Na, Hee Sam;Yu, Yeuni;Kim, Si Yeong;Lee, Jae-Hyung;Chung, Jin
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.48
no.4
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pp.574-581
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2020
Next generation sequencing is commonly used to characterize the microbiome structure. MiSeq is commonly used to analyze the microbiome due to its relatively long read length. However, recently, Illumina introduced the 250x2 chip for HiSeq 2500. The purpose of this study was to compare the performance of MiSeq and HiSeq in the context of oral microbiome samples. The MiSeq Reagent Kit V3 and the HiSeq Rapid SBS Kit V2 were used for MiSeq and HiSeq 2500 analyses, respectively. Total read count, read quality score, relative bacterial abundance, community diversity, and relative abundance correlation were analyzed. HiSeq produced significantly more read sequences and assigned taxa compared to MiSeq. Conversely, community diversity was similar in the context of MiSeq and HiSeq. However, depending on the relative abundance, the correlation between the two platforms differed. The correlation between HiSeq and MiSeq sequencing data for highly abundant taxa (> 2%), low abundant taxa (2-0.2%), and rare taxa (0.2% >) was 0.994, 0.860, and 0.416, respectively. Therefore, HiSeq 2500 may also be compatible for microbiome studies. Importantly, the HiSeq platform may allow a high-resolution massive parallel sequencing for the detection of rare taxa.
Breast cancer is one of the leading causes of cancer in women all over the world and accounts for ~25% of newly observed cancers in women. Epigenetic modifications influence differential expression of genes through non-coding RNA and play a crucial role in cancer regulation. In the present study, epigenetic regulation of gene expression by in-silico analysis of histone modifications using chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-Seq) has been carried out. Histone modification data of H3K4me3 from one normal-like and four breast cancer cell lines were used to predict miRNA expression at the promoter level. Predicted miRNA promoters (based on ChIP-Seq) were used as a probe to identify gene targets. Five triple-negative breast cancer (TNBC)-specific miRNAs (miR153-1, miR4767, miR4487, miR6720, and miR-LET7I) were identified and corresponding 13 gene targets were predicted. Eight miRNA promoter peaks were predicted to be differentially expressed in at least three breast cancer cell lines (miR4512, miR6791, miR330, miR3180-3, miR6080, miR5787, miR6733, and miR3613). A total of 44 gene targets were identified based on the 3'-untranslated regions of downregulated mRNA genes that contain putative binding targets to these eight miRNAs. These include 17 and 15 genes in luminal-A type and TNBC respectively, that have been reported to be associated with breast cancer regulation. Of the remaining 12 genes, seven (A4GALT, C2ORF74, HRCT1, ZC4H2, ZNF512, ZNF655, and ZNF608) show similar relative expression profiles in large patient samples and other breast cancer cell lines thereby giving insight into predicted role of H3K4me3 mediated gene regulation via the miRNA-mRNA axis.
Knowledge of the distribution and biodiversity of environmental bacteria and the ecosystem that influences them is crucial for predicting an ecosystem. However, bacterial culture methods can only analyze approximately 0.1% of the existing microorganisms, those that are readily cultured under laboratory conditions. By contrast, next-generation sequencing (NGS) has generally been known to obtain more diverse profiling of bacterial composition. We compared the bacterial communities using both a culture-dependent (MALDI-TOF) and culture-independent (NGS) methods. Environmental specimens were obtained from both freshwater and seawater. Water samples were also analyzed by both pyrosequencing and MiSeq sequencing, in order to select one NGS platform which could analyze comparatively more diverse microbiota. Bacterial distribution analyzed with MALDI-TOF showed no difference between the microbiota of freshwater and seawater, whereas the results analyzed with NGS distinguished between the two. The diversity indexes of MiSeq sequencing were higher than for Pyrosequencing. This indicated that MiSeq sequencing is capable of analyzing a comparatively wider diversity of bacteria. The genus of Flavobacterium and Planktophila were identified as being unique to freshwater, whereas EU801223 and OM43 were found in the seawater. Difference between the bacterial composition of the freshwater and seawater environments was identified by MiSeq sequencing analysis.
Recent sequencing technology development has revolutionized fields of microbial ecology. MiSeq-based microbial community analysis allows us to sequence more than a few hundred samples at a time, which is far more cost-effective than pyrosequencing. The approach, however, has not been preferably used owing to computational difficulties of processing huge amounts of data as well as known Illumina-derived artefact problems with amplicon sequencing. The choice of assembly software to take advantage of paired-end sequencing and methods to remove Illumina artefacts sequences are discussed. The protocol we suggest not only removed erroneous reads, but also dramatically reduced computational workload, which allows even a typical desktop computer to process a huge amount of sequence data generated with Illumina sequencers. We also developed a Web interface (http://biotech.jejunu.ac.kr/ ~abl/16s/) that allows users to conduct fastq-merging and mothur batch creation. The study presented here should provide technical advantages and supports in applying MiSeq-based microbial community analysis.
Xin, Li;Hao, Zhang;Yong, Wang;Yanyan, Li;Youli, Wang;Jiangjiang, Zhu;Yaqiu, Lin
Animal Bioscience
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v.36
no.1
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pp.144-155
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2023
Objective: Adipocyte differentiation is regulated by a variety of functional genes and noncoding RNAs. However, the role of miRNAs in lipid deposition of goat white adipose tissue is still unclear. Therefore, this study revealed the miRNA expression profile in goat subcutaneous adipocytes by sRNA-seq. Methods: The miRNA expressed in goat subcutaneous preadipocytes and the mature adipocytes were sequenced by sRNA-seq. The differentially expressed miRNAs (DEm) were screened and gene ontology (GO) and Kyoto encyclopedia for genes and genomes (KEGG) analyses were performed. Gain-of-function and loss-of-function combined with oil red O staining, Bodipy staining, and quantitative reverse-transcription polymerase chain reaction (qPCR) were utilized to determine the effect of miR-133a-3p on adipocyte differentiation. Results: A total of 218 DEm were screened out. The target genes of these DEm were significantly enriched in GO items such as biological regulation and in KEGG terms such as FAK signaling pathway and MAPK signaling pathway. qPCR verified that the expression trend of miRNA was consistent with miRNA-seq. The gain-of-function or loss-of-function of miR-133a-3p showed that it promoted or inhibited the accumulation of lipid droplets, and CCAAT enhancer binding protein α (C/EBPα) and C/EBPβ were extremely significantly up-regulated or down-regulated respectively (p<0.01), the loss-of-function also led to a significant down-regulation of peroxisome proliferator activated receptor gamma (PPARγ) (p<0.01). Conclusion: This study successfully identified miRNAs expression patterns in goat subcutaneous adipocytes, and functional identification indicates that miR-133a-3p is a positive regulator of the differentiation process of goat subcutaneous adipocytes. Our results lay the foundation for the molecular mechanism of lipid deposition in meat-source goats from the perspective of miRNA.
Objective: The present study explored the effects of grape seed procyanidin extract (GSPE) on rumen fermentation, methane production and archaeal communities in vitro. Methods: A completely randomized experiment was conducted with in vitro incubation in a control group (CON, no GSPE addition; n = 9) and the treatment group (GSPE, 1 mg/bottle GSPE, 2 g/kg dry matter; n = 9). The methane and volatile fatty acid concentrations were determined using gas chromatography. To explore methane inhibition after fermentation and the response of the ruminal microbiota to GSPE, archaeal 16S rRNA genes were sequenced by MiSeq high-throughput sequencing. Results: The results showed that supplementation with GSPE could significantly inhibit gas production and methane production. In addition, GSPE treatment significantly increased the proportion of propionate, while the acetate/propionate ratio was significantly decreased. At the genus level, the relative abundance of Methanomassiliicoccus was significantly increased, while the relative abundance of Methanobrevibacter decreased significantly in the GSPE group. Conclusion: In conclusion, GSPE is a plant extract that can reduce methane production by affecting the structures of archaeal communities, which was achieved by a substitution of Methanobrevibacter with Methanomassiliicoccus.
Diabetes and its related complications are associated with long term damage and failure of various organ systems. The microvascular complications of diabetes considered in this study are diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, and diabetic nephropathy. The aim is to identify the weighted co-expressed and differentially expressed genes (DEGs), major pathways, and their miRNA, transcription factors (TFs) and drugs interacting in all the three conditions. The primary goal is to identify vital DEGs in all the three conditions. The overlapped five genes (AKT1, NFKB1, MAPK3, PDPK1, and TNF) from the DEGs and the co-expressed genes were defined as key genes, which differentially expressed in all the three cases. Then the protein-protein interaction network and gene set linkage analysis (GSLA) of key genes was performed. GSLA, gene ontology, and pathway enrichment analysis of the key genes elucidates nine major pathways in diabetes. Subsequently, we constructed the miRNA-gene and transcription factor-gene regulatory network of the five gene of interest in the nine major pathways were studied. hsa-mir-34a-5p, a major miRNA that interacted with all the five genes. RELA, FOXO3, PDX1, and SREBF1 were the TFs interacting with the major five gene of interest. Finally, drug-gene interaction network elucidates five potential drugs to treat the genes of interest. This research reveals biomarker genes, miRNA, TFs, and therapeutic drugs in the key signaling pathways, which may help us, understand the processes of all three secondary microvascular problems and aid in disease detection and management.
An, Sung Min;Choi, Dong Han;Lee, Howon;Lee, Jung Ho;Noh, Jae Hoon
ALGAE
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v.33
no.2
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pp.167-180
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2018
Benthic diatoms are ubiquitous in tidal flats and play major roles in maintaining coastal ecosystems. Spatio-temporal variations in diatom diversity have not been well-studied, mainly because of difficulties in morphological identification and the lack of appropriate genetic tools. To overcome these problems, we used the gene encoding the ribulose bisphosphate carboxylase large-subunit (rbcL) as a molecular marker, and sequenced these genes with the aid of the MiSeq platform. In this manner, we explored the genetic diversity of benthic diatoms in tidal flats of Guenso Bay on the west coast of Korea; differences in the spatial distributions of benthic diatoms were evident. The diatom communities were dominated by Nitzschia, Navicula, and Amphora; their relative distributions were affected by the sand proportion, grain size, and air exposure time. Our results suggest that meta-barcoding of the rbcL gene and next-generation sequencing can be used to explore the diversity of benthic diatoms.
Several studies have reported the effect of absorption of procyanidins and their contribution to the small intestine. However, differences between dietary interventions of procyanidins and interventions via antibiotic feeding in pigs are rarely reported. Following 16S rRNA gene Illumina MiSeq sequencing, we observed that both procyanidin administration for 2 months (procyanidin-1 group) and continuous antibiotic feeding for 1 month followed by procyanidin for 1 month (procyanidin-2 group) increased the number of operational taxonomic units, as well as the Chao 1 and ACE indices, compared to those in pigs undergoing antibiotic administration for 2 months (antibiotic group). The genera Fibrobacter and Spirochaete were more abundant in the antibiotic group than in the procyanidin-1 and procyanidin-2 groups. Principal component analysis revealed clear separations among the three groups. Additionally, using the online Molecular Ecological Network Analyses pipeline, three co-occurrence networks were constructed; Lactobacillus was in a co-occurrence relationship with Trichococcus and Desulfovibrio and a co-exclusion relationship with Bacillus and Spharerochaeta. Furthermore, metabolic function analysis by phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states demonstrated modulation of pathways involved in the metabolism of carbohydrates, amino acids, energy, and nucleotides. These data suggest that procyanidin influences the gut microbiota and the intestinal metabolic function to produce beneficial effects on metabolic homeostasis.
In this study, the roots and rhizosphere soil of Abies koreana and Taxus cuspidata were collected from sites at two different altitudes on Mt. Halla. Ectomycorrhizal fungi (EMF) were identified by Illumina MiSeq sequencing. The proportion of EMF from the roots was 89% in A. koreana and 69% in T. cuspidata. Among EMF in rhizosphere soils, the genus Russula was the most abundant in roots of A. koreana (p < 0.05). The altitude did not affect the biodiversity of EMF communities but influenced fungal community composition. However, the host plants had the most significant effect on EMF communities. The result of the EMF community analysis showed that even if the EMF were isolated from the same altitudes, the EMF communities differed according to the host plant. The community similarity index of EMF in the roots of A. koreana was higher than that of T. cuspidata (p < 0.05). The results show that both altitude and host plants influenced the structure of EMF communities. Conifers inhabiting harsh sub-alpine environments rely strongly on symbiotic relationships with EMF. A. koreana is an endangered species with a higher host specificity of EMF and climate change vulnerability than T. cuspidata. This study provides insights into the EMF communities, which are symbionts of A. koreana, and our critical findings may be used to restore A. koreana.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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