Proceedings of the Plant Resources Society of Korea Conference
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2021.04a
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pp.9-9
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2021
Mutation breeding is useful for improving agronomic characteristics of various crops. In this study, we constructed soybean Mutant Diversity Pool (MDP) from 1,695 gamma-irradiated mutants through two selection phases over M1 to M12 generations; we selected 523 mutant lines exhibiting at least 30% superior agricultural characteristics, and, second, we eliminated redundant morphological phenotypes in the M12 generation. Finally, we constructed 208 MDP lines and investigated 11 agronomic traits. We then assessed the genetic diversity and inter-relationships of these MDP lines using target region amplification polymorphism (TRAP) markers. Among the different TRAP primer combinations, polymorphism levels and PIC values averaged 59.71% and 0.15, respectively. Dendrogram and population structure analyses divided the MDP lines into four major groups. According to an analysis of AMOVA, the percentage of inter-population variation among mutants was 11.320 (20.6%), whereas mutant inter-population variation ranged from 0.231 (0.4%) to 14.324 (26.1%). Overall, the genetic similarity of each cultivar and its mutants were higher than within other mutant populations. In an analysis of the genome-wide association study (GWAS) using based on the genotyping-by-sequencing (GBS), we detected 66 SNPs located on 13 different chromosomes were found to be highly associated with four agronomic traits: days of flowering (33 SNPs), flower color (16 SNPs), node number (6 SNPs), and seed coat color (11 SNPs). These results are consistent with those previously reported for other genetic resource populations, including natural accessions and recombinant inbred line. Our observations suggest that genomic changes in mutant individuals induced by gamma rays occurred at the same loci as those of natural soybean population. This study has demonstrated that the integration of GBS and GWAS can serve as a powerful complementary approach to gamma-ray mutation for the dissection of complex traits in soybean.
Certain bacterial species possess the capability of differentiation through several morphogenetic changes which enable them to adapt to certain internal and external stimuli(Losick and Shapiro 1984). Upon induction, cells of A. vinelandii undergo a morphological process which leads to the production of one cyst per cell (Sadoff, 1975). The cysts are considerably resistant to desiccation, which confers a survival advantages upon the organism(Socolofsky and Wyss 1962). Like other prokaryotic differentiations encystment provides a relatively simple model of cellular differentiation. Like in other differentiating bacteria, vegetative growth can be separated from differentiation. Furthermore, the differentiation cycle can be synchronized by specific inducer. There have been a great deal of morphological and physiological studies on this process. However, the mechanisms used to regulate cell differentiation can be clearly defined by careful genetic analysis of the process. Unfortunately, A. vinelandii has proven to be difficult for genetic analysis (Sadoff 1975). For example, it has been shown that a variety of metabolic mutants of Azotobacter speicies are difficult to isolate after mutagenesis with chemical mutagens or UV irradiation. Nevertheless recent advances in molecular genetics in Azotobacter species, especially in the nitrogen fixation research area, appear to be able to overcome this difficulty (Robinson et al. 1986; Kennedy et al. 1986).
This study was carried out to characterize virus-like particles (VLPs) in Pleurotus ostreatus. The white and the dark gray mutants frequently observed in mushroom farms of Pleurotus ostreatus (Wonhyeong-neutari). A 5.8kb segments of dsRNA was detected only in the white mutants but not in the dark gray mutants. The VLPs were purified from the fruit bodies by Polyethylene Glycol (PEG) and ultracentrifugation. Electron microscopy analysis showed that VLPs were isometric about 14, 20~45nm in diameter. Further study is needed to reveal the morphological and yield variations of mushroom strains including VLPs observed in the mushroom farms. Also it is needed to maintain fundamental research for taxonomy, diagnosis, and physiology of VLPs in the mushroom strains.
To improve the erythritol productivity of Penicillium sp. KJ81, mutants were obtained using UV irradiation and NTG treatment Among these mutants, Penicillium sp. KJ-UV29 revealed no morphological changes, yet was superior to the wild strain in the following three points: (1) Penicillium sp. KJ-UV29 produced more erythritol than the wild strain under the same conditions, (2) no foam was produced during cultivation, unlike the wild strain, and (3) the mutant produced a Significantly lower amount of glycerol. Penirillium sp. KJ-UV29 produced as much as 15.1 g/L of erythritol, whereas the wild-type Penirillium sp. KJ81 only produced 11.7 g/L. Penicillium sp. KJ-UV29 only generated 6.1 g/L of glycerol, compared to 19.4 g/L produced by the wild strain. When investigating the optimal culture conditions for erythritol production by the mutant strain Penicillium sp. KJ-UV89, sucrose was identified as the most effective carbon source, and the mutant was even able to produce erythritol in a 70% sucrose-containing medium, although a 30% sucrose medium exhibited the highest productivity. The production of erythritol by Penirillium sp. KJ-UV29 was also significantly increased by the addition of ammonium carbonate, potassium nitrate, and sodium nitrate. Accordingly, under optimal conditions, Penicillium sp. KJ-UV29 produced 45.2 g/L of erythritol in a medium containing 30% sucrose, 0.5% yeast extract, 0.5% (NH$_4$)$_2$C$_2$O$_4$, 0.1% KNO$_3$, 0.1% NaNO$_3$, and 0.01% FeSO$_4$ with 1 vvm aeration and 200 rpm agitation at 37$^{\circ}C$ for 7 days in a 5-L jar fermentor.
The aim of this study is selection of the male-sterile plant for inhibiting transgene flow through gamma-irradiation ($^{60}Co$) at the pollination and fertilization cycle of herbicide-tolerant genetically modified (GM) zoysiagrass (Zoysia japonica Steud.). High frequencies of plant mutations were obtained about 18% from $M_1$ generation at the doses (10 to 50 Gy). We also found that some $M_1$ plants showed male-sterile plants using de-husked seeds and comparison of stainable pollen using $KI-I_2$ solution. Besides the effects of irradiation on pollination and fertilization cycle, various other mutations like dwarf, cold tolerance, increasing grains and mass were observed. Four of dwarfism plants were selected through comparison of morphological characteristic between control and mutants during 4 years. These results demonstrated that the gamma-irradiation on pollination and fertilization cycle is very effective to induce the various mutations, and the male-sterile mutants are useful for controlling transgene flow and developing of high quality turfgasses.
Mutants having altered levels and/or types of EPS in exopolysaccharide biosynthesis were isolated after NTG mutagenesis of Zoogloea ramigera 115SLR. Mutant candidates were classfied with five groups based on the observed characteristics for EPS biosynthesis pattern. The recombinant plasmids pLEX3BS and pLEX3BM were constructed from pEX3B which was previously isolated from genomic DNA of Z. ramigera 115SLR. Plasmid pLEX3BM with a 7.8 kb insert DNA contains an additional 1.8kb DNA fragment which is not present in pLEX3BS containing 13 kb insert DNA. Plasmid pLEX3BM was able to complement the mutation responsible for the changes in morphology of Z. ramigera 115SLR. However, the complementation of EPS negative mutant strains was not successful with pLEX3BM. Plasmid pLEX3BS on the other hand complemented the mutation responsible for the loss of EPS biosynthesis, resulting in the restoration of Z. ramigera 115SLR phenotype. But this plasmid was not able to complement the morphological mutant strain, Z. ramigera 115SLR.
The transition from primary to secondary metabolism in antibiotic-producing Streptomyces correlates with expression of genes involved in stress responses. Consequently, regulatory pathways that regulate specific stress responses are potential targets to manipulate to increase antibiotic titers. In this study, genes encoding key proteins involved in regulation of the osmotic stress response in Streptomyces avermitilis, the industrial producer of avermectins, are investigated as targets. Disruption of either osaBSa, encoding a response regulator protein, or osaCSa, encoding a multidomain regulator of the alternative sigma factor SigB, led to increased production of both oligomycin, by up to 200%, and avermectin, by up to 37%. The mutations also conditionally affected morphological development; under osmotic stress, the mutants were unable to erect an aerial mycelium. In addition, we demonstrate the delivery of DNA into a streptomycete using biolistics. The data reveal that information on stress regulatory responses can be integrated in rational strain improvement to improve yields of bioactive secondary metabolites.
These experiments were conducted to manage more safe the selected strains and improve their characteristics. The results obtained were as follows: Preservation on soil at the range of 0 to 5 C was suitable and there were no remarkable changes on their abilities to produce citric acid until 10 months preservation. The successive transfer of spore slightly stimulated the selected strain, M-315 to produce citric acid and the spore precultured on sporulation medium for 7-10 days was desirable as inoculum. Under UV-irradiation from the selected strains, 109 mutants whose morphological characteristics were changed were isolated. Among them, the mutant M-80-12 was shown 3.2% increase on acid producing ability than that of its parent.
Park, Young-Hie;Kim, Tae-Heun;Lee, Hyun-Suk;Kim, Kyung-Min;Sohn, Jae-Keun
Korean Journal of Breeding Science
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v.42
no.4
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pp.413-418
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2010
A total of 424 plants was regenerated from the seed-culture of a rice cultivar, 'Ilpum'. The regenerated plants were grown in a greenhouse. The 297 plants with high fertility were selected among 424 plants. The harvested seeds from each plant were planted to each line at experiment field in 2008 and 2009. The each line was evaluated for the agronomic and morphological traits, also. The 64 lines (21.5%) showed significant differences in agronomic and morphological traits from donor cultivar 'Ilpum' among 297 lines. The heading date different from donor cultivar 'Ilpum' showed highest frequency in 297 lines, and accounts for 9.1% (29 lines). The phenotype of opaque endosperm and rolling leaf account for 1.7% and 1.3% in 297 lines, respectively. The genetic segregation was observed in dwarf/semi-dwarf, rolling leaf and opaque endosperm at $S_1$ generation, but not in $S_2$ generation. These results suggest that the mutant derived from a tissue-culture will be one of the promising genetic resources, due to its wide variation and high frequency of mutation, comparatively.
Conditions for production, fusion and reversion of protoplasts of Aspergillus niger were investigated, and an attempt was made to enhance fusion frequency. Auxotrophic mutants and morphological mutants were induced by U.V. irradiation $(9.9\;erg/mm^2,\;13min)$ on Aspergillus niger. Maximum yield of protoplasts was obtained from 21 hr cultured mycelia by using 1% driselase in 0.6 M KCl or 0.6 M $NH_4Cl$ as osmotic stabilizer. The optimal temperature for mycelium digestion was $30^{\circ}C$, and the optimal pH was 6.0. Protoplasts produced at different digestion period showed heterogeneity in size and vacuole content. Maximal frequency of protoplasts reversion was obtained on 0.6 M KCl stabilized agar medium at pH 5.0. Reversion frequencies of protoplasts produced for 3 hr and 1 hr mycelial digestion were 8.0% and 15.3%, respectively. The optimal concentration of PEG(m.w. 6000) for protoplast fusion was 30%, and that of $CaCl_2$ was $1{\sim}50\;mM$. The optimal pH and period for the reaction of PEG solution were 8.0 and 10 minutes, respectively. Fusion frequencies between auxotrophic protoplasts produced for 3 hr-mycelial digestion were $0.06{\sim}0.42%$, and those for 1 hr-mycelial digestion were $0.09{\sim}0.54%$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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