The sequence diversity of mcyA gene involved in synthesis of microcystins was analyzed in Microcystis spp. isolated from the Korean reservoirs and in the environmental samples taken from the Daechung, Chungju, Yongdam, Soyang, and Euam Reservoirs at the cyanobacterial blooming season. It was estimated that the sequences of mcyA gene in the isolated Microcystis spp. were much conserved when compared with those in GenBank database. A few kinds of clones were dominant in the investigated environmental samples, occupying 87 to 100% of total clones. No mcyA sequences originated from Anabaena spp. or Planktothrix spp. was found. These results indicated that microcystins are produced mainly by Microcystis spp. and the sequences of mcyA genes are much conserved in the investigated Korean reservoirs.
Four potential microcystin-producing cyanobacteria were isolated from large reservoirs which act as sources of drinking water supply in Korea. Strain DC-2, YD-l, and YD-6 were closely related to Microcystis aeruginosa based on the analysis of l6S rRNA gene and mcyA gene sequences. mcyA gene sequence of YDS2-3, isolated from Yongdam Reservoir, was closed to that of M. aeruginosa, whereas l6S rRNA gene sequence was not related to the known sequences of microcystin-producing cyanobacteria indicating this strain can be a novel cyanobacterium belonging to the genus Microcystis. When mcyA gene sequences of isolated cyanobacteria were compared with the mcyA gene sequence library of two reservoirs, the sequence of DC-2 matched with the dominant ones.
Targeting Microcystin (MC), which is most abundantly detected in the North-Han River water area, we analyzed the relationship between the MC biosynthesis gene (mcyA gene), cyanobacteria cell density, and MC concentration, derived an RNA-MC conversion formula, and derived the cyanobacteria. The concentration of MC present in cells was predicted. In the North-Han River waters, the mcyA gene was found mainly at downstream sites of the North-Han River after Muk-Hyeon Stream junction, and higher copy numbers were found on average than other sites. In the Uiam Lake waters upstream of the North-Han River, the mcyA gene copy number increased at the Kong-Ji Stream point, and after September, the mcyA gene copy number decreased throughout the North-Han River waters. The expression of the mcyA gene was concentrated in the short period of summer due to the spatio-temporal difference between upstream and downstream water bodies. The mcyA gene expression level was not only highly correlated with MC concentration, but also correlated with the cell density of Microcystis aeruginosa and Dolichospermum circinale, which are known to biosynthesize MC. Six conversion formulas derived based on the RNA-MC relationship showed statistical significance (p<0.05) and exhibited high correlation coefficients (r) of 0.9 or higher. The expression level of MC biosynthesis gene present in eRNA determines the synthesis of cyanotoxin substances in water, quickly quantifies gene activity, and can be fully utilized for early warning of MC development.
Lee, Kyung-Lak;Shin, Yuna;Lee, Jaean;Lee, Jae-Kwan;Kim, Han Soon
Korean Journal of Ecology and Environment
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v.49
no.4
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pp.393-399
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2016
This study was conducted to investigate whether the presence of mcy gene and microcystin production are related to morphological characteristics of Korean Microcystis species. We isolated 6 different species of Microcystis (M. aeruginosa, M. ichthyoblabe, M. flos-aquae, M. novacekii, M. viridis and M. wesenbergii) from drinking water supply dams (Yeongchun, Ankei, Gachang), and used microscopic method for morphological identification, molecular method for amplifying a partial region of mcyB gene and ELISA method for microcystin analysis. In the present study, 80% of M. aeruginosa strains contained mcy gene, followed by 45% (10 strains) of M. icthyoblabe, 33% (1 strain) of M. wesenbergii, and 11% (4 strains) of M. flos-aquae. Each percentage of mcy gene in Microcystis morphospecies was similar to that of microcystin production in Microcystis morophospecies. In conclusion, the present study shows that molecular method using mcy gene primers can be used as an indirect indicator for the monitoring of toxic cyanobacteria (Microcystis).
A mcyB-specific Ultra-Rapid quantitative PCR was developed for the quantitative detection of Microcystis aeruginosa, which is often a dominant species in green tide. McyB-specific UR-qPCR was optimized under extremely short times of each step in thermal cycles, based on the specific primers deduced from the mcyB in microcystin synthetase of M. aeruginosa. The M. aeruginosa strain KG07 was used as a standard for quantification, after the microscopic counting and calculation by mcyB-specific UR-qPCR. The water samples from the river water with the Microcystis outbreak were also measured by using both methods. The $1.0{\times}10^8$ molecules of mcyB-specific DNA was recognized inner 4 minutes after beginning of UR-qPCR, while $1.0{\times}10^4$ molecules of mcyB-specific templates was detected inner 7 minutes with quantitative manner. From the range of $1.0{\times}10^2$ to $1.0{\times}10^8$ initial molecules, quantification was well established based on $C_T$ using mcyB-specific UR-qPCR (Regression coefficiency, $R^2=0.9977$). Between the numbers of M. aeruginosa cell counting under microscope and calculated numbers using mcyB-specific UR-qPCR, some differences were often found. The reasons for these differences were discussed; therefore, easy compensation method was proposed that was dependent on the numbers of the cell counting. Additionally, to easily extract the genomic DNA (gDNA) from the samples, a freeze-fracturing of water-sample using liquid nitrogen was tested, by excluding the conventional gDNA extraction method. It was also verified that there were no significant differences using the UR-qPCR with both gDNAs. In conclusion, the mcyB-specific UR-qPCR that we proposed would be expected to be a useful tool for rapid quantification and easy monitoring of M. aeruginosa in environmental water.
In recent years, an increasing number of viewpoints hold that students should be engaged in a learning environment where understanding and knowledge transfer take place. This study introduces Mathematics Created by You (MCY)-mentoring program, which allows students to construct artefacts that are required to learn. This program is online-based and so can be shared by several people and mathematics leaning takes place through interactions within this carefully designed environment. Also, MCY intends to provide students a series of sequential activities related to creative play, creative learning and creative inquiry based on a Constructive and interactive environment. Furthermore, a creative activity- constructing a creative product using building blocks- was presented as an example. Finally, we investigate the pedagogical implications and suggest directions for the further development.
In the present study, we performed the PCR assay using TOX2P/TOX2M primer targeting a specific region within mcyB gene to identify potential microcystin-producing cyanobacteria. TOX2P/TOX2M primer set was effective in amplifying mcy gene in the field samples containing Microcystis spp. of 1,000 cells per mL. Moreover, the results from the PCR assay agreed with those of the ELISA analysis. Consequently, this study demonstrated that TOX2P/TOX2M primer set can be used as a genetic probe for the early detection of cyanobacterial toxigenicity in Korean water bodies.
We demonstrated the quantitative detection of a toxin-producing Microcystis aeruginosa (M. aeruginosa) strain with the laboratory protocol of the NanoGene assay. The NanoGene assay was selected because its laboratory protocol is in the process of being transplanted into a portable system. The mcyD gene of M. aeruginosa was targeted and, as expected, its corresponding fluorescence signal was linearly proportional to the mcyD gene copy number. The sensitivity of the NanoGene assay for this purpose was validated using both dsDNA mcyD gene amplicons and genomic DNAs (gDNA). The limit of detection was determined to be 38 mcyD gene copies per reaction and 9 algal cells/ml water. The specificity of the assay was also demonstrated by the addition of gDNA extracted from environmental algae into the hybridization reaction. Detection of M. aeruginosa was performed in the environmental samples with environmentally relevant sensitivity (${\sim}10^5$ algal cells/ml) and specificity. As expected, M. aeruginosa were not detected in nonspecific environmental algal gDNA over the range of $2{\times}10^0$ to $2{\times}10^7$ algal cells/ml.
Microcystin produced by cyanobacteria in surface waters, such as eutrophic lake and river, is a kind of serious environmental problems due to its toxicity to human and wild animals. Microcystin is synthesized nonribosomally by the large modular multi-functional enzyme complex known as microcystin synthetase encoded by the mcy gene cluster. Amplification of mcy genes by PCR from cultures and environmental samples is a simple and efficient method to detect the toxigenic Microcystis. In order to evaluate primers designed to detect toxic microcystin-producing strains, 17 cyanobacterial strains and 20 environmental samples were examined by PCR with 7 pairs of primers. Some microcystin-producing cyanobacteria were not detected with FAA-RAA, TOX4F-TOX4R and FP-RP primers. The fragment of unexpected size was amplified with NSZW2-NSZW1 primers in Microcystis strains isolated from the lakes in Korea. TOX1P-TOX1F primers failed in amplification of toxin-producing strains. Only MSF-MSR and TOX2P- TOX2F primers amplified the fragments of mcy genes from 11 strains of microcystin-producing Microcystis. The water samples taken from 20 lakes in Korea were analyzed by PCR using each of the primers. In all the water samples, cyanobacteria capable of producing microcystin were detected by the PCR with TOX2P-TOX2F primers. These results indicate that TOX2P-TOX2F primers are better than the other primers for detection of microcystin-producing Microcystis strains in Korea. The nucleotide sequences of mcy gene in Microcystis aeruginosa NIER10010 suggest genetic diversity of Korean isolates.
Lee, Junsung;Seo, Jakyeom;Lee, Se Young;Ki, Kwang Seok;Seo, Seongwon
Journal of Animal Science and Technology
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v.56
no.2
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pp.5.1-5.5
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2014
The objectives of this study were thus to identify most significant factors that determine milk component yield (MCY) using a meta-analysis and, if possible, to develop equations to predict MCY using variables that can be easily measured in the field. A literature database was constructed based on the research articles published in the Journal of Dairy Science from Oct., 2007 till May, 2010. The database consisted of a total of 442 observed means for MCY from 118 studies. The candidate factors that determine MCY were those which can be routinely measured in the field (e.g. DMI, BW, dietary forage content, chemical composition of diets). Using a simple linear regression, the best equations for predicting milk fat yield(MFY) and milk protein yield (MPY) were $MFY=0.351({\pm}0.068)+0.038({\pm}0.003)$ DMI ($R^2=0.27$), and $MPY=0.552({\pm}0.071)+0.031({\pm}0.002)DMI-0.004({\pm}0.001)$ FpDM (%, forage as a percentage of dietary DM) ($R^2=0.38$), respectively. The best equation for predicting milk fat content (%) explained only 12% of variations in milk fat content, and none of a single variable can explain more than 5% of variations in milk protein content. We concluded that among the tested variables, DMI was the only significant factor that affects MFY and both DMI and FpDM significantly affect MPY. However, predictability of linear equations was relatively low. Further studies are needed to identify other variables that can predict milk component yield more accurately.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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