Minju Jung;YouKyeong Lee;Sung Ok Han;Jeong Eun Hyeon
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.34
no.5
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pp.994-1002
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2024
The rise in plant-based food consumption is propelled by concerns for sustainability, personal beliefs, and a focus on healthy dietary habits. This trend, particularly in alternative meat, has attracted attention from specialized brands and eco-friendly food companies, leading to increased interest in plant-based alternatives. The dominant plant-based proteins, derived mainly from legumes, include soy protein isolates, which significantly impact sensory factors. In the realm of plant-based fats, substitutes are categorized into fat substitutes based on fats and fat mimetics based on proteins and carbohydrates. The production of these fats, utilizing gums, emulsions, gels, and additives, explores characteristics influencing the appearance, texture, flavor, and storage stability of final plant-based products. Analysis of plant-based proteins and fats in hamburger patties provides insights into manufacturing methods and raw materials used by leading alternative meat companies. However, challenges persist, such as replicating meat's marbling characteristic and addressing safety considerations in terms of potential allergy induction and nutritional supplementation. To enhance functionality and develop customized plant-based foods, it is essential to explore optimal combinations of various raw materials and develop new plant-based proteins and fat separation.
Molecular farming is production of pharmaceutically and industrially important proteins in plants. Plants and plant cell culture systems have been used as bio-factory to produce recombinant proteins such as monoclonal antibodies, enzymes, vaccines, hormones, interleukins, commercial enzymes and etc. The terms molecular farming, biofarming, molecular pharming, phytomanufacturing, recombinant or plant-made industrials, planta-pharma, plant bioreactors, plant biofactory, and pharmaceutical gardening are used interchangeably. Molecular farming can provide safe and inexpensive pharmaceutical proteins as well as commercial ones. In spite of several advantages of molecular farming such as safety and inexpensive cost, there are also a couple of drawbacks in the existing technology. One of them is low expression level of target gene in plants, which has been improved by optimizing gene-based codon usage, screening of strong promoters, expression of transcription factors, subcellular targeting of target proteins, chloroplast transformation, and transient expression using viral expression system (magnifection). Some plant-based commercial proteins have already been in markets and more than twenty plant-based pharmaceuticals have been in clinical trials, from that we can expect that several plant-based pharmaceutical proteins will be seen in the markets in the near future.
Min, Cheol Woo;Gupta, Ravi;Truong, Nguyen Van;Bae, Jin Woo;Ko, Jong Min;Lee, Byong Won;Kim, Sun Tae
Journal of Plant Biotechnology
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v.47
no.3
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pp.209-217
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2020
The presence of high amounts of seed storage proteins (SSPs) improves the overall quality of soybean seeds. However, these SSPs pose a major limitation due to their high abundance in soybean seeds. Although various technical advancements including mass-spectrometry and bioinformatics resources were reported, only limited information has been derived to date on soybean seeds at proteome level. Here, we applied a tandem mass tags (TMT)-based quantitative proteomic analysis to identify the significantly modulated proteins in the seeds of two soybean cultivars showing varying protein contents. This approach led to the identification of 5,678 proteins of which 13 and 1,133 proteins showed significant changes in Daewon (low-protein content cultivar) and Saedanbaek (high-protein content cultivar) respectively. Functional annotation revealed that proteins with increased abundance in Saedanbaek were mainly associated with the amino acid and protein metabolism involved in protein synthesis, folding, targeting, and degradation. Taken together, the results presented here provide a pipeline for soybean seed proteome analysis and contribute a better understanding of proteomic changes that may lead to alteration in the protein contents in soybean seeds.
Lian, Sen;Jonson, Miranda Gilda;Cho, Won-Kyong;Choi, Hong-Soo;Je, Yeon-Ho;Kim, Kook-Hyung
The Plant Pathology Journal
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v.27
no.1
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pp.37-43
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2011
Rice stripe virus (RSV) is one of serious epidemic pathogens for rice species grown in many Asian countries. Therefore, it is necessary to produce a diagnostic detection kit applicable in fields for RSV detection. In this study, RSV proteins that were derived from recombinant proteins and synthetic polypeptides as antigens were generated and were raised in rabbits for antiserum production. Among seven proteins in RSV, genes that code for NCP and NS3 proteins were cloned and subcloned into vector carrying His-tag protein and were expressed in E. coli. Of two recombinant proteins, only anti-NCP displayed stable hybridization signals in western blot analysis. Alternately, synthetic RSV polypeptides for CP, NCP, NS3 and NSvc4 we also generated and only antibodies against CP and NCP were very effective to detect RSV in both RSV infected rice and weed plants. However, antibodies against NS3 and NSvc4 showed weak specific bands as well as strong non-specific background due to the difference of viral proteins produced in the infected leaves. In summary, the antibodies generated against RSV proteins produced in this study will be useful for various assays such as for RSV diagnostic detection, immunoprecipitation, protein purification, and western blot analysis.
Kim, Sang-Gon;Wang, Yiming;Wu, Jingni;Kang, Kyu-Young;Kim, Sun-Tae
Plant Biotechnology Reports
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v.5
no.4
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pp.309-315
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2011
Rice grown in anaerobic waterlogged soil accumulates ammonium as a major source of nitrogen (N). We have compared the physiological symptoms of rice seedlings subjected to N-starvation stress with those receiving sufficient N, based on measurements of shoot/root length and weight and an analysis of protein expression patterns. N starvation marginally increased root growth but notably decreased shoot biomass. N uptake was reduced by >50% in the roots and shoots of N-starved seedlings. To better understand the mechanism of N starvation in rice, we performed a comparative proteome analysis of proteins isolated from rice leaves. Twenty-five differentially expressed proteins were analyzed by matrixassisted laser desorption/ionization time-of-flight (TOF) mass spectrometry and electron spray ionization quadrupole TOF. Functional analysis of the N-starvation response proteins suggested their involvement in protein synthesis and fate, metabolism, and defense. These results indicate that these proteins may play important roles in regulating the plant's complex adaptation responses for N use during N starvation. The proteins may be useful for further characterization of protein function in plant N nutrition.
The rise in popularity of vegetarian and plant-based diets has led to extensive research into plant-based whipped creams. Whipped cream is an oil-in-water emulsion that creates foam through whipping, stabilizing the foam with proteins and fats. Pea protein is an excellent emulsifier and foaming agent among plant-based proteins, but its application in whipped cream is currently limited. The objective of this study was to investigate the quality characteristics of plant-based whipped cream made with ultrasonicated pea protein. The whipped creams were evaluated based on their quality characteristics. A commercially available dairy whipped cream (CON) was used as a control. Plant-based creams were evaluated using pea protein solution, cocoa butter, and canola oil to produce un-ultrasonicated pea protein whipped cream (PP) and ultrasonicated pea protein whipped cream (UPP) at 360 W for 6 min. UPP significantly reduced whipping time and foam drainage compared with CON and PP, resulting in significantly increased overrun, fat destabilization, and hardness. Optical microscopy showed that UPP had smaller fat globules and bubble size than PP. The fat globules of UPP and CON were mostly below 5 ㎛, whereas those of PP were distributed at 5-20 ㎛. Finally, ultrasonication significantly improved the overrun, foam drainage, fat destabilization, and hardness of UPP, which are significant quality characteristics of whipped creams. Therefore, ultrasonicated plant-based pea protein whipped cream is believed to be a viable alternative to dairy whipped cream.
Cho, Won Kyong;Hyun, Tae Kyung;Kumar, Dhinesh;Rim, Yeonggil;Chen, Xiong Yan;Jo, Yeonhwa;Kim, Suwha;Lee, Keun Woo;Park, Zee-Yong;Lucas, William J.;Kim, Jae-Yean
Molecules and Cells
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v.38
no.8
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pp.685-696
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2015
Rice is a model plant widely used for basic and applied research programs. Plant cell wall proteins play key roles in a broad range of biological processes. However, presently, knowledge on the rice cell wall proteome is rudimentary in nature. In the present study, the tightly-bound cell wall proteome of rice callus cultured cells using sequential extraction protocols was developed using mass spectrometry and bioinformatics methods, leading to the identification of 1568 candidate proteins. Based on bioinformatics analyses, 389 classical rice cell wall proteins, possessing a signal peptide, and 334 putative non-classical cell wall proteins, lacking a signal peptide, were identified. By combining previously established rice cell wall protein databases with current data for the classical rice cell wall proteins, a comprehensive rice cell wall proteome, comprised of 496 proteins, was constructed. A comparative analysis of the rice and Arabidopsis cell wall proteomes revealed a high level of homology, suggesting a predominant conservation between monocot and eudicot cell wall proteins. This study importantly increased information on cell wall proteins, which serves for future functional analyses of these identified rice cell wall proteins.
Root nodule specific proteins of Alnus hirsuta were examined. SDS-PAGE pattern of the Alnus root nodule was simpler than that of soybean, showing five nodule specific proteins whose molecular weights were 48, 40, 36, 26 and 19 kD, respectively. Among them, 48 kD protein existed most abundantly and were composed of two subunits whose pI value were 4.0 and 4.3, respectively. The 48 kD protein seemed to be a heme containing protein based on reaction with diaminobenzidine. Although 19 kD protein was present in small amount, it was most similar to leghemoglobin in terms of its molecular weight.
Seeds are an ideal repository for recombinant proteins in molecular farming applications. However, in order to use plant seeds efficiently for the production of such proteins, it is necessary to understand a number of fundamental biological properties of seeds. This includes a full understanding of promoters which function in a seed-specific manner, the subcellular targeting of the desired polypeptide and the final form in which a protein is stored. Once a biologically active protein has been deposited in a seed, it is also critical that the protein can be extracted and purified efficiently. In this review, these issues are examined critically to provide a number of approaches which may be adopted for production of recombinant proteins in plants. Particular attention is paid to the relationship between subcellular localization and protein extraction and purification. The robustness and flexibility of seed-based production is illustrated by examples close to or already in commercial production.
The advances in mass spectrometry-based proteomics technologies have enabled the generation of global proteome data from tissue or body fluid samples collected from a broad spectrum of human diseases. Comparative proteomic analysis of global proteome data identifies and prioritizes the proteins showing altered abundances, called differentially expressed proteins (DEPs), in disease samples, compared to control samples. Protein biomarker candidates that can serve as indicators of disease states are then selected as key molecules among these proteins. Recently, it has been addressed that cellular pathways can provide better indications of disease states than individual molecules and also network analysis of the DEPs enables effective identification of cellular pathways altered in disease conditions and key molecules representing the altered cellular pathways. Accordingly, a number of network-based approaches to identify disease-related pathways and representative molecules of such pathways have been developed. In this review, we summarize analytical platforms for network-based protein biomarker discovery and key components in the platforms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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