From the mathematical and statistical point of view, a segment of a DNA strand can be viewed as a sequence of four-state (A, C, G, T) trials. Herein, we consider the distributions of runs and patterns related to the run lengths of multi-state sequences, especially for four states (A, B, C, D). Let X1, X2, . . . be a sequence of four state independent and identically distributed trials taking values in the set 𝒢 = {A, B, C, D}. In this study, we obtain exact formulas for the probability distribution function for the discrete distribution of runs of B's of order k. We obtain longest run statistics, shortest run statistics, and determine the distributions of waiting times and run lengths.
The phenomena of global warming has led to an increase in the average air temperature in temperate climates. Springtime frost damage is becoming more common, and after a period of dormancy, damage to buds, blooms, and developing fruits is greater significant than damage from low winter temperatures. Peaches are a crucial crop among moderate fruits. Spring frost damage in peaches can have a negative effect on crop growth, yield, and quality. It is noteworthy that these plants have evolved defenses against spring frost damage while being exposed to a variety of low temperatures in the early spring. In this current review, recent research advancements on spring frost damage avoidance in peaches were deliberated. Additionally, adaptive mechanisms of peach, such as deacclimation and reacclimation, were emphasized. Moreover, the emerging advancements using various omics approaches revealed the peach physiology and molecular mechanisms comprehensively. Furthermore, the use of chemical products and understanding the spring frost mechanisms through the use of environmental chamber temperature stimulation and infrared thermography studies were also discussed. This review is essential groundwork and paves the way to derive and design future research for agronomists and horticulturalists to overcome the challenges of spring frost damage avoidance and crop management in these circumstances.
Oh, Jaeseong;Yi, Sojeong;Gu, Namyi;Shin, Dongseong;Yu, Kyung-Sang;Yoon, Seo Hyun;Cho, Joo-Youn;Jang, In-Jin
Genomics & Informatics
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v.16
no.3
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pp.52-58
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2018
In this report, we present a case study of how pharmacogenomics and pharmacometabolomics can be useful to characterize safety and pharmacokinetic profiles in early phase new drug development clinical trials. During conducting a first-in-human trial for a new molecular entity, we were able to determine the mechanism of dichotomized variability in plasma drug concentrations, which appeared closely related to adverse drug reactions (ADRs) through integrated omics analysis. The pharmacogenomics screening was performed from whole blood samples using the Affymetrix DMET (Drug-Metabolizing Enzymes and Transporters) Plus microarray, and confirmation of genetic variants was performed using real-time polymerase chain reaction. Metabolomics profiling was performed from plasma samples using liquid chromatography coupled with quadrupole time-of-flight mass spectrometry. A GSTM1 null polymorphism was identified in pharmacogenomics test and the drug concentrations was higher in GSTM1 null subjects than GSTM1 functional subjects. The apparent drug clearance was 13-fold lower in GSTM1 null subjects than GSTM1 functional subjects (p < 0.001). By metabolomics analysis, we identified that the study drug was metabolized by cysteinylglycine conjugation in GSTM functional subjects but those not in GSTM1 null subjects. The incidence rate and the severity of ADRs were higher in the GSTM1 null subjects than the GSTM1 functional subjects. Through the integrated omics analysis, we could understand the mechanism of inter-individual variability in drug exposure and in adverse response. In conclusion, integrated multi-omics analysis can be useful for elucidating the various characteristics of new drug candidates in early phase clinical trials.
Adaptive laboratory evolution (ALE) is an evolutionary engineering approach in artificial conditions that improves organisms through the imitation of natural evolution. Due to the development of multi-level omics technologies in recent decades, ALE can be performed for various purposes at the laboratory level. This review delineates the basics of the experimental design of ALE based on several ALE studies of industrial microbial strains and updates current strategies combined with progressed metabolic engineering, in silico modeling and automation to maximize the evolution efficiency. Moreover, the review sheds light on the applicability of ALE as a strain development approach that complies with non-recombinant preferences in various food industries. Overall, recent progress in the utilization of ALE for strain development leading to successful industrialization is discussed.
Park, Kyunghyuk;Jeon, Min Chul;Kim, Bokyung;Cha, Bukyoung;Kim, Jong-Il
Genomics & Informatics
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v.20
no.1
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pp.2.1-2.11
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2022
The method of single-cell RNA sequencing has been rapidly developed, and numerous experiments have been conducted over the past decade. Their results allow us to recognize various subpopulations and rare cell states in tissues, tumors, and immune systems that are previously unidentified, and guide us to understand fundamental biological processes that determine cell identity based on single-cell gene expression profiles. However, it is still challenging to understand the principle of comprehensive gene regulation that determines the cell fate only with transcriptome, a consequential output of the gene expression program. To elucidate the mechanisms related to the origin and maintenance of comprehensive single-cell transcriptome, we require a corresponding single-cell epigenome, which is a differentiated information of each cell with an identical genome. This review deals with the current development of single-cell epigenomic library construction methods, including multi-omics tools with crucial factors and additional requirements in the future focusing on DNA methylation, chromatin accessibility, and histone post-translational modifications. The study of cellular differentiation and the disease occurrence at a single-cell level has taken the first step with single-cell transcriptome and is now taking the next step with single-cell epigenome.
Herbal medicine, a multi-component treatment, has been extensively practiced for treating various symptoms and diseases. However, its molecular mechanism of action on the human body is unknown, which impedes the development and application of herbal medicine. To address this, recent studies are increasingly adopting systems pharmacology, which interprets pharmacological effects of drugs from consequences of the interaction networks that drugs might have. Most conventional network-based approaches collect associations of herb-compound, compound-target, and target-disease from individual databases, respectively, and construct an integrated network of herb-compound-target-disease to study the complex mechanisms underlying herbal treatment. More recently, rapid advances in high-throughput omics technology have led numerous studies to exploring gene expression profiles induced by herbal treatments to elicit information on direct associations between herbs and genes at the genome-wide scale. In this review, we summarize key databases and computational methods utilized in systems pharmacology for studying herbal medicine. We also highlight recent studies that identify modes of action or novel indications of herbal medicine by harnessing drug-induced transcriptome data.
Rare diseases, even though defined as fewer than 20,000 in South Korea, with over 8,000 rare Mendelian disorders having been identified, they collectively impact 6-8% of the global population. Many of the rare diseases pose significant challenges to patients, patients' families, and the healthcare system. The diagnostic journey for rare disease patients is often lengthy and arduous, hampered by the genetic diversity and phenotypic complexity of these conditions. With the advent of next-generation sequencing technology and clinical implementation of exome sequencing (ES) and genome sequencing (GS), the diagnostic rate for rare diseases is 25-50% depending on the disease category. It is also allowing more rapid new gene-disease association discovery and equipping us to practice precision medicine by offering tailored medical management plans, early intervention, family planning options. However, a substantial number of patients remain undiagnosed, and it could be due to several factors. Some may not have genetic disorders. Some may have disease-causing variants that are not detectable or interpretable by ES and GS. It's also possible that some patient might have a disease-causing variant in a gene that hasn't yet been linked to a disease. For patients who remain undiagnosed, reanalysis of existing data has shown promises in providing new molecular diagnoses achieved by new gene-disease associations, new variant discovery, and variant reclassification, leading to a 5-10% increase in the diagnostic rate. More advanced approach such as long-read sequencing, transcriptome sequencing and integration of multi-omics data may provide potential values in uncovering elusive genetic causes.
CD8+ T cells are activated by TCRs that recognize specific cognate Ags, while NK-cell activation is regulated by a balance between signals from germline-encoded activating and inhibitory NK receptors. Through these different processes of Ag recognition, CD8+ T cells and NK cells play distinct roles as adaptive and innate immune cells, respectively. However, some human CD8+ T cells have been found to express activating or inhibitory NK receptors. CD8+ T-cell populations expressing NK receptors straddle the innate-adaptive boundary with their innate-like features. Recent breakthrough technical advances in multi-omics analysis have enabled elucidation of the unique immunologic characteristics of these populations. However, studies have not yet fully clarified the heterogeneity and immunological characteristics of each CD8+ T-cell population expressing NK receptors. Here we aimed to review the current knowledge of various CD8+ T-cell populations expressing NK receptors, and to pave the way for delineating the landscape and identifying the various roles of these T-cell populations.
Organophosphorus (OP) pesticides, particularly malathion, parathion, diazinon, and chlorpyrifos, are widely used in both agricultural and residential contexts. This refractory quality is shared by certain organ phosphorus insecticides, and it may have unintended consequences for certain non-target soil species. Bioremediation cleans organic and inorganic contaminants using microbes and plants. Organophosphate-hydrolyzing enzymes can transform pesticide residues into non-hazardous byproducts and are increasingly being considered viable solutions to the problem of decontamination. When coupled with system analysis, the multi-omics technique produces important data for functional validation and genetic manipulation, both of which may be used to boost the efficiency of bioremediation systems. RNA-guided nucleases and RNA-guided base editors include zinc-finger nucleases (ZFNs), transcription activator-like effector nucleases (TALENs), and clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR), which are used to alter genes and edit genomes. The review sheds light on key knowledge gaps and suggests approaches to pesticide cleanup using a variety of microbe-assisted methods. Researches, ecologists, and decision-makers can all benefit from having a better understanding of the usefulness and application of systems biology and gene editing in bioremediation evaluations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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