Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2022.10a
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pp.220-220
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2022
Disproportionating Enzyme 1 (DPE1) is an a-1,4-D-glucanotransferase that cleavages the a-1,4-glucosidic bonds and transfers glucosyl groups. In rice endosperm, it participates in starch synthesis by transferring maltooligosyl groups from amylose and amylopectin to amylopectin. Here, we investigated the haplotype variations and evolutionary indices (e.g., genetic diversity and population structure) for the DPE1 gene in 374 rice accessions representing seven subgroups (wild, indica, temperate japonica, tropical japonica, aus, aromatic, and admixture). Variant calling analysis of DPE1 coding regions leads to the identification of six functional haplotypes representing/occupying 8 nonsynonymous SNPs. Nucleotide diversity analysis revealed the highest pi-value in wild group (0.0556) compared to other cultivated groups, of which temperate japonica showed the most reduction of genetic diversity value (0.003). A significant positive Tajima's D value (1.6330) of admixture highlights sudden population contraction under balancing selection, while temperate japonica with the lowest Tajima's D value (-1.3523) showed a selection signature of DPE1 domestication which might be the cause of excess of rare alleles. Moreover, these two subpopulations exhibits a greater differentiation (FST=0.0148), indicating a higher genetic diversity. Our findings on functional DPE1 haplotypes will be useful in future breeding programs, and the evolutionary indices can also be applicable in functional studies of the DPE1 gene.
Using the Phred/Phrap/Polyphred/Consed pipeline established in the National Livestock Research Institute of Korea, we predicted candidate coding single nucleotide polymorphisms (cSNPs) from 7,600 expressed sequence tags (ESTs) derived from three cDNA libraries (liver, M. longissimus dorsi, and intermuscular fat) of Hanwoo (Korean native cattle) steers. From the 7,600 ESTs, 829 contigs comprising more than two EST reads were assembled using the Phrap assembler. Based on the contig analysis, 201 candidate cSNPs were identified in 129 contigs, in which transitions (69%) outnumbered transversions (31%). To verify whether the predicted cSNPs are real, 17 SNPs involved in lipid and energy metabolism were selected from the ESTs. Twelve of these were confirmed to be real while five were identified as artifacts, possibly due to expressed sequence tag sequence error. Further analysis of the 12 verified cSNPs was performed using the program BLASTX. Five were identified as nonsynonymous cSNPs, five were synonymous cSNPs, and two SNPs were located in 3'-UTRs. Our data indicated that a relatively high SNP prediction rate (71%) from a large EST database could produce abundant cSNPs rapidly, which can be used as valuable genetic markers in cattle.
To understand how human cytomegalovirus (HCMV) might change and evolve after reactivation, it is very important to understand how the nucleotide sequence of cultured HCMV changes after in vitro passaging in cell culture, and how these changes affect the genome of HCMV and the consequent variation in amino acid sequence. Strain JHC of HCMV was propagated in vitro for more than 40 passages and its biological and genetic changes were monitored. For each passage, real-time PCR was performed in order to determine the genome copy number, and a plaque assay was employed to get virus infection titers. The infectious virus titers gradually increased with passaging in cell culture, whereas the number of virus genome copies remained relatively unchanged. A linear correlation was observed between the passage number and the log10 infectious virus titer per virus genome copy number. To understand the genetic basis underlying the increase in HCMV infectivity with increasing passage, the whole-genome DNA sequence of the high-passage strain was determined and compared with the genome sequence of the low-passage strain. Out of 100 mutations found in the high-passage strain, only two were located in an open reading frame. A G-T substitution in the RL13 gene resulted in a nonsense mutation and caused an early stop. A G-A substitution in the UL122 gene generated an S-F nonsynonymous mutation. The mutations in the RL13 and UL122 genes might be related to the increase in virus infectivity, although the role of the mutations found in noncoding regions could not be excluded.
The melanocortin 1 receptor (MC1R) gene is related to the plumage color variations in chicken. Initially, the MC1R gene from 30 individuals was sequenced and nine polymorphisms were obtained. Of these, three and six single nucleotide polymorphisms (SNPs) were confirmed as synonymous and nonsynonymous mutations, respectively. Among these, three selected SNPs were genotyped using the restriction fragment length polymorphism (RFLP) method in 150 individuals from five chicken breeds, which identified the plumage color responding alleles. The neighbor-joining phylogenetic tree using MC1R gene sequences indicated three well-differentiated different plumage pigmentations (eumelanin, pheomelanin and albino). Also, the genotype analyses indicated that the TT, AA and GG genotypes corresponded to the eumelanin, pheomelanin and albino plumage pigmentations at nucleotide positions 69, 376 and 427, respectively. In contrast, high allele frequencies with T, A and G alleles corresponded to black, red/yellow and white plumage color in 69, 376 and 427 nucleotide positions, respectively. Also, amino acids changes at position Asn23Asn, Val126Ile and Thr143Ala were observed in melanin synthesis with identified possible alleles, respectively. In addition, high haplotype frequencies in TGA, CGG and CAA haplotypes were well discriminated based on the plumage pigmentation in chicken breeds. The results obtained in this study can be used for designing proper breeding and conservation strategies for the Korean native chicken breeds, as well as for the developing breed identification markers in chicken.
Transient receptor potential ankyrin 1 from rattlesnakes (rsTRPA1) and boas (bTRPA1) was previously proposed to underlie thermo-sensitive infrared sensing based on transcript enrichment in infrared-sensing neurons and hyper-thermosensitivity expressed in Xenopus oocytes. It is unknown how these TRPA1s show thermosensitivities that overwhelm other thermoreceptors, and why rsTRPA1 is more thermosensitive than bTRPA1. Here, we show that snake TRPA1s differentially require Ca2+ for hyper-thermosensitivity and that predisposition to cytosolic Ca2+ potentiation correlates with superior thermosensitivity. Extracellularly applied Ca2+ upshifted the temperature coefficients (Q10s) of both TRPA1s, for which rsTRPA1, but not bTRPA1, requires cytosolic Ca2+. Intracellular Ca2+ chelation and substitutive mutations of the conserved cytosolic Ca2+-binding domain lowered rsTRPA1 thermosensitivity comparable to that of bTRPA1. Thapsigargin-evoked Ca2+ or calmodulin little affected rsTRPA1 activity or thermosensitivity, implying the importance of precise spatiotemporal action of Ca2+. Remarkably, a single rattlesnake-mimicking substitution in the conserved but presumably dormant cytosolic Ca2+-binding domain of bTRPA1 substantially enhanced thermosensitivity through cytosolic Ca2+ like rsTRPA1, indicating the capability of this single site in the determination of both cytosolic Ca2+ dependence and thermosensitivity. Collectively, these data suggest that Ca2+ is essential for the hyper-thermosensitivity of these TRPA1s, and cytosolic potentiation by permeating Ca2+ may contribute to the natural variation of infrared senses between rattlesnakes and boas.
Metabolic syndrome (METS) is a disorder of energy utilization and storage and increases the risk of developing cardiovascular disease and diabetes. To identify the genetic risk factors of METS, we carried out a genome-wide association study (GWAS) for 2,657 cases and 5,917 controls in Korean populations. As a result, we could identify 2 single nucleotide polymorphisms (SNPs) with genome-wide significance level p-values (< $5{\times}10^{-8}$), 8 SNPs with genome-wide suggestive p-values ($5{\times}10^{-8}{\leq}$ p < $1{\times}10^{-5}$), and 2 SNPs of more functional variants with borderline p-values ($5{\times}10^{-5}{\leq}$ p < $1{\times}10^{-4}$). On the other hand, the multiple correction criteria of conventional GWASs exclude false-positive loci, but simultaneously, they discard many true-positive loci. To reconsider the discarded true-positive loci, we attempted to include the functional variants (nonsynonymous SNPs [nsSNPs] and expression quantitative trait loci [eQTL]) among the top 5,000 SNPs based on the proportion of phenotypic variance explained by genotypic variance. In total, 159 eQTLs and 18 nsSNPs were presented in the top 5,000 SNPs. Although they should be replicated in other independent populations, 6 eQTLs and 2 nsSNP loci were located in the molecular pathways of LPL, APOA5, and CHRM2, which were the significant or suggestive loci in the METS GWAS. Conclusively, our approach using the conventional GWAS, reconsidering functional variants and pathway-based interpretation, suggests a useful method to understand the GWAS results of complex traits and can be expanded in other genomewide association studies.
Bovine coding region single nucleotide polymorphisms located proximal to quantitative trait loci were identified to facilitate bovine QTL fine mapping research. A total of 692,763 bovine SNPs was extracted from 39,432 UniGene clusters, and 53,446 candidate SNPs were found to be a depth >3. In order to validate the in silico SNPs experimentally, 186 animals representing 14 breeds and 100 mixed breeds were analyzed. Genotyping of 40 randomly selected candidate SNPs revealed that 43% of these SNPs ranged in frequency from 0.009 to 0.498. To identify non-synonymous SNPs and to correct for possible frameshift errors in the ESTs at the predicted SNP positions, we designed a program that determines coding regions by protein-sequence referencing, and identified 17,735 nsSNPs. The SNPs and bovine quantitative traits loci informations were integrated into a bovine SNP data: BcSNPdb (http://snugenome.snu.ac.kr/BtcSNP/). Currently there are 43 different kinds of quantitative traits available. Thus, these SNPs would serve as valuable resources for exploiting genomic variation that influence economically and agriculturally important traits in cows.
The imputation of untyped SNPs enables researchers to validate association findings across SNP arrays and also enables them to test a large number of SNPs to reveal the fine structure of the association peak, facilitating interpretation of the results and the location of causal polymorphisms. In this study, we applied the imputation method to a genomewide association study and recapitulated the previously associated gene loci of blood pressure traits in Korean cohorts. A total of 1,827,004 SNPs were imputed by the IMPUTE program, and we conducted a genomewide association study for systolic and diastolic blood pressure. While no SNPs passed the Bonferroni correction p-value (p=$2.74{\times}10^{-8}$ for 1,827,004 SNPs), 12 novel loci for systolic blood pressure and 16 novel loci for diastolic blood pressure were detected by imputed SNPs, with $10^{-5}$ < p-value < $10^{-4}$. Moreover, 7 regions (ATP2B1, 10p15.1, ARHGEF12, ALX4, LIPC, 7q31.1, and TCF7L2) out of 14 genetic loci that were previously reported revealed that the imputed SNPs had lower p-values than those of genotyped SNPs. Moreover, a nonsynonymous SNP in the CSMD1 gene, one of the 14 genes, was found to be associated with systolic blood pressure (p<0.05). These results suggest that the imputation method can facilitate the discovery of novel SNPs as well as enhance the fine structure of the association peak in the loci.
Genome-wide association studies (GWASs) have greatly contributed to the identification of common variants responsible for numerous complex traits. There are, however, unavoidable limitations in detecting causal and/or rare variants for traits in this approach, which depends on an LD-based tagging SNP microarray chip. In an effort to detect potential casual and/or rare variants for complex traits, such as type 2 diabetes (T2D) and triglycerides (TGs), we conducted a targeted resequencing of loci identified by the Korea Association REsource (KARE) GWAS. The target regions for resequencing comprised whole exons, exon-intron boundaries, and regulatory regions of genes that appeared within 1 Mb of the GWA signal boundary. From 124 individuals selected in population-based cohorts, a total of 0.7 Mb target regions were captured by the NimbleGen sequence capture 385K array. Subsequent sequencing, carried out by the Roche 454 Genome Sequencer FLX, generated about 110,000 sequence reads per individual. Mapping of sequence reads to the human reference genome was performed using the SSAHA2 program. An average of 62.2% of total reads was mapped to targets with an average 22X-fold coverage. A total of 5,983 SNPs (average 846 SNPs per individual) were called and annotated by GATK software, with 96.5% accuracy that was estimated by comparison with Affymetrix 5.0 genotyped data in identical individuals. About 51% of total SNPs were singletons that can be considered possible rare variants in the population. Among SNPs that appeared in exons, which occupies about 20% of total SNPs, 304 nonsynonymous singletons were tested with Polyphen to predict the protein damage caused by mutation. In total, we were able to detect 9 and 6 potentially functional rare SNPs for T2D and triglycerides, respectively, evoking a further step of replication genotyping in independent populations to prove their bona fide relevance to traits.
Among solute carrier proteins, the organic anion transporters (OATs) play an important role for the elimination or reabsorption of endogenous and exogenous negatively charged anionic compounds. Among OATs, SLC22A9 (hOAT7) transports estrone sulfate with high affinity. The net decrease of estrogen, especially in post-menopausal women induces rapid bone loss. The present study was performed to search the SNP within exon regions of SLC22A9 in Korean females with osteoporosis. Fifty healthy controls and 50 osteoporosis patients were screened for the genetic polymorphism in the coding region of SLC22A9 using GC-clamped PCR and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE). Six SNPs were found on the SLC22A9 gene from Korean women with/without osteoporosis. The SNPs were located as follows: two SNPs in the osteoporosis group (A645G and T1277C), three SNPs in the control group (G1449T, C1467T and C1487T) and one SNP in both the osteoporosis and control groups (G767A). The G767A, T1277C and C1487T SNPs result in an amino acid substitution, from synonymous vs nonsynonymous substitution arginine to glutamine (R256Q), phenylalanine to serine (F426S) and proline to leucine (P496L), respectively. The Km values and Vmax of the wild type, R256Q, P496L and F426S were 8.84, 8.87, 9.83 and $12.74{\mu}M$, and 1.97, 1.96, 2.06 and 1.55 pmol/oocyte/h, respectively. The present study demonstrates that the SLC22A9 variant F426S is causing inter-individual variation that is leading to the differences in transport of the steroid sulfate conjugate (estrone sulfate) and, therefore this could be used as a marker for certain disease including osteoporosis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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