Rumen microbiology research has undergone several evolutionary steps: the isolation and nutritional characterization of readily cultivated microbes; followed by the cloning and sequence analysis of individual genes relevant to key digestive processes; through to the use of small subunit ribosomal RNA (SSU rRNA) sequences for a cultivation-independent examination of microbial diversity. Our knowledge of rumen microbiology has expanded as a result, but the translation of this information into productive alterations of ruminal function has been rather limited. For instance, the cloning and characterization of cellulase genes in Escherichia coli has yielded some valuable information about this complex enzyme system in ruminal bacteria. SSU rRNA analyses have also confirmed that a considerable amount of the microbial diversity in the rumen is not represented in existing culture collections. However, we still have little idea of whether the key, and potentially rate-limiting, gene products and (or) microbial interactions have been identified. Technologies allowing high throughput nucleotide and protein sequence analysis have led to the emergence of two new fields of investigation, genomics and proteomics. Both disciplines can be further subdivided into functional and comparative lines of investigation. The massive accumulation of microbial DNA and protein sequence data, including complete genome sequences, is revolutionizing the way we examine microbial physiology and diversity. We describe here some examples of our use of genomics- and proteomics-based methods, to analyze the cellulase system of Ruminococcus flavefaciens FD-1 and explore the genome of Ruminococcus albus 8. At Illinois, we are using bacterial artificial chromosome (BAC) vectors to create libraries containing large (>75 kbases), contiguous segments of DNA from R. flavefaciens FD-1. Considering that every bacterium is not a candidate for whole genome sequencing, BAC libraries offer an attractive, alternative method to perform physical and functional analyses of a bacterium's genome. Our first plan is to use these BAC clones to determine whether or not cellulases and accessory genes in R. flavefaciens exist in clusters of orthologous genes (COGs). Proteomics is also being used to complement the BAC library/DNA sequencing approach. Proteins differentially expressed in response to carbon source are being identified by 2-D SDS-PAGE, followed by in-gel-digests and peptide mass mapping by MALDI-TOF Mass Spectrometry, as well as peptide sequencing by Edman degradation. At Ohio State, we have used a combination of functional proteomics, mutational analysis and differential display RT-PCR to obtain evidence suggesting that in addition to a cellulosome-like mechanism, R. albus 8 possesses other mechanisms for adhesion to plant surfaces. Genome walking on either side of these differentially expressed transcripts has also resulted in two interesting observations: i) a relatively large number of genes with no matches in the current databases and; ii) the identification of genes with a high level of sequence identity to those identified, until now, in the archaebacteria. Genomics and proteomics will also accelerate our understanding of microbial interactions, and allow a greater degree of in situ analyses in the future. The challenge is to utilize genomics and proteomics to improve our fundamental understanding of microbial physiology, diversity and ecology, and overcome constraints to ruminal function.
Wang, Hanning;Zhong, Liang;Dong, Yanbing;Meng, Lingbo;Ji, Cheng;Luo, Hui;Fu, Mengrong;Qi, Zhi;Mi, Lan
Animal Bioscience
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v.35
no.9
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pp.1303-1313
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2022
Objective: The current study aimed to perform whole-genome resequencing of Chinese indigenous Mongolian sheep breeds including Ujimqin, Sunit, and Wu Ranke sheep breeds (UJMQ, SNT, WRK) and deeply analyze genetic variation, population structure, domestication, and selection for domestication traits among these Mongolian sheep breeds. Methods: Blood samples were collected from a total of 60 individuals comprising 20 WRK, 20 UJMQ, and 20 SNT. For genome sequencing, about 1.5 ㎍ of genomic DNA was used for library construction with an insert size of about 350 bp. Pair-end sequencing were performed on Illumina NovaSeq platform, with the read length of 150 bp at each end. We then investigated the domestication and signatures of selection in these sheep breeds. Results: According to the population and demographic analyses, WRK and SNT populations were very similar, which were different from UJMQ populations. Genome wide association study identified 468 and 779 significant loci from SNT vs UJMQ, and UJMQ vs WRK, respectively. However, only 3 loci were identified from SNT vs WRK. Genomic comparison and selective sweep analysis among these sheep breeds suggested that genes associated with regulation of secretion, metabolic pathways including estrogen metabolism and amino acid metabolism, and neuron development have undergone strong selection during domestication. Conclusion: Our findings will facilitate the understanding of Chinese indigenous Mongolian sheep breeds domestication and selection for complex traits and provide a valuable genomic resource for future studies of sheep and other domestic animal breeding.
In this study, a Korean native cattle strain (Hanwoo) evidencing high performance in terms of both meat quality and quantity was employed in the generation of 150,000 BAC clones with an average insert size of 140 kb, and corresponding to about a 6X coverage of bovine chromosomal DNA. The BAC clones were pooled in a mini-scale via three rounds of a pooling protocol, and the efficiency of this pooling protocol was evaluated by testing the accuracy of accessibility to the positive clones, via a PCR-based screening method. Two sets of primers designed from each of two known genes were tested, and each yielded 2 or 3 positive clones for each gene, thereby indicating that the BAC library pooling system was appropriate with regard to the accession of the target BAC clones. Analyses of $3.3{\times}10^6$ base pairs obtained from the 7,090 BAC end sequence (BES) showed that 34.88% of the DNA sequence harbored the repetition sequence. Analysis of the 7,090 BES to the $1^{st}$ and $2^{nd}$ generation radiation hybrid map of the cattle genome, using the COMPASS program designed for the construction of a cattle-human comparative mapping, resulted in the localization of a total of 1,374 clones proximal to 339 $1^{st}$ generation markers, and 1,721 clones proximal to 664 $2^{nd}$ generation markers. Collectively, the BAC library and pooling system of the BAC clones from the Korean cattle, coupled with the chromosome-localized BAC clones, will provide us with novel tools for the excavation of desired clones for genome mapping and sequencing, and will also furnish us with additional information regarding breed differences in cattle.
Park, Jong-Sug;Bae, Shin-Chyul;Kim, Young-Min;Paik, Young-Ki;Kim, Ju-Kon;Hwang, Young-Soo
Applied Biological Chemistry
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v.37
no.3
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pp.148-153
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1994
Rice black-streaked dwarf virus (RBSDV), a member of the plant reoviridae fijivirus group, causes a serious damage for rice production in Korea. To characterize the RBSDV genome, virus particles were produced by feeding of planthopper (Laodelphax striatellus F.) carring RBSDV to maize plants for 2 days. In $30{\sim}40$ days after feeding, the viral particles were purified from the infected maize roots by using $10{\sim}40%$ sucrose gradient centrifugation. After treatment of 10% SDS to remove the viral coat proteins, ten viral double-stranded RNAs were resolved in agrose gel electrophoresis. Total dsRNA was then used to synthesize cDNA by reverse transcriptase and a cDNA library was constructed in the ${\lambda}gt11$ vector. The phages that contain RBSDV cDNA fragments were selected by hybridizing with the random-primed probe prepared from RBSDV dsRNAs. After subcloning of several cDNA fragments into the pUC19 plasmid vector, one clone (pRV3) was chosen for sequencing. The pRV3 clone was shown to be located on the RBSDV genome fragment No.3 by RNA gel-blot analysis. Sequence analysis of the clone revealed that the pRV3 contains two partial open reading frames.
The target of rapamycin (TOR) signaling pathway is a conserved pathway that regulates eukaryotic cell growth in response to environmental cues. Chemical genomic approaches that profile rapamycin sensitivity of yeast deletion strains have given insights into the function of TOR signaling pathway. In the present study, we analyzed the rapamycin sensitivity of yeast deletion library strains on synthetic medium. As a result, we identified 130 strains that are hypersensitive or resistant to rapamycin compared with wild-type cells. Among them, 36 genes are newly identified to be related to rapamycin sensitivity. Moreover, we found 16 strains that show alteration in rapamycin sensitivity between complex and synthetic media. We suggest that these genes may be involved in part of TOR signaling activities that is differentially regulated by media composition.
An ${\omega}-3$ fatty acid desaturase gene which is involved in de novo synthesis of -Iinolenate was isolated from cDNA library of Perilla frutescens. A cDNA library was constructed with mRNA extracted from perilla seeds of 12 DAF. The cDNA clone consisting of 1317-bp open reading frame encoding 438 amino acids with a relative MW of 50kDa, was isolated and showed 65-83% similarities to other known genes. This cDNA is deduced to encode a plastidal ${\omega}-3$ fatty acid desaturase based on the fact that it has higher homology to plastidal ones than to microsomal ones and its N-terminal sequence shares several characteristics of transit peptides of chloroplast proteins. Southern blot analysis of genomic DNA indicated that more than one gene or alleles for ${\omega}-3$ fatty acid desaturase are present in the genome of perilla. Northern blot analysis showed that the ${\omega}-3$ fatty acid desaturase gene is mainly revealed in early developing seeds and has different expression patterns depending on tissue types compared to the microsomal ones.
A cDNA encoding desiccation-related protein was isolated from a flower bud cDNA library of Chinese cabbage (C-DH) and its nucleotide sequence was characterized. It contains 679 bp nucleotides with 501 bp open reading frame. The amino acid sequence of the putative protein showed the highest amino acid sequence homology (79 % identity) to dehydrin protein in Gossypium hirsutum. Also, the C-DH shares 48-52% amino acid sequence identity with the other typical dehydrin proteins in plant cells. When the amino acid sequence of their proteins were aligned, several peptide motifs were well conserved, of which function has to be solved. Particularly the C-DH contains 15 additional amino acids at its N-terminus. Genomic Southern blot analysis using the coding region of C-DH showed that the C-DH consists of a single copy gene in Chinese cabbage genome. The C-DH mRNA, whose transcript size is 0.7 kb, was expressed with a tissue-specific manner. It was highly expressed in seed, flower buds and low expression as detected in root, stem or leaf tissues of Chinese cabbage. And the transcript level of C-DH was significantly induced by the treatment of plant hormone, abscisic acid and water-deficit conditions.
To generate expressed sequence tags for genomics research involving genetic linkage analysis, to examine gene expression profiles in muscles of channel catfish in a non-normalized muscle cDNA library, to compare gene expression in young and mature channel catfish muscles using the EST reagents and gene filters to demonstrate the feasibility of functional genomics research in small laboratories. 102 randomly picked cDNA clones were analyzed from the catfish muscle cDNA library. Of the sequences generated, 90.2% of ESTs was identified as known genes by identity comparisons. These 92 clones of known gene products represent transcriptional products of 24 genes. The 10 clones of unknown gene products represent 8 genes. The major transcripts (70.1% of the analyzed ESTs) in the catfish muscle are from many major genes involved in muscle contraction, relaxation, energy metabolism and calcium binding such as alpha actin, creatine kinase, parvalbumin, myosin, troponins, and tropomyosins. Gene expression of the unique ESTs was comparatively studied in the young and adult catfish muscles. Significant differences were observed for aldolase, myostatin, myosin light chain, parvalbumin, and an unknown gene. While myosin light chain and an unknown gene (CM 192) are down-regulated in the mature fish muscle, the aldolase, myostatin, and parvalbumin are significantly up-regulated in the mature fish muscle. Although the physiological significance of the changes in expression levels needs to be further addressed, this research demonstrates the feasibility and power of functional genomics in channel catfish. Channel catfish muscle gene expression profiles provide a valuable molecular muscle physiology blueprint for functional comparative genomics.
The objective of this study is to develop the gene based sequence tagged site (STS) markers in wheat. The euchromatin enriched genomic library was constructed and the STS primer sets were designed using gene based DNA sequence. The euchromatin enriched genomic (EEG) DNA library in wheat was constructed using the $Mcr$A and $Mcr$BC system in $DH5{\alpha}$ cell. The 2,166 EEG colonies have been constructed by methylated DNA exclusion. Among the colonies, 606 colonies with the size between 400 and 1200 bp of PCR products were selected for sequencing. In order to develop the gene based STS primers, blast analysis comparing between wheat genetic information and rice genome sequence was employed. The 227 STS primers mainly matched on $Triticum$$aestivum$ (hexaploid), $Triticum$$turgidum$ (tetraploid), $Aegilops$ (diploid), and other plants. The polymorphisms were detected in PCR products after digestion with restriction enzymes. The eight STS markers that showed 32 polymorphisms in twelve wheat genotypes were developed using 227 STS primers. The STS primers analysis will be useful for generation of informative molecular markers in wheat. Development of gene based STS marker is to identify the genetic function through cloning of target gene and find the new allele of target trait.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.1
no.2
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pp.171-175
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2000
Determined sequences of 384 randomly selected clones in a PCR-based cDNA library of Antheraea yamamai could identify expressed sequence tags (ESTs) of highly expressed gene. One EST (fibroin) appeared 15 times, one EST (40S ribosomal protein S18) twelve times, one EST (ribosomal protein S24a) eleven times, ten times (ribosomal protein S8), nine times (60S ribosomal protein L10A), seven times (60S ribosomal protein S15A, S17, S17 and seroin), six times (ribosomal protein S8), five times (ribosomal protein S24, mariner transposase and P8 protein), four times (serpin 2), three times (heat shock protein 70 and poly A binding protein), and the remaining 6 ESTs twice (amylase, KIAA1006, elongation factor-1, transposon mag, translation initiation factor 4C, QM protein, transposase). Therefore, the 94 EST make it possible to identify 24 redundant clones that are candidates for highly expressed genes in posterior silk gland of this insect. The 24 redundant EST clones were identified in GenBank, but none of them was related to A. yamamai, suggesting that there are many unidentified genes which are highly expressed in the A. yamamai genome.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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