate potato breeding using S. berthaultii.
Novel and specific recognition elements are of central importance in the development of a pathogen detection method. Here, we describe a simple method for identifying the cell-wall binding domain (CBD) from a sequenced bacterial genome employing homology search for phage lysin genes. A putative CBD (CPF369_CBD) was identified from a genome of Clostridium perfringens type strain ATCC 13124, and its function was studied with the CBD-GFP fusion protein recombinantly expressed in Escherichia coli. Fluorescence microscopy showed the specific binding of the fusion protein to C. perfringens cells, which demonstrates the potential of this method for the identification of novel bioprobes for specific detection of pathogenic bacteria.
To improve yeast strains for bioethanol production, yeasts with ethanol tolerance, thermotolerance, and ${\beta}$-1,3-glucanase activity were bred using yeast genome shuffling. Saccharomyces cerevisiae $BY4742{\Delta}exg1$/pAInu-exgA, which has extracellular ${\beta}$-1,3-glucanase activity, and the Aspergillus oryzae and S. cerevisiae YKY020 strains, which exhibit ethanol tolerance and thermotolerance, were fused by yeast protoplast fusion. Following cell fusion, four candidate cells (No. 3, 9, 11, and 12 strains) showing thermotolerance at $40^{\circ}C$ were selected, and their ethanol tolerance (7% ethanol concentration) and ${\beta}$-1,3-glucanase activity were subsequently analyzed. All the phenotypes of the two parent cells were simultaneously expressed in one (No. 11) of the four candidate cells, and this strain was called BYK-F11. The BYK-F11 fused cell showed enhanced cell growth, ethanol tolerance, ${\beta}$-1,3-glucanase activity, and ethanol productivity compared with the $BY4742{\Delta}exg1$/pAInu-exgA and YKY020 strains. The results prove that a new yeast strain with different characters and the same mating type can be easily bred by protoplast fusion of yeasts.
Two Monascus purpureus genomes lack the monacolin K biosynthesis locus (mok), while Monascus species are generally assumed to be monacolin K producers. These M. purpureus harbor a fusion of mokA and mokB orthologues. This finding suggests that an ancestral mok locus underwent a deletion event in the M. purpureus genome.
Identification of fusion gene is of prominent importance in cancer research field because of their potential as carcinogenic drivers. RNA sequencing (RNA-Seq) data have been the most useful source for identification of fusion transcripts. Although a number of algorithms have been developed thus far, most programs produce too many false-positives, thus making experimental confirmation almost impossible. We still lack a reliable program that achieves high precision with reasonable recall rate. Here, we present FusionScan, a highly optimized tool for predicting fusion transcripts from RNA-Seq data. We specifically search for split reads composed of intact exons at the fusion boundaries. Using 269 known fusion cases as the reference, we have implemented various mapping and filtering strategies to remove false-positives without discarding genuine fusions. In the performance test using three cell line datasets with validated fusion cases (NCI-H660, K562, and MCF-7), FusionScan outperformed other existing programs by a considerable margin, achieving the precision and recall rates of 60% and 79%, respectively. Simulation test also demonstrated that FusionScan recovered most of true positives without producing an overwhelming number of false-positives regardless of sequencing depth and read length. The computation time was comparable to other leading tools. We also provide several curative means to help users investigate the details of fusion candidates easily. We believe that FusionScan would be a reliable, efficient and convenient program for detecting fusion transcripts that meet the requirements in the clinical and experimental community. FusionScan is freely available at http://fusionscan.ewha.ac.kr/.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.16
no.2
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pp.87-92
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2008
Bombyx mori nucleopolyhedrovirus (BmNPV) orf47 gene was characterized for the first time. The coding sequence of Bm47 was amplified and subcloned into the prokaryotic expression vector pET-30a(+) in order to produce His-tagged fusion protein in the BL21 (DE3) cells. The His-Bm47 fusion protein was expressed efficiently after induction with IPTG. The purified fusion protein was used to immunize New Zealand white rabbits to prepare polyclonal antibody. As the genome of BmNPV is available in GenBank and the EST database of BmNPV is expanding, identification of novel genes of BmNPV was conceivable by data-mining techniques and bioinformatics tools. Structural bioinformatics approach to analyze the properties of Bm47 encodes protein.
Solanum stoloniferum, one of the wild tetraploid Solanum species belonging to the Solanaceae family, is an excellent resource for potato breeding owing to its resistance to several important pathogens. However, the sexual hybridization of S. stoloniferum with S. tuberosum (potato) is hampered due to the sexual incompatibility between the two species. To overcome this and introgress the various novel traits of S. stoloniferum in cultivated potatoes, cell fusion can be performed. The identification of the fusion products is crucial and can be achieved with the aid of molecular markers. In this study, the chloroplast genome sequence of S. stoloniferum was obtained by next-generation sequencing technology, and compared with that of six other Solanum species to identify S. stoloniferum-specific molecular markers. The length of the complete chloroplast genome of S. stoloniferum was found to be 155,567 bp. The structural organization of the chloroplast genome of S. stoloniferum was similar to that of the six other Solanum species studied. Phylogenetic analysis of S. stoloniferum with nine other Solanaceae family members revealed that S. stoloniferum was most closely related to S. berthaultii. Additional comparison of the complete chloroplast genome sequence of S. stoloniferum with that of five Solanum species revealed the presence of six InDels and 39 SNPs specific to S. stoloniferum. Based on these InDels and SNPs, four PCR-based markers were developed to differentiate S. stoloniferum from other Solanum species. These markers will facilitate the selection of fusion products and accelerate potato breeding using S. stoloniferum.
WRKY family proteins are a class of plant-specific transcription factors involved in stress response signaling pathways. In this study a gene encoding a putative WRKY protein was isolated from a pepper EST database (http://genepool.kribb.re.kr). The cDNA, named Capsicum annuum WRKY2 (CaWRKY2), encodes a putative polypeptide of 548 amino acids, containing two WRKY domains with zinc finger motifs and two potential nuclear localization signals. Northern blot analyses showed that CaWRKY2 mRNA was preferentially induced during incompatible interactions of pepper plants with PMMoV, Pseudomonas syringae pv. syringae 61, and Xanthomonas axonopodis pv. vesicatoria race 3. Furthermore, CaWRKY2 transcripts were strongly induced by wounding and ethephon treatment, whereas only moderate expression was detected following treatment with salicylic acid and jasmonic acid. CaWRKY2 was translocated to the nucleus when a CaWRKY2-smGFP fusion construct was expressed in onion epidermal cells. CaWRKY2 also had transcriptional activation activity in yeast. Taken together our data suggest that CaWRKY2 is a pathogen-inducible transcription factor that may have a role in early defense responses to biotic and abiotic stresses.
To construct useful yeast strain for bioethanol production, we improved yeast harboring various phenotypes by using yeast protoplast fusion method. In this study, S. cerevisiae BYK-F11 strain which have ethanol tolerance, thermotolerance and ${\beta}-glucanase$ activity and P. $stipitis{\Delta}ura$ strain which has xylose metabolism pathway were fused by genome shuffling. P. $stipitis{\Delta}ura$ strain was constructed for protoplast fusion by URA3 gene disruption, resulting in uracil auxotroph. By protoplast fusion, several fused cells were selected and BYKPS-F8 strain (fused cell) showing both karyotypes from two parent strains (S. cerevisiae BYK-F11 and P. $stipitis{\Delta}ura$ strain) among 22 fused cells was finally selected. Sequentially, various phenotypes such as ${\beta}-glucanase$ activity, xylose utility, ethanol tolerance, thermotolerance and ethanol productivity were analyzed. The BYKPS-F8 strain obtained ${\beta}-glucanase$ activity from BYK-F11 strain and 1.2 fold increased xylose utility from P. $stipitis{\Delta}ura$ strain. Also, the BYKPS-F8 strain showed thermotolerance at $40^{\circ}C$ and increased ethanol tolerance in medium containing 8% ethanol. In this fused cell, 7.5 g/l ethanol from 20 g/l xylose was produced and the multiple phenotypes were stably remained during long term cultivation (260 hr). It was proved that novel biological system (yeast strains) is easily and efficiently bred by protoplast fusion among yeasts having different genus.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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