Ruonan, Chen;Kai, Liao;Herong, Liao;Li, Zhang;Haixuan, Zhao;Jie, Sun
Animal Bioscience
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v.36
no.2
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pp.175-190
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2023
Objective: The study was conducted to screen differentially expressed long noncoding RNA (lncRNA) in chickens by high-throughput sequencing and explore its mechanism of action on intramuscular fat deposition. Methods: Herein, Rose crown and Cbb broiler chicken embryo breast and leg muscle lncRNA and mRNA expression profiles were constructed by RNA sequencing. A total of 96 and 42 differentially expressed lncRNAs were obtained in Rose crown vs Cobb broiler chicken breast and leg muscle, respectively. lncRNA-ENSGALT00000046546, with high interspecific variability and a potential regulatory role in lipid metabolism, and its predicted downstream target gene 1-acylglycerol-3-phosphate-O-acyltransferase 2 (AGPAT2), were selected for further study on the preadipocytes. Results: lncRNA-46546 overexpression in chicken preadipocyte 2 cells significantly increased (p<0.01) the expression levels of AGPAT2 and its downstream genes diacylglycerol acyltransferase 1 and diacylglycerol acyltransferase 2 and those of the fat metabolism-related genes peroxisome proliferator-activated receptor γ, CCAAT/enhancer binding protein α, fatty acid synthase, sterol regulatory element-binding transcription factor 1, and fatty acid binding protein 4. The lipid droplet concentration was higher in the overexpression group than in the control cells, and the triglyceride content in cells and medium was also significantly increased (p<0.01). Conclusion: This study preliminarily concludes that lncRNA-46546 may promote intramuscular fat deposition in chickens, laying a foundation for the study of lncRNAs in chicken early embryonic development and fat deposition.
Jeewan Chun;Ji-Hoi Moon;Kyu Hwan Kwack;Eun-Young Jang;Saebyeol Lee;Hak Kyun Kim;Jae-Hyung Lee
BMB Reports
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v.57
no.5
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pp.232-237
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2024
This study investigated how adipose tissue-derived mesenchymal stem cells (AT-MSCs) respond to chondrogenic induction using droplet-based single-cell RNA sequencing (scRNA-seq). We analyzed 37,219 high-quality transcripts from control cells and cells induced for 1 week (1W) and 2 weeks (2W). Four distinct cell clusters (0-3), undetectable by bulk analysis, exhibited varying proportions. Cluster 1 dominated in control and 1W cells, whereas clusters (3, 2, and 0) exclusively dominated in control, 1W, and 2W cells, respectively. Furthermore, heterogeneous chondrogenic markers expression within clusters emerged. Gene ontology (GO) enrichment analysis of differentially expressed genes unveiled cluster-specific variations in key biological processes (BP): (1) Cluster 1 exhibited up-regulation of GO-BP terms related to ribosome biogenesis and translational control, crucial for maintaining stem cell properties and homeostasis; (2) Additionally, cluster 1 showed up-regulation of GO-BP terms associated with mitochondrial oxidative metabolism; (3) Cluster 3 displayed up-regulation of GO-BP terms related to cell proliferation; (4) Clusters 0 and 2 demonstrated similar up-regulation of GO-BP terms linked to collagen fibril organization and supramolecular fiber organization. However, only cluster 0 showed a significant decrease in GO-BP terms related to ribosome production, implying a potential correlation between ribosome regulation and the differentiation stages of AT-MSCs. Overall, our findings highlight heterogeneous cell clusters with varying balances between proliferation and differentiation before, and after, chondrogenic stimulation. This provides enhanced insights into the single-cell dynamics of AT-MSCs during chondrogenic differentiation.
Genome-wide studies provide considerable insights into the genetic background of animals; however, the inheritance of several heritable factors cannot be elucidated. Epigenetics explains these heritabilities, including those of genes influenced by environmental factors. Knowledge of the mechanisms underlying epigenetics enables understanding the processes of gene regulation through interactions with the environment. Recently developed next-generation sequencing (NGS) technologies help understand the interactional changes in epigenetic mechanisms. There are large sets of NGS data available; however, the integrative data analysis approaches still have limitations with regard to reliably interpreting the epigenetic changes. This review focuses on the epigenetic mechanisms and profiling methods and multi-omics integration methods that can provide comprehensive biological insights in animal genetic studies.
Single-cell research has provided a breakthrough in biology to understand heterogeneous cell groups, such as tissues and organs, in development and disease. Molecular barcoding and subsequent sequencing technology insert a single-cell barcode into isolated single cells, allowing separation cell by cell. Given that multimodal information from a cell defines precise cellular states, recent technical advances in methods focus on simultaneously extracting multimodal data recorded in different biological materials (DNA, RNA, protein, etc.). This review summarizes recently developed single-cell multiomics approaches regarding genome, epigenome, and protein profiles with the transcriptome. In particular, we focus on how to anchor or tag molecules from a cell, improve throughputs with sample multiplexing, and record lineages, and we further discuss the future developments of the technology.
Cryopreservation and thawing of PBMCs are inevitable processes in expanding the scale of experiments in human immunology. Here, we carried out a fundamental study to investigate the detailed effects of PBMC cryopreservation and thawing on transcriptomes. We sorted Tregs from fresh and cryopreserved/thawed PBMCs from an identical donor and performed single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq). We found that the cryopreservation and thawing process minimally affects the key molecular features of Tregs, including FOXP3. However, the cryopreserved and thawed sample had a specific cluster with up-regulation of genes for heat shock proteins. Caution may be warranted in interpreting the character of any cluster of cells with heat shock-related properties when cryopreserved and thawed samples are used for scRNA-seq.
Bacillus amyloliquefaciens is an important plant disease-preventing and growth-promoting microorganism. B. amyloliquefaciens WS-8 can stimulate plant growth and has strong antifungal properties. In this study, we sequenced the complete genome of B. amyloliquefaciens WS-8 by Pacific Biosciences RSII (PacBio) Single Molecule Real-Time (SMRT) sequencing. The genome consists of one chromosome (3,929,787 bp) and no additional plasmids. The main bacteriostatic substances were determined by genome, transcriptome, and mass spectrometry data. We thereby laid a theoretical foundation for the utilization of the strain. By genomic analysis, we identified 19 putative biosynthetic gene clusters for secondary metabolites, most of which are potentially involved in the biosynthesis of numerous bioactive metabolites, including difficidin, fengycin, and surfactin. Furthermore, a potential class II lanthipeptide biosynthetic gene cluster and genes that are involved in auxin biosynthesis were found. Through the analysis of transcriptome data, we found that the key bacteriostatic genes, as predicted in the genome, exhibited different levels of mRNA expression. Through metabolite isolation, purification, and exposure experiments, we found that a variety of metabolites of WS-8 exert an inhibitory effect on the necrotrophic fungus Botrytis cinerea, which causes gray mold; by mass spectrometry, we found that the main substances are mainly iturins and fengycins. Therefore, this strain has the potential to be utilized as an antifungal agent in agriculture.
The nucleosomal organization of chromatin using histone proteins is a fundamental and ubiquitous feature of eukaryotic nuclei, with the major exception of dinoflagellates. Although a number of recent genomic and transcriptomic analyses have detected numerous histone genes in dinoflagellates, little is known about their expression. Here in, we aimed to investigate the expression pattern of histone genes under nutritional stress, and an attempt was made to detect histone expression at the protein level in Alexandrium pacificum. The presence of histones at the mRNA level was confirmed in this study by the amplification, cloning, and sequencing of 10 different genes. Relative expression profiling of these genes under different growth conditions was determined with real-time PCR and revealed considerable levels of histone transcription in nutritionally stressed cells. We were unable to detect the expression of histones at the protein level even after immunodetection and analysis using mass spectrometry, although a histone-like protein was detected as a major nuclear component. A. pacificum expresses multiple variants of histone, and protein sequences revealed both conservation and divergence with respect to other eukaryotes. We concluded that A. pacificum maintained an active transcription of histone genes within the cell, and enhanced expression of histone genes in nutritional stress strongly suggest that histones have functional significance in dinoflagellates, although expression at the protein level was below our current detection limits, which suggests a limited role of histones in DNA packaging. Finally, the plausible regulation of histone expression at the gene and protein levels in A. pacificum is discussed.
Kim, Taewook;Park, June Hyun;Lee, Sang-gil;Kim, Soyoung;Kim, Jihyun;Lee, Jungho;Shin, Chanseok
Molecules and Cells
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v.40
no.8
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pp.587-597
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2017
MicroRNAs (miRNAs) are essential small RNA molecules that regulate the expression of target mRNAs in plants and animals. Here, we aimed to identify miRNAs and their putative targets in Hibiscus syriacus, the national flower of South Korea. We employed high-throughput sequencing of small RNAs obtained from four different tissues (i.e., leaf, root, flower, and ovary) and identified 33 conserved and 30 novel miRNA families, many of which showed differential tissuespecific expressions. In addition, we computationally predicted novel targets of miRNAs and validated some of them using 5' rapid amplification of cDNA ends analysis. One of the validated novel targets of miR477 was a terpene synthase, the primary gene involved in the formation of disease-resistant terpene metabolites such as sterols and phytoalexins. In addition, a predicted target of conserved miRNAs, miR396, is SHORT VEGETATIVE PHASE, which is involved in flower initiation and is duplicated in H. syriacus. Collectively, this study provides the first reliable draft of the H. syriacus miRNA transcriptome that should constitute a basis for understanding the biological roles of miRNAs in H. syriacus.
Ponnanna, Koushik;DSouza, Stafny M.;Ramachandra, Nallur B.
Genomics & Informatics
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v.19
no.1
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pp.8.1-8.12
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2021
Cytorace-3 is a laboratory evolved hybrid lineage of Drosophila nasuta nasuta males and Drosophila nasuta albomicans females currently passing ~850 generations. To assess interracial hybridization effects on gene expression in Cytorace-3 we profiled the transcriptomes of mature ovaries and testes by employing Illumina sequencing technology and de novo transcriptome assembling strategies. We found 26% of the ovarian, and 14% of testis genes to be differentially expressed in Cytorace-3 relative to the expressed genes in the parental gonadal transcriptomes. About 5% of genes exhibited additive gene expression pattern in the ovary and 3% in the testis, while the remaining genes were misexpressed in Cytorace-3. Nearly 772 of these misexpressed genes in the ovary and 413 in the testis were either over-or under-dominant. Genes following D. n. nasuta dominance was twice (270 genes) than D. n. albomicans dominance (133 genes) in the ovary. In contrast, only 105 genes showed D. n. nasuta dominance and 207 showed D. n. albomicans dominance in testis transcriptome. Of the six expression inheritance patterns, conserved inheritance pattern was predominant for both ovary (73%) and testis (85%) in Cytorace-3. This study is the first to provide an overview of the expression divergence and inheritance patterns of the transcriptomes in an independently evolving distinct hybrid lineage of Drosophila. This recorded expression divergence in Cytorace-3 surpasses that between parental lineages illustrating the strong impact of hybridization driving rapid gene expression changes.
Park, Jungwook;Lee, Areum;Lee, Hyun-Hee;Park, Inmyoung;Seo, Young-Su;Cha, Jaeho
Genes and Genomics
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v.40
no.11
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pp.1157-1167
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2018
Sulfolobus species can grow on a variety of organic compounds as carbon and energy sources. These species degrade glucose to pyruvate by the modified branched Entner-Doudoroff pathway. We attempted to determine the differentially expressed genes (DEGs) under sugar-limited and sugar-rich conditions. RNA sequencing (RNA-seq) was used to quantify the expression of the genes and identify those DEGs between the S. acidocaldarius cells grown under sugar-rich (YT with glucose) and sugar-limited (YT only) conditions. The functions and pathways of the DEGs were examined using gene ontology (GO) and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathway enrichment analyses. Quantitative real-time PCR (qRT-PCR) was performed to validate the DEGs. Transcriptome analysis of the DSM 639 strain grown on sugar-limited and sugar-rich media revealed that 853 genes were differentially expressed, among which 481 were upregulated and 372 were downregulated under the glucose-supplemented condition. In particular, 70 genes showed significant changes in expression levels of ${\geq}$ twofold. GO and KEGG enrichment analyses revealed that the genes encoding components of central carbon metabolism, the respiratory chain, and protein and amino acid biosynthetic machinery were upregulated under the glucose condition. RNA-seq and qRT-PCR analyses indicated that the sulfur assimilation genes (Saci_2197-2204) including phosphoadenosine phosphosulfate reductase and sulfite reductase were significantly upregulated in the presence of glucose. The present study revealed metabolic networks in S. acidocaldarius that are induced in a glucose-dependent manner, improving our understanding of biomass production under sugar-rich conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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