Bacillus velezensis strain WRN014 was isolated from banana fields in Hainan, China. Bacillus velezensis is an important member of the plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) which can enhance plant growth and control soil-borne disease. The complete genome of Bacillus velezensis WRN014 was sequenced by combining Illumina Hiseq 2500 system and Pacific Biosciences SMRT high-throughput sequencing technologies. Then, the genome of Bacillus velezensis WRN014, together with 45 other completed genome sequences of the Bacillus velezensis strains, were comparatively studied. The genome of Bacillus velezensis WRN014 was 4,063,541bp in length and contained 4,062 coding sequences, 9 genomic islands and 13 gene clusters. The results of comparative genomic analysis provide evidence that (i) The 46 Bacillus velezensis strains formed 2 obviously closely related clades in phylogenetic trees. (ii) The pangenome in this study is open and is increasing with the addition of new sequenced genomes. (iii) Analysis of single nucleotide polymorphisms (SNPs) revealed local diversification of the 46 Bacillus velezensis genomes. Surprisingly, SNPs were not evenly distributed throughout the whole genome. (iv) Analysis of gene clusters revealed that rich gene clusters spread over Bacillus velezensis strains and some gene clusters are conserved in different strains. This study reveals that the strain WRN014 and other Bacillus velezensis strains have potential to be used as PGPR and biopesticide.
Several genetic strategies have been proposed for the successful transformation and expression of microbial transgenes in model and crop plants. Here, we bring into focus the prominent applications of microbial transgenes in plants for the development of disease resistance; mitigation of stress conditions; augmentation of food quality; and use of plants as "bioreactors" for the production of recombinant proteins, industrially important enzymes, vaccines, antimicrobial compounds, and other valuable secondary metabolites. We discuss the applicable and cost-effective approaches of transgenesis in different plants, as well as the limitations thereof. We subsequently present the contemporary developments in targeted genome editing systems that have facilitated the process of genetic modification and manifested stable and consumer-friendly, genetically modified plants and their products. Finally, this article presents the different approaches and demonstrates the introduction and expression of microbial transgenes for the improvement of plant resistance to pathogens and abiotic stress conditions and the production of valuable compounds, together with the promising research progress in targeted genome editing technology. We include a special discussion on the highly efficient CRISPR-Cas system helpful in microbial transgene editing in plants.
The microbial diversity in soil ecosystems is higher than in any other microbial ecosystem. The majority of soil microorganisms has not been characterized, because the dominant members have not been readily culturable on standard cultivation media; therefore, the soil ecosystem is a great reservoir for the discovery of novel microbial enzymes and bioactivities. The soil metagenome, the collective microbial genome, could be cloned and sequenced directly from soils to search for novel microbial resources. This review summarizes the microbial diversity in soils and the efforts to search for microbial resources from the soil metagenome, with more emphasis on the potential of bioprospecting metagenomics and recent discoveries.
Molecular ecological studies of microbial communities revealed that only tiny fraction of total microorganisms in nature have been identified and characterized, because the majority of them have not been cultivated. A concept, metagenome, represents the total microbial genome in natural ecosystem consisting of genomes from both culturable microorganisms and viable but non-culturable bacteria. The construction and screening of metagenomic libraries in culturable bacteria constitute a valuable resource for obtaining novel microbial genes and products. Several novel enzymes and antibiotics have been identified from the metagenomic approaches in many different microbial communities. Phenotypic analysis of the introduced unknown genes in culturable bacteria could be an important way for functional genomics of unculturable bacteria. However, estimation of the number of clones required to uncover the microbial diversity from various environments has been almost impossible due to the enormous microbial diversity and various microbial population structure. Massive construction of metagenomic libraries and development of high throughput screening technology should be necessary to obtain valuable microbial resources. This paper presents the recent progress in metagenomic studies including our results and potential of metagenomics in plant pathology and agriculture.
In this paper, we have developed base-calling error detection program and algorithm which show the list of the genes or sequences that are suspected to contain base-calling errors. Those programs detect dubious bases in a few aspects in the process of microbial genome project. The first module detects base-calling error from the Phrap file by using contig assembly information. The second module analyzes frame shift mutation if it is originated from real mutation or artifact. Finally, in the case that there is control microbial genome annotation information, the third module extracts and shows the candidate base-calling error list by comparative genome analysis method.
A few bioinformatics tools have been used to find out conserved regions as probes. We have developed a system based on a heuristic method with web interfaces to find out conserved regions against microbial genomes. The system runs in real time by using relative entropy in limited narrow regions and detecting similar regions between pair regions with local alignment. The system could be useful to find out conserved regions as genome-wide scale.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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