Genome-wide association studies have proven the highly polygenic architecture of complex diseases or traits; therefore, single-locus-based methods are usually unable to detect all involved loci, especially when individual loci exert small effects. Moreover, the majority of associated single-nucleotide polymorphisms resides in non-coding regions, making it difficult to understand their phenotypic contribution. In this work, we studied epistatic interactions associated with three common diseases using Korea Association Resource (KARE) data: type 2 diabetes mellitus (DM), hypertension (HT), and coronary artery disease (CAD). We showed that epistatic single-nucleotide polymorphisms (SNPs) were enriched in enhancers, as well as in DNase I footprints (the Encyclopedia of DNA Elements [ENCODE] Project Consortium 2012), which suggested that the disruption of the regulatory regions where transcription factors bind may be involved in the disease mechanism. Accordingly, to identify the genes affected by the SNPs, we employed whole-genome multiple-cell-type enhancer data which discovered using DNase I profiles and Cap Analysis Gene Expression (CAGE). Assigned genes were significantly enriched in known disease associated gene sets, which were explored based on the literature, suggesting that this approach is useful for detecting relevant affected genes. In our knowledge-based epistatic network, the three diseases share many associated genes and are also closely related with each other through many epistatic interactions. These findings elucidate the genetic basis of the close relationship between DM, HT, and CAD.
Chromatin immunoprecipitation coupled with high-throughput DNA sequencing (ChIP-Seq) is a powerful technology to profile the location of proteins of interest on a whole-genome scale. To identify the enrichment location of proteins, many programs and algorithms have been proposed. However, none of the commonly used peak calling programs could accurately explain the binding features of target proteins detected by ChIP-Seq. Here, publicly available data on 12 histone modifications, including H3K4ac/me1/me2/me3, H3K9ac/me3, H3K27ac/me3, H3K36me3, H3K56ac, and H3K79me1/me2, generated from a human embryonic stem cell line (H1), were profiled with five peak callers (CisGenome, MACS1, MACS2, PeakSeq, and SISSRs). The performance of the peak calling programs was compared in terms of reproducibility between replicates, examination of enriched regions to variable sequencing depths, the specificity-to-noise signal, and sensitivity of peak prediction. There were no major differences among peak callers when analyzing point source histone modifications. The peak calling results from histone modifications with low fidelity, such as H3K4ac, H3K56ac, and H3K79me1/me2, showed low performance in all parameters, which indicates that their peak positions might not be located accurately. Our comparative results could provide a helpful guide to choose a suitable peak calling program for specific histone modifications.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.44
no.2
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pp.55-64
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2022
Bombyx shini Park & Sohn, 2002 (Lepidoptera: Bombycidae), which was listed as an endemic species in South Korea has recently been renamed as the East Asian silk moth Rotunda rotundapex Miyata & Kishida, 1990 (Lepidoptera: Bombycidae). In this study, we sequenced the complete mitochondrial genome (mitogenome) of the R. rotundapex to announce genomic characteristics and to clarify its validity with a new name. The 15,294-bp long complete mitogenome comprises a typical set of genes [13 protein-coding genes (PCGs), 2 rRNA genes, and 22 tRNA genes] and one major noncoding, A + T-rich region, with an arrangement identical to that observed in most lepidopteran mitogenomes. The A/T content of the whole mitogenome was 79.22%; however, it varied among the regions/genes as follows: A + T-rich region, 91.62%; srRNA, 84.67%; lrRNA, 83.01%; tRNAs, 81.43%; and PCGs, 77.46%. Phylogenetic analyses of 35 species in the Bombycoidea superfamily showed the sister relationship between the families Sphingidae and Bombycidae s. str., with the higher nodal support [bootstrap support (BS) = 78%]. The Saturniidae was placed as the sister to the two families, but the nodal support for this relationship was low (BS = 53%). Current R. rotundapex was placed together with previously reported con-species with the highest nodal support, forming a separate clade from Bombyx, validating that B. shini can have a new genus name, Rotunda. However, the Korean R. rotundapex showed a substantial sequence divergence at 5.28% to that originated from an individual of type locality Taiwan in 1,459-bp of COI sequences. Considering such a high sequence divergence an additional study, which includes morphological and DNA barcoding data from further extensive distributional range maybe is needed for further robust taxonomic conclusion.
Myogenic satellite cells (MSCs) are mononuclear, multipotent progenitors of adult skeletal muscle possessing a capacity of forming adipocyte-like cells (ALC). To identify the skeletal muscle type-specific myogenic and adipogenic genes during MSCs differentiation, total RNA was extracted from bovine MSCs, myotube-formed cell (MFC), and ALC from each of Beef shank, Longissimus dorsi, Deep pectoral, and Semitendinosus. DNA microarray analysis (24,000 oligo chip) comparing MSCs with MFC and ALC, respectively, revealed 135 differentially expressed genes (> 4 fold) among four cuts. Real-time PCR confirmed expression of 29 genes. Furthermore, the whole tissue sample RNAs analysis showed 6 differentially expressed genes in Beef shank. Among which, 1 gene in MSCs, 4 in MFC, and 1 in ALCs were highly expressed. This study will provide an insight for better understanding the molecular mechanism of differentiation of skeletal muscle type-specific MSCs. The identified genes may be used as marker to distinguish skeletal muscle types.
In order to search for specific genotypes related to this unique phenotype, we used whole genomic DNA microarray to characterize the genomic diversity of Helicobacter pylori (H. pylori) strains isolated from clinical patients in China. The open reading frame (ORF) fragments on our microarray were generated by PCR using gene-specific primers. Genomic DNA of H. pylori 26695 and J99 were used as templates. Thirty-four H. pylori isolates were obtained from patients in Shanghai. Results were judged based on In(x) transformed and normalized Cy3/Cy5 ratios. Our microarray included 1882 DNA fragments corresponding to 1636 ORFs of both sequenced H. pylori strains. Cluster analysis, revealed two diverse regions in the H. pylori genome that were not present in other isolates. Among the 1636 genes, 1091 (66.7%) were common to all H. pylori strains, representing the functional core of the genome. Most of the genes found in the H. pylori functional core were responsible for metabolism, cellular processes, transcription and biosynthesis of amino acids, functions that are essential to H. pylori's growth and colonization in its host. In contrast, 522 (31.9%) genes were strain-specific genes that were missing from at least one strain of H. pylori. Strain-specific genes primarily included restriction modification system components, transposase genes, hypothetical proteins and outer membrane proteins. These strain-specific genes may aid the bacteria under specific circumstances during their long-term infection in genetically diverse hosts. Our results suggest 34 H. pylori clinical strains have extensive genomic diversity. Core genes and strain-specific genes both play essential roles in H. pylori propagation and pathogenesis. Our microarray experiment may help select relatively significant genes for further research on the pathogenicity of H. pylori and development of a vaccine for H. pylori.
Watermelon and melon are economically important Cucurbitaceae crops. Recently, the development of molecular markers based on the construction of genetic linkage maps and detection of DNA sequence variants through next generation sequencing are essential as molecular breeding strategies for crop improvement that uses marker-assisted selection and backcrossing. In this paper, we intended to provide useful information for molecular breeding of watermelon and melon by analyzing the current status of international and domestic research efforts on genomics and molecular markers. Due to diverse genetic maps constructed and the reference genome sequencing completed in the past, DNA markers that are useful for selecting important traits including yield, fruit quality, and disease resistances have been reported and publicly available. To date, more than 16 genetic maps and loci and linked markers for more than 40 traits have reported for each watermelon and melon. Furthermore, the functional genes that are responsible for those traits are being continuously discovered by high-density genetic map and map-based cloning. In addition, whole genome resequencing of various germplasm is under progress based on the reference genome. Not only by the efforts for developing novel molecular markers, but application of public marker information currently available will greatly facilitate breeding process through genomics-assisted breeding.
Polymerase chain reaction(PCR)-based inter-simple sequence repeats(I-SSR) markers were analyzed in 48 megagametophytes of a single tree of Abies koreana $W_{ILS}$. Nineteen of the 35 primers, screened with 6 megagametophyte DNA and produced the clearest amplification products in the preliminary experiment, were used for PCR with 48 megagametophyte DNAs sampled from a single tree. On the basis of the chi-square test, a total of 51 amplicons, amplified by the 19 primers, were revealed to be segregated according to the Mendelian ratio(i.e., 1 : 1 segregation ratio) in the 48 megagametophytes at 5% significance level. Based on the linkage analysis, the observed 51 Mendelian loci turned out to be unlinked each other, which suggested that they are evenly distributed in the genome. However, majority of RAPD markers are known to belong to the independent linkage blocks, which frequently results in the amplification of RAPD markers from the restricted regions of the genome. Owing to the nature of even distribution of the 51 loci observed in this study, the I-SSR markers could give better resolution of estimating genetic diversity from the whole genome than RAPD markers. And I-SSR markers are also more suitable than RAPD markers for reconstructing phylogenetic relationship by a cladistic method which requires to fulfil the assumption of independent evolution of the different characters.
The symbiotic nature of the relationship between algae and marine bacteria is well-studied among the complex microbial interactions. The mutual profit between algae and bacteria occurs via nutrient and vitamin exchange. It is necessary to analyze the genome sequence of a bacterium to predict its symbiotic relationships. In this study, the genome of a marine bacterium, Pseudoruegeria sp. M32A2M, isolated from the south-eastern isles (GeoJe-Do) of South Korea, was sequenced and analyzed. A draft genome (91 scaffolds) of 5.5 Mb with a DNA G+C content of 62.4% was obtained. In total, 5,101 features were identified from gene annotation, and 4,927 genes were assigned to functional proteins. We also identified transcription core proteins, RNA polymerase subunits, and sigma factors. In addition, full flagella-related gene clusters involving the flagellar body, motor, regulator, and other accessory compartments were detected even though the genus Pseudoruegeria is known to comprise non-motile bacteria. Examination of annotated KEGG pathways revealed that Pseudoruegeria sp. M32A2M has the metabolic pathways for all seven vitamin Bs, including thiamin (vitamin B1), biotin (vitamin B7), and cobalamin (vitamin B12), which are necessary for symbiosis with vitamin B auxotroph algae. We also identified gene clusters for seven secondary metabolites including ectoine, homoserine lactone, beta-lactone, terpene, lasso peptide, bacteriocin, and non-ribosomal proteins.
Nguyen, Van Binh;Giang, Vo Ngoc Linh;Waminal, Nomar Espinosa;Park, Hyun-Seung;Kim, Nam-Hoon;Jang, Woojong;Lee, Junki;Yang, Tae-Jin
Journal of Ginseng Research
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v.44
no.1
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pp.135-144
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2020
Background: Panax species are important herbal medicinal plants in the Araliaceae family. Recently, we reported the complete chloroplast genomes and 45S nuclear ribosomal DNA sequences from seven Panax species, two (P. quinquefolius and P. trifolius) from North America and five (P. ginseng, P. notoginseng, P. japonicus, P. vietnamensis, and P. stipuleanatus) from Asia. Methods: We conducted phylogenetic analysis of these chloroplast sequences with 12 other Araliaceae species and comprehensive comparative analysis among the seven Panax whole chloroplast genomes. Results: We identified 1,128 single nucleotide polymorphisms (SNP) in coding gene sequences, distributed among 72 of the 79 protein-coding genes in the chloroplast genomes of the seven Panax species. The other seven genes (including psaJ, psbN, rpl23, psbF, psbL, rps18, and rps7) were identical among the Panax species. We also discovered that 12 large chloroplast genome fragments were transferred into the mitochondrial genome based on sharing of more than 90% sequence similarity. The total size of transferred fragments was 60,331 bp, corresponding to approximately 38.6% of chloroplast genome. We developed 18 SNP markers from the chloroplast genic coding sequence regions that were not similar to regions in the mitochondrial genome. These markers included two or three species-specific markers for each species and can be used to authenticate all the seven Panax species from the others. Conclusion: The comparative analysis of chloroplast genomes from seven Panax species elucidated their genetic diversity and evolutionary relationships, and 18 species-specific markers were able to discriminate among these species, thereby furthering efforts to protect the ginseng industry from economically motivated adulteration.
Alport syndrome (ATS) is an inherited glomerular disease caused by mutations in one of the type IV collagen novel chains (${\alpha}3$, ${\alpha}4$, and ${\alpha}5$). ATS is characterized by persistent microscopic hematuria that starts during infancy, eventually leading to either progressive nephritis or end-stage renal disease. There are 3 known genetic forms of ATS, namely X-linked ATS, autosomal recessive ATS, and autosomal dominant ATS. About 80% of patients with ATS have X-linked ATS, which is caused by mutations in the type IV collagen ${\alpha}5$ chain gene, COL4A5. Although an 80% mutation detection rate is observed in men with X-linked ATS, some difficulties do exist in the genetic diagnosis of ATS. Most mutations are point mutations without hotspots in the COL4A3, COL4A4, and COL4A5 genes. Further, there are insufficient data on the detection of COL4A3 and COL4A4 mutations for their comparison between patients with autosomal recessive or dominant ATS. Therefore, diagnosis of ATS in female patients with no apparent family history can be challenging. Therefore, in this study, we used whole-exome sequencing (WES) to identify mutations in type IV collagen in 2 girls with glomerular basement membrane structural changes suspected to be associated with ATS; these patients had no relevant family history. Our results revealed de novo c.4688G>A (p.Arg1563Gln) and c.2714G>A (p.Gly905Asp) mutations in COL4A5. Therefore, we suggest that WES is an effective approach to obtain genetic information in ATS, particularly in female patients without a relevant family history, to detect unexpected DNA variations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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