Cherl-Joon Lee;Wonseok Shin;Minsik Song;Seung-Shick Shin;Yujun Park;Kornsorn Srikulnath;Dong Hee Kim;Kyudong Han
Genomics & Informatics
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v.21
no.2
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pp.24.1-24.7
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2023
Assays of clinical diagnosis and species identification using molecular markers are performed according to a quantitative method in consideration of sensitivity, cost, speed, convenience, and specificity. However, typical polymerase chain reaction (PCR) assay is difficult to quantify and have various limitations. In addition, to perform quantitative analysis with the quantitative real-time PCR (qRT-PCR) equipment, a standard curve or normalization using reference genes is essential. Within the last a decade, previous studies have reported that the digital PCR (dPCR) assay, a third-generation PCR, can be applied in various fields by overcoming the shortcomings of typical PCR and qRT-PCR assays. We selected Stilla Naica System (Stilla Technologies), Droplet Digital PCR Technology (Bio-Rad), and Lab on an Array Digital Real-Time PCR analyzer system (OPTOLANE) for comparative analysis among the various droplet digital PCR platforms currently in use commercially. Our previous study discovered a molecular marker that can distinguish Hanwoo species (Korean native cattle) using Hanwoo-specific genomic structural variation. Here, we report the pros and cons of the operation of each dPCR platform from various perspectives using this species identification marker. In conclusion, we hope that this study will help researchers to select suitable dPCR platforms according to their purpose and resources.
Bovine blood, cell, tissue, and organ are used as raw materials for manufacturing biologics such as biopharmaceuticals, tissue-engineered products, and cell therapy. Manufacturing processes for the biologics have the risk of viral contamination. Therefore viral validation is essential in ensuring the safety of the products. Bovine parainfluenza virus type 3 (BPIV3) is one of the common bovine pathogens and has widely been known as a contaminant of biologics. In order to establish the validation system for the BPIV3 safety of biologics, a real-time RT-PCR method was developed for quantitative detection of BPIV3 contamination in raw materials, manufacturing processes, and final products. Specific primers for amplification of BPIV3 RNA was selected, and BPIV3 RNA was quantified by use of SYBR Green I. The sensitivity of the assay was calculated to be 2.8 $TCID_{50}/mL$. The real-time RT-PCR method was validated to be reproducible and very specific to BPIV3. The established real-time RT-PCR assay was successfully applied to the validation of Chinese hamster ovary (CHO) cell artificially infected with BPIV3. BPIV3 RNA could be quantified in CHO cell as well as culture supernatant. Also the real-time RT-PCR assay could detect 7.8 $TCID_{50}/mL$ of BPIV3 artificially contaminated in bovine collagen. The overall results indicated that this rapid, specific, sensitive, and robust assay can be reliably used for quantitative detection of BPIV3 contamination during the manufacture of biologics.
We used suppression subtractive hybridization (SSH) combined with mirror orientation selection (MOS) method to screen differentially expressed genes from red-fleshed kiwifruit 'Hongyang'. As a result, the 288 clones were obtained by subcloning PCR product and 192 clones that showed positive clones on colony PCR analysis were selected. All the positive clones were sequenced. After comparisons with the NCBI/Genbank database using the BLAST search revealed that 30 clones showed sequence similarity to genes from other organisms; 10 clones showed significant sequence similarity to known genes. Among these clones, 3 clones (AcF21, AcF42 and AcF106) had sequence homology to 1-aminicyclopropane-carboxylic acid (ACC)-oxidase (ACO) that known to be related to fruit ripening. The expression patterns of differentially expressed genes were further investigated to validate the SSH data by reverse transcription PCR (RT-PCR) and quantitative real-time PCR (qReal-time PCR) analysis. All the data from qReal-time PCR analysis coincide with the results obtained from RT-PCR analysis. Three clones were expressed at higher levels in 'Hongyang' than 'Hayward'. AcF21 was highly expressed in the other genes at 120 days after full bloom (DAFB) and 160 DAFB of 'Hongyang'.
Lee, Hyo-Jeong;Park, Ki Beom;Han, Yeon Soo;Jeong, Rae-Dong
Research in Plant Disease
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v.27
no.3
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pp.120-127
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2021
Plant viruses cause significant yield losses, continuously compromising crop production and thus representing a serious threat to global food security. Tomato spotted wilt virus (TSWV) is the most harmful plant virus that mainly infects horticultural crops and has a wide host range. Reverse-transcription quantitative real-time PCR (RT-qPCR) has been widely used for detecting TSWV with high sensitivity, but its application is limited owing to the lack of standardization. Therefore, in this study, a sensitive and accurate reverse transcription droplet digital polymerase chain reaction (RT-ddPCR) method was established for TSWV detection. Additionally, we compared the sensitivities of RT-qPCR and RT-ddPCR for TSWV detection. Specificity analysis of RT-ddPCR for TSWV showed no amplification for main pepper viruses and negative control. TSWV transcripts levels measured by RT-ddPCR and RT-qPCR showed a high degree of linearity; however, the former yielded results that were at least 10-fold more sensitive and detected lower TSWV copy numbers than the latter. Collectively, our findings show that RT-ddPCR provides improved analytical sensitivity and specificity for TSWV detection, making it suitable for identifying low TSWV concentrations in field samples.
Housekeeping genes are widely used as internal controls in a variety of study types, including real time RT-PCR, microarrays, Northern analysis and RNase protection assays. However, even commonly used housekeeping genes may vary in stability depending on the cell type or disease being studied. Thus, it is necessary to identify additional housekeeping-type genes that show sample-independent stability. Here, we used statistical analysis to examine a large human microarray database, seeking genes that were stably expressed in various tissues, disease states and cell lines. We further selected genes that were expressed at different levels, because reference and target genes should be present in similar copy numbers to achieve reliable quantitative results. Real time RT-PCR amplification of three newly identified reference genes, CGI-119, CTBP1 and GOLGAl, alongside three well-known housekeeping genes, B2M, GAPD, and TUBB, confirmed that the newly identified genes were more stably expressed in individual samples with similar ranges. These results collectively suggest that statistical analysis of microarray data can be used to identify new candidate housekeeping genes showing consistent expression across tissues and diseases. Our analysis identified three novel candidate housekeeping genes (CGI-119, GOLGA1, and CTBP1) that could prove useful for normalization across a variety of RNA-based techniques.
The filamentous fungus Fusarium graminearum is an important cereal pathogen. Although quantitative realtime PCR (qRT-PCR) is commonly used to analyze the expression of important fungal genes, no detailed validation of reference genes for the normalization of qRT-PCR data has been performed in this fungus. Here, we evaluated 15 candidate genes as references, including those previously described as housekeeping genes and those selected from the whole transcriptome sequencing data. By a combination of three statistical algorithms (BestKeeper, geNorm, and NormFinder), the variation in the expression of these genes was assessed under different culture conditions that favored mycelial growth, sexual development, and trichothecene mycotoxin production. When favoring mycelial growth, GzFLO and GzUBH expression were most stable in complete medium. Both EF1A and GzRPS16 expression were relatively stable under all conditions on carrot agar, including mycelial growth and the subsequent perithecial induction stage. These two genes were also most stable during trichothecene production. For the combined data set, GzUBH and EF1A were selected as the most stable. Thus, these genes are suitable reference genes for accurate normalization of qRT-PCR data for gene expression analyses of F. graminearum and other related fungi.
Kim, Sung-Woong;Lee, Hyo-Jeong;Cho, Kang Hee;Jeong, Rae-Dong
The Plant Pathology Journal
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v.38
no.4
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pp.417-422
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2022
Apple stem grooving virus (ASGV) is a destructive viral pathogen of pome fruit trees that causes significant losses to fruit production worldwide. Obtaining ASGV-free propagation materials is essential to reduce economic losses, and accurate and sensitive detection methods to screen ASGV-free plantlets during in vitro propagation are urgently necessary. In this study, ASGV was sensitively and accurately quantified from in vitro propagated apple plantlets using a reverse transcription droplet digital polymerase chain reaction (RT-ddPCR) assay. The optimized RT-ddPCR assay was specific to other apple viruses, and was at least 10-times more sensitive than RT-real-time quantitative PCR assay. Furthermore, the optimized RT-ddPCR assay was validated for the detection and quantification of ASGV using micropropagated apple plantlet samples. This RT-ddPCR assay can be utilized for the accurate quantitative detection of ASGV infection in ASGV-free certification programs, and can thus contribute to the production of ASGV-free apple trees.
An assay for detecting Apple scar skin viroid (ASSVd) was developed based on nucleic acid sequence based amplification (NASBA) in combination with realtime detection during the amplification process using molecular beacon. The ASSVd specific primers for amplification of the viroid RNA and molecular beacon for detecting the viroid were designed based on highly conserved regions of several ASSVd sequences including Korean isolate. The assay had a detection range of $1{\times}10^4$ to $1{\times}10^{12}$ ASSVd RNA $copies/{\mu}l$ with reproducibility and precision. Following the construction of standard curves based on time to positive (TTP) value for the serial dilutions ranging from $1{\times}10^7$ to $1{\times}10^{12}$ copies of the recombinant plasmid, a standard regression line was constructed by plotting the TTP values versus the logarithm of the starting ASSVd RNA copy number of 10-fold dilutions each. Compared to the established RT-PCR methods, our method was more sensitive for detecting ASSVd. The real-time quantitative NASBA method will be fast, sensitive, and reliable for routine diagnosis and selection of viroid-free stock materials. Furthermore, real-time quantitative NASBA may be especially useful for detecting low levels in apple trees with early viroid-infection stage and for monitoring the influence on tree growth.
Calcium-dependent protein kinases (CDPKs) are known to be involved in regulating plant responses to abiotic stresses such as salinity, cold temperature and dehydration,. Although CDPKs constitute a large multigene family consisting of 31 genes in rice, only a few rice CDPKs' functions have been identified. Therefore, in order to elucidate the functions of OsCPK11 in rice, this study was intended to focus on the expression pattern analysis of OsCPK11 in wild type and ND0001 oscpk11 mutant plants under these abiotic stresses. For the salt, cold and drought stress treatment, seedlings were exposed to 200 mM NaCl, 4℃ and 20% PEG 6,000, respectively. RT-PCR and quantitative real-time PCR were performed to determine the expression patterns of OsCPK11 in wild type and ND0001 mutant plants. RT-PCR results showed that OsCPK11 transcripts in the wild type and heterozygous mutant were detected, but not in the homozygous mutant. Real-time PCR results showed that relative expression of OsCPK11 of wild type plants was increased and reached to the highest level at 24 hr, at 6 hr and at 24 hr under salt, cold and drought stress conditions, respectively. Relative expression of OsCPK11 of ND0001 homozygous plant was significantly reduced compared to that of wild type. These results suggested that oscpk11 homozygous mutant knocks out OsCPK11 and OsCPK11 might be involved in salt, cold and drought stress signaling by regulating its gene expression.
Tirumalareddy Danda;Jong-Won Park;Kimberly L. Timmons;Mamoudou Setamou;Eliezer S. Louzada;Madhurababu Kunta
The Plant Pathology Journal
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v.39
no.4
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pp.309-318
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2023
Huanglongbing (HLB) is one of the most destructive diseases in citrus, which imperils the sustainability of citriculture worldwide. The presumed causal agent of HLB, 'Candidatus Liberibacter asiaticus' (CLas) is a non-culturable phloem-limited α-proteobacterium transmitted by Asian citrus psyllids (ACP, Diaphorina citri Kuwayama). A widely adopted method for HLB diagnosis is based on quantitative real-time polymerase chain reaction (qPCR). Although HLB diagnostic qPCR provides high sensitivity and good reproducibility, it is limited by time-consuming DNA preparation from plant tissue or ACP and the requirement of proper lab instruments including a thermal cycler to conduct qPCR. In an attempt to develop a quick assay that can be deployed in the field for CLas detection, we developed a real-time loop-mediated isothermal amplification (rt-LAMP) assay by targeting the CLas five copy nrdB gene. The rt-LAMP assay using various plant sample types and psyllids successfully detected the nrdB target as low as ~2.6 Log10 copies. Although the rt-LAMP assay was less sensitive than laboratory-based qPCR (detection limit ~10 copies), the data obtained with citrus leaf and bark and ACP showed that the rt-LAMP assay has >96% CLas detection rate, compared to that of laboratory-based qPCR. However, the CLas detection rate in fibrous roots was significantly decreased compared to qPCR due to low CLas titer in some root DNA sample. We also demonstrated that the rt-LAMP assay can be used with a crude leaf DNA extract which is fully deployable in the field for quick and reliable HLB screening.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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