Kim, Yoon-Jung;Moon, Myung-Hee;Lee, Jae-Sun;Hong, Soon-Kwang;Chang, Yong-Keun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.21
no.9
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pp.979-987
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2011
Culture pH change has some important roles in signal transduction and secondary metabolism. We have already reported that acidic pH shock enhanced actinorhodin production in Streptomyces coelicolor. Among many potential governing factors on pH variation, the putative $Na^+/H^+$ antiporter (sha) genes in S. coelicolor have been investigated in this study to elucidate the association of the sha on pH variation and secondary metabolism. Through the transcriptional analysis and overexpression experiments on 8 sha genes, we observed that most of the sha expressions were promoted by pH shock, and in the opposite way the pH changes and actinorhodin production were enhanced by the overexpression of each sha. We also confirmed that sha8 especially has a main role in maintaining cell viability and pH homeostasis through $Na^+$ extrusion, in salt effect experiment under the alkaline medium condition by deleting sha8. Moreover, this gene was observed to have a function of pH recovery after pH variation such as the pH shock, being able to cause the sporulation. However, actinorhodin production was not induced by the only pH recovery. The sha8 gene could confer on the host cell the ability to recover pH to the neutral level after pH variation like a pH drop. Sporulation was closely associated with this pH recovery caused by the action of sha8, whereas actinorhodin production was not due to such pH variation patterns alone.
Fungal sectorization is a complex trait that is still not fully understood. The unique phenotypic changes in sporadic sectorization in mutants of CpBck1, a mitogen-activated protein kinase kinase kinase (MAPKKK) gene, and CpSlt2, a mitogen-activated protein kinase (MAPK) gene, in the cell wall integrity pathway of the chestnut blight fungus Cryphonectria parasitica have been previously studied. Although several environmental and physiological factors cause this sectoring phenotype, genetic variants can also impact this complex morphogenesis. Therefore, RNA sequencing analysis was employed to identify candidate genes associated with sectorization traits and understand the genetic mechanism of this phenotype. Transcriptomic analysis of CpBck1 and CpSlt2 mutants and their sectored progeny strains revealed a number of differentially expressed genes (DEGs) related to various cellular processes. Approximately 70% of DEGs were common between the wild-type and each of CpBck1 and CpSlt2 mutants, indicating that CpBck1 and CpSlt2 are components of the same MAPK pathway, but each component governs specific sets of genes. Functional description of the DEGs between the parental mutants and their sectored progenies revealed several key pathways, including the biosynthesis of secondary metabolites, translation, amino acid metabolism, and carbohydrate metabolism; among these, pathways for secondary metabolism and translation appeared to be the most common pathway. The results of this comparative study provide a better understanding of the genetic regulation of sector formation and suggest that complex several regulatory pathways result in interplays between secondary metabolites and morphogenesis.
Fungal secondary metabolites constitute a wide variety of compounds which either playa vital role in agricultural, pharmaceutical and industrial contexts, or have devastating effects on agriculture, animal and human affairs by virtue of their toxigenicity. Owing to their beneficial and deleterious characteristics, these complex compounds and the genes responsible for their synthesis have been the subjects of extensive investigation by microbiologists and pharmacologists. A majority of the fungal secondary metabolic genes are classified as type I polyketide synthases (PKS) which are often clustered with other secondary metabolism related genes. In this review we discuss on the significance of our recent discovery of chalcone synthase (CHS) genes belonging to the type III PKS superfamily in an industrially important fungus, Aspergillus oryzae. CHS genes are known to playa vital role in the biosynthesis of flavonoids in plants. A comparative genome analyses revealed the unique character of A. oryzae with four CHS-like genes (csyA, csyB, csyC and csyD) amongst other Aspergilli (Aspergillus nidulans and Aspergillus fumigatus) which contained none of the CHS-like genes. Some other fungi such as Neurospora crassa, Fusarium graminearum, Magnaporthe grisea, Podospora anserina and Phanerochaete chrysosporium also contained putative type III PKSs, with a phylogenic distinction from bacteria and plants. The enzymatically active nature of these newly discovered homologues is expected owing to the conservation in the catalytic residues across the different species of plants and fungi, and also by the fact that a majority of these genes (csyA, csyB and csyD) were expressed in A. oryzae. While this finding brings filamentous fungi closer to plants and bacteria which until recently were the only ones considered to possess the type III PKSs, the presence of putative genes encoding other principal enzymes involved in the phenylpropanoid and flavonoid biosynthesis (viz., phenylalanine ammonia-lyase, cinnamic acid hydroxylase and p-coumarate CoA ligase) in the A. oryzae genome undoubtedly prove the extent of its metabolic diversity. Since many of these genes have not been identified earlier, knowledge on their corresponding products or activities remain undeciphered. In future, it is anticipated that these enzymes may be reasonable targets for metabolic engineering in fungi to produce agriculturally and nutritionally important metabolites.
Proceedings of the Korean Society of Plant Biotechnology Conference
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2002.04a
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pp.19-25
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2002
Biotechnology in the 21st century will be driven by three emerging technologies: genomics, high-throughput biology, and bioinformatics. These technologies are complementary to one another. A large number of economically important crops are currently subjected to whole genome sequencing. Functional genomics for determining the functions of the genes comprising the given plant genome is under progress by using various means including phenotyping data from transgenic mutants, gene expression profiling data from DNA microarrays, and metabolic profiling data from LC/mass analysis. The aim of plant molecular breeding is shifting from introducing agronomic traits such as herbicide and insect resistance to introducing quality traits such as healthful oils and proteins, which will lead to improved and nutritional food and feed products. Plant molecular breeding is also expected to aim to develop crops for producing human therapeutic and industrial proteins.
Brassica oleraceae var capitata is a member of the Brassicaceae family and is widely used as an horticultural crop. In the present study, transcriptome analysis of B. oleraceae L. var capitata was done for the first time using eight-week old seedlings treated with $50{\mu}m$ MeJA, versus mock-treated samples. The complete transcripts for both samples were obtained using the GS-FLX sequencer. Overall, we obtained 275,570 and 266,457 reads from seedlings treated with or without $50{\mu}m$ MeJA, respectively. All the obtained reads were annotated using biological databases and functionally classified using gene ontology (GO), the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomics (KEGG). By using GO analyses, putative transcripts were examined in terms of biotic and abiotic stresses, cellular component organization, biogenesis, and secondary metabolic processes. The KEGG pathways for most of the transcripts were involved in carbohydrate metabolism, energy metabolism, and secondary metabolite synthesis. In order to double the sequenced data, we randomly chose two putative genes involved in terpene biosynthetic pathways and studied their transcript patterns under MeJA treatment. This study will provide us a platform to further characterize the genes in B. oleracea var capitata.
Biotechnology in the 21st century will be driven by three emerging technologies: genomics, high-throughput biology, and bioinformatics. These technologies are complementary to one another. A large number of economically important crops are currently subjected to whole genome sequencing. Functional genomics for determining the functions of the genes comprising the given plant genome is under progress by using various means including phenotyping data from transgenic mutants, gene expression profiling data from DNA microarrays, and metabolic profiling data from LC/mass analysis. The aim of plant molecular breeding is shifting from introducing agronomic traits such as herbicide and insect resistance to introducing quality traits such as healthful oils and proteins, which will lead to improved and nutritional food and feed products. Plant molecular breeding is also expected to aim to develop crops for producing human therapeutic and industrial proteins.
Studies were carried out to explore the influence of dietary protein level on bone metabolism in uninephrectomized rat (experimental renal failure model) when dietary Ca and P contents were equal. Male rats were uninephrectomized or sham operated and fed 8%, 15% and 40% casein diets for 24 weeks. Ca and P contents of the all diet were 0.4% and 0.6% respectively. The results are summarized as follows. We did not found any significant difference in PTH and Ca level of the serum, Ca intake and Ca excretion among the experimental groups. There was significant positive correlation between the PTH and phosphate level. There was significant inverse correlation between serum Ca and creatinine level. The effect of the dietary protein level and renal mass loss on density and Ca contents of the bone were small and different according to the kinds of the bone. Low protein diet was associated with a significant enhancement of scapular density. Femur and vertebra density, however, were not influenced by dietary protein level and uninephrectomy. Light microscopic examination showed several calcified foci in the kidney in all experimental groups. Low protein diets have been used for a long time in the conservative management of chronic renal failure as they have a beneficial effect in preventing the appearance of symptoms. This study elucidated that part of beneficial effects of the low protein diet related to the suppression of the hyperphosphatemia. And these results, even though uninephrectomized rats fed high protein diet, the secondary hyperparathyroidism is supressed by the regulation of the P level. Therefore this study emphasized the need to pay more attention to the regulation of dietary P level as well as dietary protein content in chronic renal failure. (Korean J Nutrition 34(4): 359∼366, 2001)
In order to identify secondary metabolites, the root of Brassica rapa was extracted with 80% aqueous MeOH, and the concentrated extract was partitioned with EtOAc, n-BuOH and $H_2O$. From the EtOAc and n-BuOH fractions, four secondary metabolites were isolated through the repeated silica gel and octadecyl silica gel (ODS) column chromatographies. From the result of spectroscopic data including NMR and MS, the chemical structures of the compounds were determined as 4-(methoxymethyl)phenol (1), ${\alpha}$-methoxy-2,5-furandimethanol (2), phenyl-${\beta}$-D-glucopyranoside (3), and 2-phenylethyl-${\beta}$-D-glucopyranoside (4). They were isolated for the first time from Brassica rapa.
As a global regulatory gene in Streptomyces, afsR can activate the biosynthesis of many secondary metabolites. The effect of afsR on the biosynthesis of a phenazine metabolite, lomofungin, was studied in Streptomyces lomondensis S015. There was a 2.5-fold increase of lomofungin production in the afsR-overexpressing strain of S. lomondensis S015 N1 compared with the wild-type strain. Meanwhile, the transcription levels of afsR and two important genes involved in the biosynthesis of lomofungin (i.e., phzC and phzE) were significantly upregulated in S. lomondensis S015 N1. The optimization of metal chlorides was investigated to further increase the production of lomofungin in the afsR-overexpressing strain. The addition of different metal chlorides to S. lomondensis S015 N1 cultivations showed that CaCl2, FeCl2, and MnCl2 led to an increase in lomofungin biosynthesis. The optimum concentrations of these metal chlorides were obtained using response surface methodology. CaCl2 (0.04 mM), FeCl2 (0.33 mM), and MnCl2 (0.38 mM) gave a maximum lomofungin production titer of 318.0 ± 10.7 mg/l, which was a 4.1-fold increase compared with that of S. lomondensis S015 N1 without the addition of a metal chloride. This work demonstrates that the biosynthesis of phenazine metabolites can be induced by afsR. The results also indicate that metal chlorides addition might be a simple and useful strategy for improving the production of other phenazine metabolites in Streptomyces.
Secondary metabolites from the fruit body of Phellinus linteus were evaluated for their proliferative effect on human osteoblast-like cells. 3-[4,5-Dimethylthiazole-2-y1]-2,5-diphenyl-tetraxolium bromide (MTT) assay and alkaline phosphatase (ALP) activity assay were used to assess the effect those isolates on the human osteoblast-like cell line (Saos-2). Activity-guided fractionation led to the isolation of ALP-activating phenolic compounds through the extraction of P. linteus, solvent partitioning, and repeated silica gel and octadecyl silica gel (ODS) column chromatographic separations. From the result of spectroscopic data including nuclear magnetic resonance (NMR), mass spectrometry (MS), and infrared spectroscopy (IR), the chemical structures of the compounds were determined as 4-(4-hydroxyphenyl)-3-buten-2-one(1), 2-(3',4'-dihydroxyphenyl)-1,3-benzodioxole-5-aldehyde (2), 4-(3,4-dihydroxyphenyl)-3-buten-2-one (3), 3,4-dihydroxybenzaldehyde (4), and protocatechuic acid methyl ester (5), respectively. This study reports the first isolation of compounds 1-3 and 5 from P. linteus. In addition, all phenolic compounds stimulated proliferation of the osteoblast-like cells and increased their ALP activity in a dose-dependent manner ($10^{-8}$ to $10^{-1}\;mg/mL$). The present data demonstrate that phenolic compounds in P. linteus stimulated mineralization in bone formation caused by osteoporosis. The bone-formation effect of P. linteus seems to be mediated, at least partly, by the stimulating effect of the phenolic compounds on the growth of osteoblasts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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