• 제목/요약/키워드: molecular diversity

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Assessment of Phenolic Content, Saponin Content, and Antioxidant Activities in Gray, Red, and White Adzuki Bean Germplasm: A Multivariate Analysis

  • Kebede Taye Desta;Hyemyeong Yoon;Myoung-Jae Shin;Sukyeung Lee;Xiaohan Wang;Yu-Mi Choi;Young-ah Jeon;YoungKwang Ju;JungYoon Yi
    • 한국작물학회지
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    • 제68권3호
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    • pp.147-166
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    • 2023
  • Seed color is controlled by several genes and is a key trait in determining the metabolite content and biological activities of legume genotypes. In this study, 296 adzuki bean accessions, including 159 grey, 99 red, and 38 white adzuki beans, were grown in Korea. Variations in total phenolic content (TPC), total saponin content (TSC), DPPH scavenging activity, ABTS•+ scavenging activity, and ferric reducing antioxidant power (FRAP) were assessed and were reported to be in the ranges of 1.52-8.24 mg GAE/g, 14.36-114.22 mg DE/g, 0.23-12.84 mg AAE/g, 1.05-17.66 mg TE/g, and 0.59-13.14 mg AAE/g, respectively, with a wide variation across adzuki beans. Except for DPPH scavenging activity, the average values declined in the order gray > red > white adzuki beans, each demonstrating a significant variation (p < 0.05). White adzuki beans, which showed low metabolite content and antioxidant activity, were clearly separated from the gray and red genotypes using principal component and hierarchical cluster analyses. Moreover, TPC, TSC, and antioxidant activities were strongly correlated, regardless of seed color. Overall, the diversity of the TPC, TSC, and antioxidant activity in a broad population of adzuki bean genotypes was determined. Furthermore, this study found that seed color variation in adzuki beans had a significant effect on the metabolite content and antioxidant activity. Superior accessions with high levels of TPC, TSC, and antioxidant activity were also discovered and could be used for functional plant breeding and human consumption. The findings of this study may be useful for understanding the relationship between seed coat color and metabolite concentration in adzuki beans, paving the way for molecular-level analyses.

한국 연어의 소상하천간 유전적 유사성과 차이점 및 일본 연어와 유전적 관계 (Genetic Similarity-dissimilarity Among Korea Chum Salmons of Each Stream and Their Relationship with Japan salmons)

  • 김고은;김충곤;이윤호
    • 한국해양학회지:바다
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    • 제12권2호
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    • pp.94-101
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    • 2007
  • 한국 동해안의 가장 대표적인 연어과 어류인 연어(Oncorhynchus keta)의 집단 분석을 위한 연구가 국내에서는 많이 수행되지 않았다. 최근 연어과 어류의 계군을 분석하는데 유전자를 이용하는 방법들이 시도되고 있으며, 단일염기다형성(SNP)을 이용한 집단 구분 방법이 점차 많이 이용되고 있다. 본 연구에서는 한국 연어의 소상하천간 유전적 유사성과 차이점 및 일본 연어와 유전적 관계를 살펴 보기 위하여, 미토콘드리아의 COIII-ND3-ND4L 지역 720 bp 염기 서열을 분석하였다. 한국의 3개 지역(고성 북천, 양양 남대천, 울진 왕피천)에서 채집된 108개체와 일본의 2개 지역(홋카이도의 마시케와 하코다데)에서 채집된 44개체를 분석하여 29개의 haplotype을 확인하였다. 유전적 다양성은 남대천 연어에서 가장 높고 하코다데에서 가장 낮았다. Pairwise $F_{ST}$와 AMOVA를 이용한 집단 분석 결과, 한국 연어는 소상하천간 유전적 차이가 거의 없으며 일본 연어와도 크게 구분되지 않았다($F_{ST}<0.07$). 그러나, haplotype 유사성으로 본 각 개체의 유전적 관계는 한국 연어의 일부(약 25%)가 일본 연어와 구분되는 독특한 유전적 가계(lineage)를 형성하고 있으며, 국내 남대천과 북천 연어에는 왕피천과 구분되는 연어 가계가 존재함을 보여준다.

Molecular Characterization of an Isolate of Bean Common Mosaic Virus First Identified in Gardenia Using Metatranscriptome and Small RNA Sequencing

  • Zhong-Tian Xu;Hai-Tao Weng;Jian-Ping Chen;Chuan-Xi Zhang;Jun-Min Li;Yi-Yuan Li
    • The Plant Pathology Journal
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    • 제40권1호
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    • pp.73-82
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    • 2024
  • Gardenia (Gardenia jasminoides) is a popular and economically vital plant known for its ornamental and medicinal properties. Despite its widespread cultivation, there has been no documentation of plant viruses on gardenia yet. In the present study, gardenia leaves exhibiting symptoms of plant viral diseases were sampled and sequenced by both metatranscriptome and small RNA sequencing. As a consequence, bean common mosaic virus (BCMV) was identified in gardenia for the first time and named BCMV-gardenia. The full genome sequence of BCMV-gardenia is 10,054 nucleotides (nt) in length (excluding the poly (A) at the 3' termini), encoding a large polyprotein of 3,222 amino acids. Sequence analysis showed that the N-termini of the polyprotein encoded by BCMV-gardenia is less conserved when compared to other BCMV isolates, whereas the C-termini is the most conserved. Maximum likelihood phylogenetic analysis showed that BCMVgardenia was clustered closely with other BCMV isolates identified outside the leguminous plants. Our results indicated that the majority of BCMV-gardenia virus-derived small interfering RNAs (vsiRNAs) were 21 nt and 22 nt, with 21 nt being more abundant. The first nucleotide at the 5' termini of vsiRNAs derived from BCMV-gardenia preferred U and A. The ratio of vsiRNAs derived from sense (51.1%) and antisense (48.9%) strands is approaching, and the distribution of vsiRNAs along the viral genome is generally even, with some hot spots forming in local regions. Our findings could provide new insights into the diversity, evolution, and host expansion of BCMV and contribute to the prevention and treatment of this virus.

Stem Rot of Pearl Millet Prevalence, Symptomatology, Disease Cycle, Disease Rating Scale and Pathogen Characterization in Pearl Millet-Klebsiella Pathosystem

  • Vinod Kumar Malik;Pooja Sangwan;Manjeet Singh;Pavitra Kumari;Niharika Shoeran;Navjeet Ahalawat;Mukesh Kumar;Harsh Deep;Kamla Malik;Preety Verma;Pankaj Yadav;Sheetal Kumari;Aakash;Sambandh Dhal
    • The Plant Pathology Journal
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    • 제40권1호
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    • pp.48-58
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    • 2024
  • The oldest and most extensively cultivated form of millet, known as pearl millet (Pennisetum glaucum (L.) R. Br. Syn. Pennisetum americanum (L.) Leeke), is raised over 312.00 lakh hectares in Asian and African countries. India is regarded as the significant hotspot for pearl millet diversity. In the Indian state of Haryana, where pearl millet is grown, a new and catastrophic bacterial disease known as stem rot of pearl millet spurred by the bacterium Klebsiella aerogenes (formerly Enterobacter) was first observed during fall 2018. The disease appears in form of small to long streaks on leaves, lesions on stem, and slimy rot appearance of stem. The associated bacterium showed close resemblance to Klebsiella aerogenes that was confirmed by a molecular evaluation based on 16S rDNA and gyrA gene nucleotide sequences. The isolates were also identified to be Klebsiella aerogenes based on biochemical assays, where Klebsiella isolates differed in D-trehalose and succinate alkalisation tests. During fall 2021-2023, the disease has spread all the pearl millet-growing districts of the state, extending up to 70% disease incidence in the affected fields. The disease is causing considering grain as well as fodder losses. The proposed scale, consisting of six levels (0-5), is developed where scores 0, 1, 2, 3, 4, and 5 have been categorized as highly resistant, resistant, moderately resistant, moderately susceptible, susceptible, and highly susceptible disease reaction, respectively. The disease cycle, survival of pathogen, and possible losses have also been studied to understand other features of the disease.

신생아 중환자실에서 extended spectrum β-lactamase를 생성하는 Klebsiella pneumoniae 집단 보균 발생의 분자 역학적 조사 및 추적관찰 (Molecular-epidemiologic study on outbreak of colonization by extended spectrum β-lactamase producing Klebsiella pneumoniae in neonatal intensive care unit)

  • 전누리;김미나;정재심;김양수;김애란;김기수;피수영
    • Clinical and Experimental Pediatrics
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    • 제49권2호
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    • pp.150-156
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    • 2006
  • 목 적 : 2000년 6월과 7월에 본원 신생아 중환자실에서는 ESBL 생성 K. pneumoniae에 의한 패혈증이 집단 발생하여 전체 환아에 대한 보균 상태를 파악하고 감염관리를 위해 감시배양을 실시하였다. 당시 집단 보균 상태임을 발견하여 보균자에 대한 격리를 실시한 결과 집단보균을 해결할 수 있었으나 대부분의 환아가 보균 상태로 퇴원하였다. ESBL 생성 K. pneumoniae는 대변 내 균이 장착되어서 입원 환아들간에 집단 감염을 일으킬 수 있으며, 이러한 균주에 의한 집단감염은 치료와 예후에 중요한 인자로 작용될 것으로 생각된다. 이에 저자들은 집단보균 발생시 분리된 ESBL 생성 K. pneumoniae의 분자 역학적 특징과 보균환아들의 추적관찰 결과를 알아보고자 본 연구를 시행하였다. 방 법 : 2000년 7월 28일부터 12월 30일까지 입원환아를 대상으로 직장내 도말법으로 감시배양검사를 시행하였다. 감시배양검사는 재원환아들에서 1주 간격으로 시행하였고, 신환은 입원 당일에 시행하였다. 균주의 형별 검사를 위해서 Pulsed-field gel electrophoresis(PFGE)를 시행하였고, 보균 상태로 퇴원했던 환아들은 외래에서 대변 배양검사로 추적 관찰하였다. 결 과 : 감시 배양기간 중 총 80명(28.5%)의 환아에서 보균이 확인되었고, 퇴원시 5명(6.3%)에서 음성이 확인되었다. PFGE를 시행한 65명의 타이핑 결과, 일회의 PFGE를 시행한 53명에서 분리된 균주의 염색체 유전자 분획양상은 집단클론 6가지, 단독클론 10가지형으로 분류되었고, 집단 클론 중 A형이 28명(52.8%)으로 가장 많았고, B형이 11명(20.8%), C, D, F, G형이 각각 1명(1.9%)이었다. 2회 이상 검사를 시행한 12명 중 초기검사에서는 A형이 10명(83.3%)으로 월등히 많았고 B형은 2명(16.7%)이었으며, 추적검사에서 분획 양상이 변화된 경우는 6명(50%)이었고, 이들은 A나 B로 변화된 경우가 각각 2명(33.3%)이었다. 변화되지 않은 6명(50%)은 모두 A형으로 남아 있었다. 월별 PFGE 양상은 처음 배양시 집단클론 A, B, C, D형 4가지와 단독클론 세 가지형이었으나 감염 관리를 하면서 11월부터 집단클론 A, B 두 가지형으로 나타나는 양상을 보였고, A형이 더 우세하였다. 보균된 상태로 퇴원한 75명 중 외래 추적관찰이 가능했던 30명을 대상으로 대변 배양검사를 시행한 결과 모두 음성이 확인되었다. 결 론 : 다양한 클론의 균주에 의한 집단보균 상태는 감염 관리를 하면서 단일 클론으로 변화하는 양상을 보였고, A형이 우세한 것으로 보아 집단 보균을 일으킨 유형 중 주 집단 클론은 A형이었음을 알 수 있었다. ESBL 생성 K. pneumoniae 보균 상태는 중환자실내에 입원기간 중에는 거의 지속되지만, 지역사회로 복귀하면 전부 해제되는 것으로 보인다.

부산지역 집단 식중독 발생에서 검출된 노로바이러스의 유행양상 (Prevalence of Noroviruses Detected from Outbreaks of Acute Gastroenteritis in Busan, Korea)

  • 구희수;구평태;이미옥;백형석
    • 생명과학회지
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    • 제26권8호
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    • pp.911-920
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    • 2016
  • 최근 4년 동안 부산지역에서 2인 이상 발생된 식중독 사례를 대상으로 급성 위장관염 증상을 보인 환자 472건와 조리종사자 109건을 대상으로 유전자 분석을 한 결과 총 581건 중 71건(12.2%)에서 노로바이러스를 확인하였다. 연도별 검출현황은 2012년 18.3%(30/164건), 2013년 5.6%(6/107건), 2014년 8.0%(6/75건), 2015년 12.3%(29/235)으로 2012년과 2015년이 Norovirus 식중독에 의한 유병률이 가장 높았다. 월별 발생양상은 2월에 20건(28.2%)으로 가장 많이 발생했으며, 11월 18건(25.4%), 12월 12건(16.9%) 순이었고, 5월~8월에는 노로바이러스 환자 발생이 없어, 비교적 추운 계절에 높은 검출율을 보이는 계절적인 특징을 나타내었다. 연령별 분포는 11세~20세의 검체가 269건으로 10대의 초, 중, 고등학생의 검체가 전체의 46.3%를 차지하였다. ANOVA Scheffe 검정 결과를 통해, Norovirus의 예방 및 확산 방지를 위해 10대를 위한 위생 교육 및 식중독 예방교육을 더욱 철저히 실시해야 할 시사점을 얻었다. Norovirus genotype 분석 결과, GI genogroup은 GI-1형, GI-2형, GI-3형, GI-5형, GII genogroup은 GII-1형, GII-4형, GII-5형, GII-6형, GII-17형으로 다양한 genotype이 분포되었다. 연도별 유행하는 유전형은 2012년 GII-6형(17건), 2013년 GII-6형(3건), 2014년 GII-4형(5건), 2015년 GII-6형(18건)이 가장 우세했다. 그러나 최근 국내 뿐 아니라 전 세계적으로 GII-4형이 매우 유행하고 있으나, 부산지역은 2014년을 제외하고는 GII-6형이 우세한 genotype이라는 매우 특징적 결과를 얻었다.

Brief Introduction of Research Progresses in Control and Biocontrol of Clubroot Disease in China

  • He, Yueqiu;Wu, Yixin;He, Pengfei;Li, Xinyu
    • 한국균학회소식:학술대회논문집
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    • 한국균학회 2015년도 춘계학술대회 및 임시총회
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    • pp.45-46
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    • 2015
  • Clubroot disease of crucifers has occurred since 1957. It has spread to the whole China, especially in the southwest and nourtheast where it causes 30-80% loss in some fields. The disease has being expanded in the recent years as seeds are imported and the floating seedling system practices. For its effective control, the Ministry of Agriculture of China set up a program in 2010 and a research team led by Dr. Yueqiu HE, Yunnan Agricultural University. The team includes 20 main reseachers of 11 universities and 5 institutions. After 5 years, the team has made a lot of progresses in disease occurrence regulation, resources collection, resistance identification and breeding, biological agent exploration, formulation, chemicals evaluation, and control strategy. About 1200 collections of local and commercial crucifers were identified in the field and by artificiall inoculation in the laboratories, 10 resistant cultivars were breeded including 7 Chinese cabbages and 3 cabbages. More than 800 antagostic strains were isolated including bacteria, stretomyces and fungi. Around 100 chemicals were evaluated in the field and greenhouse based on its control effect, among them, 6 showed high control effect, especially fluazinam and cyazofamid could control about 80% the disease. However, fluzinam has negative effect on soil microbes. Clubroot disease could not be controlled by bioagents and chemicals once when the pathogen Plasmodiophora brassicae infected its hosts and set up the parasitic relationship. We found the earlier the pathogent infected its host, the severer the disease was. Therefore, early control was the most effective. For Chinese cabbage, all controlling measures should be taken in the early 30 days because the new infection could not cause severe symptom after 30 days of seeding. For example, a biocontrol agent, Bacillus subtilis Strain XF-1 could control the disease 70%-85% averagely when it mixed with seedling substrate and was drenching 3 times after transplanting, i.e. immediately, 7 days, 14 days. XF-1 has been deeply researched in control mechanisms, its genome, and development and application of biocontrol formulate. It could produce antagonistic protein, enzyme, antibiotics and IAA, which promoted rhizogenesis and growth. Its The genome was sequenced by Illumina/Solexa Genome Analyzer to assembled into 20 scaffolds then the gaps between scaffolds were filled by long fragment PCR amplification to obtain complet genmone with 4,061,186 bp in size. The whole genome was found to have 43.8% GC, 108 tandem repeats with an average of 2.65 copies and 84 transposons. The CDSs were predicted as 3,853 in which 112 CDSs were predicted to secondary metabolite biosynthesis, transport and catabolism. Among those, five NRPS/PKS giant gene clusters being responsible for the biosynthesis of polyketide (pksABCDEFHJLMNRS in size 72.9 kb), surfactin(srfABCD, 26.148 kb, bacilysin(bacABCDE 5.903 kb), bacillibactin(dhbABCEF, 11.774 kb) and fengycin(ppsABCDE, 37.799 kb) have high homolgous to fuction confirmed biosynthesis gene in other strain. Moreover, there are many of key regulatory genes for secondary metabolites from XF-1, such as comABPQKX Z, degQ, sfp, yczE, degU, ycxABCD and ywfG. were also predicted. Therefore, XF-1 has potential of biosynthesis for secondary metabolites surfactin, fengycin, bacillibactin, bacilysin and Bacillaene. Thirty two compounds were detected from cell extracts of XF-1 by MALDI-TOF-MS, including one Macrolactin (m/z 441.06), two fusaricidin (m/z 850.493 and 968.515), one circulocin (m/z 852.509), nine surfactin (m/z 1044.656~1102.652), five iturin (m/z 1096.631~1150.57) and forty fengycin (m/z 1449.79~1543.805). The top three compositions types (contening 56.67% of total extract) are surfactin, iturin and fengycin, in which the most abundant is the surfactin type composition 30.37% of total extract and in second place is the fengycin with 23.28% content with rich diversity of chemical structure, and the smallest one is the iturin with 3.02% content. Moreover, the same main compositions were detected in Bacillus sp.355 which is also a good effects biocontol bacterial for controlling the clubroot of crucifer. Wherefore those compounds surfactin, iturin and fengycin maybe the main active compositions of XF-1 against P. brassicae. Twenty one fengycin type compounds were evaluate by LC-ESI-MS/MS with antifungal activities, including fengycin A $C_{16{\sim}C19}$, fengycin B $C_{14{\sim}C17}$, fengycin C $C_{15{\sim}C18}$, fengycin D $C_{15{\sim}C18}$ and fengycin S $C_{15{\sim}C18}$. Furthermore, one novel compound was identified as Dehydroxyfengycin $C_{17}$ according its MS, 1D and 2D NMR spectral data, which molecular weight is 1488.8480 Da and formula $C_{75}H_{116}N_{12}O_{19}$. The fengycin type compounds (FTCPs $250{\mu}g/mL$) were used to treat the resting spores of P. brassicae ($10^7/mL$) by detecting leakage of the cytoplasm components and cell destruction. After 12 h treatment, the absorbencies at 260 nm (A260) and at 280 nm (A280) increased gradually to approaching the maximum of absorbance, accompanying the collapse of P. brassicae resting spores, and nearly no complete cells were observed at 24 h treatment. The results suggested that the cells could be lyzed by the FTCPs of XF-1, and the diversity of FTCPs was mainly attributed to a mechanism of clubroot disease biocontrol. In the five selected medium MOLP, PSA, LB, Landy and LD, the most suitable for growth of strain medium is MOLP, and the least for strains longevity is the Landy sucrose medium. However, the lipopeptide highest yield is in Landy sucrose medium. The lipopeptides in five medium were analyzed with HPLC, and the results showed that lipopeptides component were same, while their contents from B. subtilis XF-1 fermented in five medium were different. We found that it is the lipopeptides content but ingredients of XF-1 could be impacted by medium and lacking of nutrition seems promoting lipopeptides secretion from XF-1. The volatile components with inhibition fungal Cylindrocarpon spp. activity which were collect in sealed vesel were detected with metheds of HS-SPME-GC-MS in eight biocontrol Bacillus species and four positive mutant strains of XF-1 mutagenized with chemical mutagens, respectively. They have same main volatile components including pyrazine, aldehydes, oxazolidinone and sulfide which are composed of 91.62% in XF-1, in which, the most abundant is the pyrazine type composition with 47.03%, and in second place is the aldehydes with 23.84%, and the third place is oxazolidinone with 15.68%, and the smallest ones is the sulfide with 5.07%.

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하기도 감염 환아에서 분리된 Adenovirus 1, 2, 5 혈청형의 유전체형 분석 (Genome Type Analysis of Adenovirus Serotypes 1, 2 and 5 Isolated from Children with Lower Respiratory Tract Infections in Korea)

  • 박기원;최은화;정지태;이환종;박기호
    • Pediatric Infection and Vaccine
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    • 제12권2호
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    • pp.166-177
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    • 2005
  • 목 적 : DNA 제한 효소 분석법을 이용한 아데노바이러스의 유전체형 분석 방법은 많은 연구자들이 서로 다른 종류의 제한 효소와 명명법을 사용하여 분류함으로써, 아직까지 체계적인 분류 체계가 정립되어 있지 않다. 본 연구는 Li와 Wadell이 제안한 제한 효소 분석법과 명명법을 이용하여 국내에서 최근 14년 동안 분리된 아데노바이러스 혈청형 1, 2, 5형에 대한 유전체형을 분류하고, 그 분자 역학과 유전체형 상호 간의 연관성을 밝히고자 시행하였다. 방 법 : 1990년 11월부터 2003년 2월까지 하기도 감염으로 서울대학교병원 소아과에 입원하였거나, 인접 지역의 종합병원 소아과에 입원한 소아들로부터 채취한 비인두 흡인물을 검체로 하여 HEp-2 세포주에서 배양 후 간접면역형광검사로 확인하고, 분리된 아데노바이러스를 항혈청 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 11에 대한 세포독성 효과를 관찰함으로 혈청형을 결정하였다. 혈철형 1, 2, 5형을 대상으로 DNA를 추출하고 12가지 제한 효소 BamHI, BcI, BglI, BglII, BstEII, EcoRI, HindIII, HpaI, SalI, SmaI, XbaI, XhoI로 절단한 후 전기영동 시키고 나타나는 분절 형태를 각 혈청형의 표준주와 비교하여 분석하였다. 유전체형간의 상관성을 비교하기 위하여 PCRF 분석을 시행하였다. 결 과 : 아데노바이러스 분리주 382주를 대상으로 혈청형을 확인한 결과, 1형 33(9%), 2형 45(12%), 3형 107(28%), 4형 16(4%), 5형 24(6%), 6형 8(2%), 7형 116(30%), 11형 9(2%), 그 외의 형들이 24(6%)주로 각각 나타났다. 변이 유전체형은 혈청형 1형 18종류, 2형 25종류, 5형 10종류가 분류되었으며 Ad1p1-Ad1p7, Ad1a, Ad1b, Ad1b1-Ad1b3, Ad1c, Ad1d, Ad1e, Ad1e1, Ad1e2, Ad1f; Ad2p1-Ad2p11, Ad2a, Ad2a1-Ad2a6, Ad2b, Ad2c, Ad2d, Ad2e, Ad2e1-Ad2e3; Ad5p1, Ad5p2, Ad5a, Ad5a1-Ad5a7로 명명되었다. 본 연구에서는 표준주나 이전에 보고 된 유전체형과 일치하는 유전체형은 분리되지 않았다. 대부분의 유전체형은 전 연구기간 동안 1~2주만 분리되었고 일부 유전체형들은 산발적으로 2회 이상 반복 분리되었다. 유전체형 Ad1p5나 Ad5a1와 같이 유행성으로 분포하는 유전체형도 관찰되었다. 혈청형 1형 유전체형 간의 PCRF는 79~99%로 Genomic cluster 1과 2로 구분되었고, 2형과 5형은 각각 82~99%와 84~99%로 모두 80% 이상이었다. 결 론 : 본 연구를 통하여 국내에서 분리된 아데노바이러스 혈청형 1, 2, 5형의 다양한 유전체형을 체계적으로 분석할 수 있었다. 혈청형 1, 2, 5형이 주로 산발성 감염을 일으키는 것으로 알려져 왔으나, 유전체형에 따라 역학적 특징이 다르게 나타날 수 있으며, 이는 DNA의 변형에 의한 유전체형의 변화가 바이러스의 감염력과 생존력에 변화를 일으켰을 가능성을 시사한다. 본 연구 결과는 혈청형 1, 2, 5형의 비교 자료로 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 변이 유전체형들에 대한 정보를 제공함으로써 백신 개발을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

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정량 PCR을 이용한 비위생 매립지의 특정 세균 및 효소 유전자와 수질인자와의 상관관계 평가 (Comparative Assessment of Specific Genes of Bacteria and Enzyme over Water Quality Parameters by Quantitative PCR in Uncontrolled Landfill)

  • 한지선;성은혜;박헌주;김창균
    • 대한환경공학회지
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    • 제29권8호
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    • pp.895-903
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    • 2007
  • 매립지를 직접 생태학적으로 모니터링하는 방법을 개발하고자, 매립지 내의 생화학적 반응에 관여하는 세균들과 효소의 양을 정량함과 동시에 지하수 수질인자와 상호 연관성을 조사하여 생태학적 인자와의 연계 이용 가능성을 평가하였다. 이를 위하여 4개의 매립 종료된 비위생 매립지(천안(C), 원주(W), 논산(N), 평택(P) 매립지)에서 계절별로 지하수 시료를 채취하였으며 동시에 16S rDNA 방법을 사용하여 미생물 다양성을 분석하였다. 이를 기반으로, 매립지에서 주로 발견되는 세균과 효소를 대표하는 유전자를 정량하기 위한 특이 프라이머 쌍을 제작하였으며 상관계수에 기초하여 수질인자와 유전자 지표 인자간의 정량적 관련성을 비교하였다. 그 결과 DSR(황환원 세균) gene과 BOD(생화학적 산소요구량)사이의 상관관계는 0.8 이상인데 반해 NSR(질산화 세균-Nitrospira sp.) gene과 질산성 질소는 0.9 이상이었다. 안정화지표(BOD/COD)와 MTOT(메탄 산화 세균), MCR(Methyl coenzyme M reductase), Dde(Dechloromonas denitrificans) gene들은 0.8 이상의 상관관계를 가졌으나 3가 철과 Fli(Ferribacterium limineticm) gene은 0.7로 낮았다. MTOT gene의 경우, BOD/COD과의 관련성이 100%에 가깝게 높았다. 또한, 혐기성 유전자들(nirS-아질산 환훤효소, MCR, Dde, DSR)과 DO 역시 0.8 이상으로 나타나 일반적인 매립지 혐기성 반응들이 DO에 크게 의존함을 보였다. 결론적으로 분자생물학적 조사와 수질인자가 높은 상호연관성이 있었으며 real-time PCR이 전통적인 모니터링 인자들과 동시에 상호 보완적으로 모니터링에 사용됨으로써 매립지안정화 및 주변 영향을 평가하는데 효율적으로 사용 될 수 있음을 알 수 있었다.

불량매립지 안정화 지표 개발을 위한 분자생물학적 기술의 적용 (Application of Molecular Biological Technique for Development of Stability Indicator in Uncontrolled Landfill)

  • 박현아;한지선;김창균;이진용
    • 대한환경공학회지
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    • 제28권2호
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    • pp.128-136
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    • 2006
  • 본 연구에서는 분자생물학적인 방법을 이용하여 침출수 내의 미생물 군집 분석을 통한 매립지의 안정화 정도를 평가하는 기술을 개발하고자 하였다. 국내 사용종료매립지 중 정밀조사대상매립지 244개소를 대상으로 기초자료 조사 및 현장답사를 통해 천안 J 매립지와 원주 T 매립지를 연구대상 매립지로 선정하였다. 각 매립지의 침출수 시료에서 genomic DNA를 추출한 후 PCR을 이용한 16S rDNA 클로닝 과정을 거쳐 매립지 침출수 내에 분포하는 미생물 군집의 유전적 다양성을 확인하였다. 또한 탈질화 및 메탄생성 유전자를 대상으로 competitive PCR과 Real-Time PCR을 이용한 미생물 정량을 실시하여 오염인자와의 상관관계를 확인하였다. 분석된 DNA sequence를 BLAST search한 결과 97% 이상 유사성을 보이는 근연종은 J 매립지, T 매립지 각각 47.6%, 32.1%로 나타났으며 이 중 Proteobacteria phylum이 가장 많이 분포하는 것으로 나타났다. 탈질화 유전자 정량 결과 매립종료 후 경과기간이 13년인 T 매립지에 비해 7년인 J 매립지메서 nirS gene, cnorB gene이 각각 약 7배, 4배 정도 많이 분포하고 있는 것으로 확인되었다. 또한 메탄생성 유전자 정량 결과 J 매립지 내부 침출수(J1)에서 가장 많이 분포하고 있는 것으로 나타났으며, 매립지에서 지하수 흐름 방향으로 멀어질수록 미생물 개체수가 급격히 감소함을 확인하였다. nirS gene, cnorB gene 및 MCR gene의 개체수와 TOC, $NH_3-N,\;NO_3-N,\;NO_2-N,\;Cl^-$, alkalinity에 대한 비교 분석결과 $NO_3-N$을 제외하고 최대 99% 이상의 높은 상관관계를 보였다. 불량매립지로부터 침출수의 유출에 의한 경계 영역 주변에 대한 분자생태학적 영향평가 결과 종래 대표적인 수질평가 분석 항목과의 상관관계가 매우 높게 관측되어 분자생물학적 기술을 영향역 설정 및 안정화 지표로서 충분히 활용할 수 있음을 확인하였다.