The methylotrophic yeast Hansenula polymorpha has been extensively studied as a model organism for methanol metabolism and peroxisome biogenesis. Recently, this yeast has also attracted attention as a promising host organism for recombinant protein production. Here, we describe the fabrication and evaluation of a DNA chip spotted with 382 open reading frames (ORFs) of H. polymorpha. Each ORF was PCR-amplified using gene-specific primer sets, of which the forward primers had 5'-aminolink. The PCR products were printed in duplicate onto the aldehyde-coated slide glasses to link only the coding strands to the surface of the slide via covalent coupling between amine and aldehyde groups. With the partial genome DNA chip, we compared efficiency of direct and indirect cDNA target labeling methods, and found that the indirect method, using fluorescent-labeled dendrimers, generated a higher hybridization signal-to-noise ratio than the direct method, using cDNA targets labeled by incorporation of fluorescence-labeled nucIeotides during reverse transcription. In addition, to assess the quality of this DNA chip, we analyzed the expression profiles of H. polymorpha cells grown on different carbon sources, such as glucose and methanol, and also those of cells treated with the superoxidegenerating drug, menadione. The profiles obtained showed a high-level induction of a set of ORFs involved in methanol metabolism and oxidative stress response in the presence of methanol and menadione, respectively. The results demonstrate the sensitivity and reliability of our arrays to analyze global gene expression changes of H. polymorpha under defined environmental conditions.
Kim, Suk-Weon;Kwon, Yong-Kook;Kim, Jong-Hyun;Liu, Jang-R.
Journal of Plant Biotechnology
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v.37
no.1
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pp.12-24
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2010
Plant metabolomics is a research field for identifying all of the metabolites found in a certain plant cell, tissue, organ, or whole plant in a given time and conditions and for studying changes in metabolic profiling as time goes or conditions change. Metabolomics is one of the most recently developed omics for holistic approach to biology and is a kind of systems biology. Metabolomics or metabolite fingerprinting techniques usually involves collecting spectra of crude solvent extracts without purification and separation of pure compounds or not in standardized conditions. Therefore, that requires a high degree of reproducibility, which can be achieved by using a standardized method for sample preparation and data acquisition and analysis. In plant biology, metabolomics is applied for various research fields including rapid discrimination between plant species, cultivar and GM plants, metabolic evaluation of commercial food stocks and medicinal herbs, understanding various physiological, stress responses, and determination of gene functions. Recently, plant metabolomics is applied for characterization of gene function often in combination with transcriptomics by analyzing tagged mutants of the model plants of Arabidopsis and rice. The use of plant metabolomics combined by transcriptomics in functional genomics will be the challenge for the coming year. This review paper attempted to introduce current status and prospects of plant metabolomics research.
Objective: Hemicastration is a unilateral orchiectomy to remove an injured testis, which can induce hormonal changes and compensatory hypertrophy of the remaining testis, and may influence spermatogenesis. However, the underlying molecular mechanisms are poorly understood. Here, we investigated the impact of hemicastration on remaining testicular function. Methods: Prepubertal mice (age 24 days) were hemicastrated, and their growth was monitored until they reached physical maturity (age 72 days). Subsequently, we determined testis DNA methylation patterns using reduced representation bisulfite sequencing of normal and hemicastrated mice. Moreover, we profiled the testicular gene expression patterns by RNA sequencing (RNA-seq) to examine whether methylation changes affected gene expression in hemicastrated mice. Results: Hemicastration did not significantly affect growth or testosterone (p>0.05) compared with control. The genome-wide DNA methylation pattern of remaining testis suggested that substantial genes harbored differentially methylated regions (1,139) in gene bodies, which were enriched in process of protein binding and cell adhesion. Moreover, RNA-seq results indicated that 46 differentially expressed genes (DEGs) involved in meiotic cell cycle, synaptonemal complex assembly and spermatogenesis were upregulated in the hemicastration group, while 197 DEGs were downregulated, which were related to arachidonic acid metabolism. Integrative analysis revealed that proteasome 26S subunit ATPase 3 interacting protein gene, which encodes a protein crucial for homologous recombination in spermatocytes, exhibited promoter hypomethylation and higher expression level in hemicastrated mice. Conclusion: Global profiling of DNA methylation and gene expression demonstrated that hemicastration-induced compensatory response maintained normal growth and testicular morphological structure in mice.
We generated 57,598 expressed sequence tags (ESTs) from 3 cDNA libraries of Hanwooo (Korean Cattle), fat, loin, liver. Liver, intermuscular fat and longissimus dorsi tissues were obtained from a 24-month-old Hanwoo steer immediately after slaughter. cDNA library was constructed according to the oligocapped method. The EST data were clustered and assembled into unique sequences, 4,759 contigs and 7,587 singletons. To carry out functional analysis, Gene Ontology annotation and identification of significant leaf nodes were performed that were detected by searching significant p-values from $2^{nd}$ level GO terms to leaf nodes using Bonferroni correction. We found that 13, 26 and 8 significant leaf nodes are unique in the transcripts according to 3 GO categories, molecular function, biological process and cellular component. Also digital gene expression profiling using the Audic's test was performed and tissue specific genes were detected in the above 3 libraries.
Kim, Ji-Young;Yoon, Seok-Joo;Park, Han-Jin;Kim, Yong-Bum;Cho, Jae-Woo;Koh, Woo-Suk;Lee, Michael
Toxicological Research
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v.23
no.1
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pp.55-63
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2007
Diethylnitrosamine (DEN) is a nitrosamine compound that can induce a variety of liver lesions including hepatic carcinoma, forming DNA-carcinogen adducts. In the present study, microarray analyses were performed with Affymetrix Murine Genome 430A Array in order to identify the gene-expression profiles for DEN and to provide valuable information for the evaluation of potential hepatotoxicity. C57BL/6NCrj mice were orally administered once with DEN at doses of 0, 3, 7 and 20 mg/kg. Liver from each animal was removed 2, 4, 8 and 24 hrs after the administration. The histopathological analysis and serum biochemical analysis showed no significant difference in DEN-treated groups compared to control group. Conversely, the principal component analysis (PCA) profiles demonstrated that a specific normal gene expression profile in control groups differed clearly from the expression profiles of DEN-treated groups. Within groups, a little variance was found between individuals. Student's t-test on the results obtained from triplicate hybridizations was performed to identify those genes with statistically significant changes in the expression. Statistical analysis revealed that 11 genes were significantly downregulated and 28 genes were upregulated in all three animals after 2 h treatment at 20 mg/kg. The upregulated group included genes encoding Gdf15, JunD1, and Mdm2, while the genes including Sox6, Shmt2, and SIc6a6 were largely down regulated. Hierarchical clustering of gene expression also allowed the identification of functionally related clusters that encode proteins related to metabolism, and MAPK signaling pathway. Taken together, this study suggests that match with a toxicant signature can assign a putative mechanism of action to the test compound if is established a database containing response patterns to various toxic compounds.
Nuruk plays a significant role in the flavor and quality of Takju and Yakju, which are produced through saccharification and alcohol fermentation by various microorganisms. In this study, we identified microbial strains isolated from a plate count and PCR-denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) analysis targeting the 16S and 28S rRNA genes, in order to characterize bacterial and fungal diversity in Sansung Nuruk. The numbers of bacteria and fungi in Nuruk were $1.5{\times}10^9$ CFU/g and $2.2{\tims}10^8$ CFU/g, respectively. The 16S rRNA gene sequence indicated that the predominant bacteria in the isolates and PCR-DGGE profile of Nuruk were Kocuria spp., Pantoea spp., Lactobacillus spp., Pediococcus spp., Weissella spp., Staphylococcus spp., endophytic bacterium, uncultured Gamma-proteobacteria, uncultured Cyanobacteria, and Actinobacteria. Dominant bacteria from the PCR-DGGE profile were Pediococcous pentosaceus and uncultured Cyanobacteria. The 28S rRNA gene sequence indicated the predominant fungi in the isolates and PCR-DGGE profile to be Trichomonascus spp. Pichia spp., Torulaspora spp., Wickerhamomyces spp., Sacharomycopsis spp., Lichtheimia spp., Mucor spp., Rhizopus spp. Aspergillus spp., and Cladosporium spp. Dominant fungi from the PCR-DGGE profile were Pichia kudriavzevii and Aspergillus oryzae. The PCR-DGGE technique was used for the first time in this study to assess a microbial community in Nuruk and proved to be an effective protocol for profiling microbial diversity.
An in silico approach was developed to survey the genes expressed in four internal organs of pig: liver, kidney, spleen and small intestine. The major procedures of the approach included: (1) BLAST searching against GenBank "est_others" database using human cDNA sequences as queries to screen the porcine orthologous expressed sequence tags (ESTs), (2) classifying the porcine ESTs records by resources according to certain criteria and (3) analyzing data for ESTs specifically expressed in each organ. In order to do so, four Java programs were developed. Based on the ESTs available in the GenBank database, it was found that there were at least 2,100 genes expressed in these four organs, including 128 in the liver, 81 in the kidney, 780 in the spleen, and 1,423 in the small intestine respectively (a few genes co-expressed in these tissues). Gene expression patterns, such as co-expressed genes, preferentially expressed genes and basic active genes were also compared and characterized among these organs. This study provides a comprehensive model on how to use the bioinformatics approach and Genbank databases to facilitate the discovery of new genes in livestock species.
Park, Eun-Mi;Kim, Young-Ok;Nam, Bo-Hye;Kong, Hee Jeong;Kim, Woo-Jin;Lee, Sang-Jun;Choi, Tae-Jin
Journal of Marine Bioscience and Biotechnology
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v.2
no.3
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pp.168-173
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2007
of expressed sequence tags (ESTs) is an efficient approach for gene discovery, expression profiling, and development of resources useful for functional genomics. To analyze the transcriptome of olive flounder, Paralichthys olivaceus, we have conducted EST analysis using cDNA libraries made from muscle of P. olivaceus. Redundant ESTs were assembled into overlapping contigs by using the assembly program ICAtools software. We found that the 221 ESTs were composed of 21 clusters and 35 singletons, suggesting that the overall redundancy of the library was 74.7%. Of the 221 clones, 218 clones (98.6%) were identified as known genes by BLAST searches and 3 clones (1.4%) did not match to any previously described genes. Based on major functions of their encoded proteins, the identified clones were classified into 13 broad categories. Sequence analysis of the ESTs revealed the presence of microsatellite-containing genes which may be valuable for further gene mapping studies. This study contributes to the identification of many EST clones that could be useful for genetics and developmental biology of olive flounder.
Kim, Jun-Dae;Kim, Eunmi;Koun, Soonil;Ham, Hyung-Jin;Rhee, Myungchull;Kim, Myoung-Jin;Huh, Tae-Lin
Molecules and Cells
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v.38
no.6
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pp.580-586
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2015
While increasing evidence indicates the important function of histone methylation during development, how this process influences cardiac development in vertebrates has not been explored. Here, we elucidate the functions of two histone H3 lysine 4 (H3K4) methylation enzymes, SMYD3 and SETD7, during zebrafish heart morphogenesis using gene expression profiling by whole mount in situ hybridization and antisense morpholino oligonucleotide (MO)-based gene knockdown. We find both smyd3 and setd7 are highly expressed within developing zebrafish heart and knock-down of these genes led to severe defects in cardiac morphogenesis without altering the expressions pattern of heart markers, including cmlc2, vmhc, and amhc. Furthermore, double knock-down by coinjection of smyd3 and setd7 MOs caused the synergistic defects in heart development. As similar to knock-down effect, overexpression of these genes also caused the heart morphogenesis defect in zebrafish. These results indicate that histone modifying enzymes, SMYD3 and SETD7, appear to function synergistically during heart development and their proper functioning is essential for normal heart morphogenesis during development.
Huoyan goose is a Chinese local breed famous for its higher laying performance, but the problems of variety degeneration have emerged recently, especially a decrease in the number of eggs laid. In order to better understand the molecular mechanism that underlies egg laying in Huoyan geese, gene profiles in the pituitary gland of Huoyan geese taken during the laying period and ceased period were investigated using the suppression subtractive hybridization (SSH) method. Total RNA was extracted from pituitary glands of ceased period and laying period geese. The cDNA in the pituitary glands of ceased geese was subtracted from the cDNA in the pituitary glands of laying geese (forward subtraction); the reverse subtraction was also performed. After sequencing and annotation, a total of 30 and 24 up and down-regulated genes were obtained from the forward and reverse SSH libraries, respectively. These genes mostly related to biosynthetic process, cellular nitrogen compound metabolic process, transport, cell differentiation, cellular protein modification process, signal transduction, small molecule metabolic process. Furthermore, eleven genes were selected for further analyses by quantitative real-time PCR (qRT-PCR). The qRT-PCR results for the most part were consistent with the SSH results. Among these genes, Synaptotagmin-1 (SYT1) and Stathmin-2 (STMN2) were substantially over-expressed in laying period compared to ceased period. These results could serve as an important reference for elucidating the molecular mechanism of higher laying performance in Huoyan geese.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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