The efficacy of plant breeding has been enhanced by application of molecular markers in population screening and selection. Pepper (Capsicum annuum L.) is a major staple crop that is economically important with worldwide distribution. It is valued for its spicy taste and medicinal effect. The aim of this study was to discover single nucleotide polymorphisms (SNPs), microsatellite markers information, and percentage sharing through orthologous analysis of pepper-specific pungency-related genes. Here, we report the results of transcriptome analysis and microsatellite markers for four pepper varieties that possess a pungency-related gene. Orthologous analyses was performed to identify species-specific pungency-related genes in pepper, Arabidopsis thaliana L., potato (Solanum tuberosum L.), and tomato (Solanum lycopersicum L.). Advancements in next-generation sequencing technologies enabled us to quickly and cost-effectively assemble and characterize genes to select molecular markers in various organisms, including pepper. We identified a total of 9762, 7302, 8596, and 6886 SNPs for the four pepper cultivars Blackcluster, Mandarine, Saengryeg 211, and Saengryeg 213, respectively. We used 454 GS-FLX pyrosequencing to identify microsatellite markers and tri-nucleotide repeats (54.4%), the most common repeats, followed by di-, hexa-, tetra-, and penta-nucleotide repeats. A total of 5156 (15.9%) pepper-specific pungency-related genes were discovered as a result of orthologous analysis.
Pre-mRNA splicing further increases protein diversity acquired through evolution. The underlying driving forces for this phenomenon are unknown, especially in terms of gene expression. A rice alternatively spliced transcript detection microarray (ASDM) and RNA sequencing (RNA-Seq) were applied to differentiate the transcriptome of 4 representative organs of Oryza sativa L. cv. Ilmi: leaves, roots, 1-cm-stage panicles and young seeds at 21 days after pollination. Comparison of data obtained by microarray and RNA-Seq showed a bell-shaped distribution and a co-lineation for highly expressed genes. Transcripts were classified according to the degree of organ enrichment using a coefficient value (CV, the ratio of the standard deviation to the mean values): highly variable (CVI), variable (CVII), and constitutive (CVIII) groups. A higher index of the portion of loci with alternatively spliced transcripts in a group (IAST) value was observed for the constitutive group. Genes of the highly variable group showed the characteristics of the examined organs, and alternatively spliced transcripts tended to exhibit the same organ specificity or less organ preferences, with avoidance of 'organ distinctness'. In addition, within a locus, a tendency of higher expression was found for transcripts with a longer coding sequence (CDS), and a spliced intron was the most commonly found type of alternative splicing for an extended CDS. Thus, pre-mRNA splicing might have evolved to retain maximum functionality in terms of organ preference and multiplicity.
Background: Domestic yaks are the most important livestock species on the Qinghai-Tibetan Plateau. Adult female yaks normally breed in the warm season (July to September) and enter anestrous in the cold season (November to April). Nevertheless, it is unclear how ovarian activity is regulated at the molecular level. Objectives: The peculiarities of yak reproduction were assessed to explore the molecular mechanism of postpartum anestrus ovaries in yaks after pregnancy and parturition. Methods: Sixty female yaks with calves were observed under natural grazing in Haiyan County, Qinghai Province. Three yak ovaries in pregnancy and postpartum anestrus were collected. RNA sequencing and quantitative proteomics were employed to analyze the pregnancy and postpartum ovaries after hypothermia to identify the genes and proteins related to the postpartum ovarian cycle. Results: The results revealed 841 differentially expressed genes during the postpartum hypoestrus cycle; 347 were up-regulated and 494 genes were down-regulated. Fifty-seven differential proteins were screened: 38 were up-regulated and 19 were down-regulated. The differential genes and proteins were related to the yak reproduction process, rhythm process, progesterone-mediated oocyte maturation, PI3K/AKT signaling pathway, and MAPK signaling pathway categories. Conclusions: Transcriptome and proteomic sequencing approaches were used to investigate postpartum anestrus and pregnancy ovaries in yaks. The results confirmed that BHLHE40, SF1IX1, FBPX1, HSPCA, LHCGR, BMP15, and ET-1R could affect postpartum hypoestrus and control the state of estrus.
Jung Ho Lee;Brian H Lee;Soyoung Jeong;Christine Suh-Yun Joh;Hyo Jeong Nam;Hyun Seung Choi;Henry Sserwadda;Ji Won Oh;Chung-Gyu Park;Seon-Pil Jin;Hyun Je Kim
Genomics & Informatics
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v.21
no.2
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pp.18.1-18.11
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2023
Immunologists have activated T cells in vitro using various stimulation methods, including phorbol myristate acetate (PMA)/ionomycin and αCD3/αCD28 agonistic antibodies. PMA stimulates protein kinase C, activating nuclear factor-κB, and ionomycin increases intracellular calcium levels, resulting in activation of nuclear factor of activated T cell. In contrast, αCD3/αCD28 agonistic antibodies activate T cells through ZAP-70, which phosphorylates linker for activation of T cell and SH2-domain-containing leukocyte protein of 76 kD. However, despite the use of these two different in vitro T cell activation methods for decades, the differential effects of chemical-based and antibody-based activation of primary human T cells have not yet been comprehensively described. Using single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) technologies to analyze gene expression unbiasedly at the single-cell level, we compared the transcriptomic profiles of the non-physiological and physiological activation methods on human peripheral blood mononuclear cell-derived T cells from four independent donors. Remarkable transcriptomic differences in the expression of cytokines and their respective receptors were identified. We also identified activated CD4 T cell subsets (CD55+) enriched specifically by PMA/ionomycin activation. We believe this activated human T cell transcriptome atlas derived from two different activation methods will enhance our understanding, highlight the optimal use of these two in vitro T cell activation assays, and be applied as a reference standard when analyzing activated specific disease-originated T cells through scRNA-seq.
Hong Ju Lee;Hwa Kyoung Shin;Ji-Hwan Kim;Byung Tae Choi
Journal of Pharmacopuncture
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v.27
no.2
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pp.162-171
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2024
Objectives: Electroacupuncture (EA) has been demonstrated to aid stroke recovery. However, few investigations have focused on identifying the potent molecular targets of EA by comparing EA stimulation between naïve and disease models. Therefore, this study was undertaken to identify the potent molecular therapeutic mechanisms underlying EA stimulation in ischemic stroke through a comparison of mRNA sequencing data obtained from EA-treated naïve control and ischemic stroke mouse models. Methods: Using both naïve control and middle cerebral artery occlusion (MCAO) mouse models, EA stimulation was administered at two acupoints, Baihui (GV20) and Dazhui (GV14), at a frequency of 2 Hz. Comprehensive assessments were conducted, including behavioral evaluations, RNA sequencing to identify differentially expressed genes (DEGs), functional enrichment analysis, protein-protein interaction (PPI) network analysis, and quantitative real-time PCR. Results: EA stimulation ameliorated the ischemic insult-induced motor dysfunction in mice with ischemic stroke. Comparative analysis between control vs. MCAO, control vs. control + EA, and MCAO vs. MCAO + EA revealed 4,407, 101, and 82 DEGs, respectively. Of these, 30, 7, and 1 were common across the respective groups. Gene Ontology (GO) and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathway analyses revealed upregulated DEGs associated with the regulation of inflammatory immune response in the MCAO vs. MCAO + EA comparison. Conversely, downregulated DEGs in the control vs. control + EA comparison were linked to neuronal development. PPI analysis revealed major clustering related to the regulation of cytokines, such as Cxcl9, Pcp2, Ccl11, and Cxcl13, in the common DEGs of MCAO vs. MCAO + EA, with Esp8l1 identified as the only common downregulated DEG in both EA-treated naïve and ischemic models. Conclusion: These findings underscore the diverse potent mechanisms of EA stimulation between naïve and ischemic stroke mice, albeit with few overlaps. However, the potent mechanisms underlying EA treatment in ischemic stroke models were associated with the regulation of inflammatory processes involving cytokines.
Objective: Rare study of the non-coding and regulatory regions of the genome limits our ability to decode the mechanisms of fatty liver hemorrhage syndrome (FLHS) in chickens. Methods: Herein, we constructed the high-fat diet-induced FLHS chicken model to investigate the genome-wide active enhancers and transcriptome by H3K27ac target chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-seq) and RNA sequencing (RNA-Seq) profiles of normal and FLHS liver tissues. Concurrently, an integrative analysis combining ChIP-seq with RNA-Seq and a comparative analysis with chicken FLHS, rat non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) and human NAFLD at the transcriptome level revealed the enhancer and super enhancer target genes and conservative genes involved in metabolic processes. Results: In total, 56 and 199 peak-genes were identified in upregulated peak-genes positively regulated by H3K27ac (Cor (peak-gene correlation) ≥0.5 and log2(FoldChange) ≥1) (PP) and downregulated peak-genes positively regulated by H3K27ac (Cor (peak-gene correlation) ≥0.5 and log2(FoldChange)≤-1) (PN), respectively; then we screened key regulatory targets mainly distributing in lipid metabolism (PCK1, APOA4, APOA1, INHBE) and apoptosis (KIT, NTRK2) together with MAPK and PPAR signaling pathway in FLHS. Intriguingly, PCK1 was also significantly covered in up-regulated super-enhancers (SEs), which further implied the vital role of PCK1 during the development of FLHS. Conclusion: Together, our studies have identified potential therapeutic biomarkers of PCK1 and elucidated novel insights into the pathogenesis of FLHS, especially for the epigenetic perspective.
Won, So Youn;Kim, Jung Sun;Kang, Sang-Ho;Sohn, Seong-Han
Journal of Plant Biotechnology
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v.43
no.3
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pp.272-280
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2016
Chrysanthemum is one of the top floriculture species with ornamental and medicinal value. Although chrysanthemum breeding program has contributed to the development of various cultivars so far, it needs to be advanced from the traditional phenotype-based selection to marker-assisted selection (molecular breeding) as shown in major cereal and vegetable crops. Molecular breeding relies on trait-linked molecular markers identified from genetic, molecular, and genomic studies. However, these studies in chrysanthemum are significantly hampered by the reproductive, genetic, and genomic properties of chrysanthemum such as self-incompatibility, inbreeding depression, allohexaploid, heterozygosity, and gigantic genome size. Nevertheless, several genetic studies have constructed genetic linkage maps and identified molecular markers linked to important traits of flower, leaf, and plant architecture. With progress in sequencing technology, chrysanthemum transcriptome has been sequenced to construct reference gene set and identify genes responsible for developments or induced by biotic or abiotic stresses. Recently, a genome sequencing project has been launched on a diploid wild Chrysanthemum species. The massive sequencing information would serve as fundamental resources for molecular breeding of chrysanthemum. In this review, we summarized the current status of molecular genetics and genomics in chrysanthemum and briefly discussed future prospects.
Al-Daoude, Antonious;Shoaib, Amina;Al-Shehadah, Eyad;Jawhar, Mohammad;Arabi, Mohammad Imad Eddin
The Plant Pathology Journal
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v.30
no.4
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pp.425-431
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2014
Leaf scald caused by the infection of Rhynchosporium secalis, is a worldwide crop disease resulting in significant loss of barley yield. In this study, a systematic sequencing of expressed sequence tags (ESTs) was chosen to obtain a global picture of the assembly of genes involved in pathogenesis. To identify a large number of plant ESTs, which are induced at different time points, an amplified fragment length polymorphism (AFLP) display of complementary DNA (cDNA) was utilized. Transcriptional changes of 140 ESTs were observed, of which 19 have no previously described function. Functional annotation of the transcripts revealed a variety of infection-induced host genes encoding classical pathogenesis-related (PR) or genes that play a role in the signal transduction pathway. The expression analyses by a semi-quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) revealed that Rar1 and Rpg4 are defense inducible genes, and were consistent with the cDNA-AFLP data in their expression patterns. Hence, the here presented transcriptomic approach provides novel global catalogue of genes not currently represented in the EST databases.
A new strain of Pseudomonas sp. was isolated from mercury (Hg)-contaminated sites in Taiwan. This bacterium removed more than 80% of Hg present in the culture medium at 12 h incubation and was chosen for further analysis of the molecular mechanisms of Hg tolerance/removal abilities in this Pseudomonas sp. We used RNA-seq, one of the next-generation sequencing methods, to investigate the transcriptomic responses of the Pseudomonas sp. exposed to 60 mg/L of Hg2+. We de novo assembled 4,963 contigs, of which 10,533 up-regulated genes and 5,451 down-regulated genes were found to be regulated by Hg. The 40 genes most altered in expression levels were associated with tolerance to Hg stress and metabolism. Functional analysis showed that some Hg-tolerant genes were related to the mer operon, sulfate uptake and assimilation, the enzymatic antioxidant system, the HSP gene family, chaperones, and metal transporters. The transcriptome were analyzed further with Gene Ontology (GO) and Cluster of Orthologous Groups (COGs) of proteins and showed diverse biological functions and metabolic pathways under Hg stress.
Cell-free nucleic acids (cf-NAs) originate in trophoblasts and are detected in the maternal plasma. Using innovative bioinformatic technologies such as next-generation sequencing, cf-NAs in the maternal plasma have been rapidly applied in prenatal genetic screening for fetal aneuploidy. Amniotic fluid is a complex and dynamic fluid that provides growth factors and protection to the fetus. In 2001, the presence of cf-NA in amniotic fluid was reported. Amniotic fluid is in direct contact with the fetus and is derived from fetal urine and maternal and fetal plasma. Therefore, these genetic materials have been suggested to reflect fetal health and provide real-time genetic information regarding fetal development. Recently, several studies evaluated the global gene expression changes of amniotic fluid cell-free RNA according to gestational age. In addition, by analyzing the transcriptome in the amniotic fluid of fetal aneuploidy, potential key pathways and novel biomarkers for fetal chromosomal aneuploidy were identified. Here, we review the current knowledge of cell-free RNA in amniotic fluid and suggest future research directions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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