In this study, the nematode-trapping fungus, Monacrosporium sphaeroides, was transformed with a plasmid harboring the hygromycin B phosphotransferase gene, via restriction enzyme-mediated integration (REMI). Frequencies of up to 94 transformants ${\mu}g^{-1}$ per linearized plasmid DNA were obtained by optimizing the PEG concentration, as well as the category and quantity of the added restriction enzyme. $90\%$ of the transformants were determined to be stable for drug resistance when 20 randomly selected transformants were tested. Southern analyses revealed that the transforming DNA was integrated into the M. sphaeroides genome either with or without rearrangement. Five mitotic stable mutant strains were obtained using this approach, all of which had been altered with regard to sporulation capacity and pathogenicity toward nematodes. Southern blot analyses of the five mutants revealed that foreign plasmid DNA had integrated into the genome. Three of the mutants, Tms2316, Tms3583 and Tms1536, exhibited integration at a single location, whereas the remaining two, Tms32 and Tms1913, manifested integration at double or multiple locations. Our results suggest that the transformation of M. sphaeroides via REMI will facilitate insertional mutagenesis, the functional analysis of a variety of genes, and the tagging or cloning of genes of interest.
Restriction enzyme-mediated integration(REMI) was used to transform uracil auxotrophs of Pleurotus ostreatus to prototrophy. When protoplasts of Pleurotus ostreatus were treated by the reaction mixture containing 10 units of BamHI, the frequency of REMI was about 64 transformants per 1 ${\mu}g$ of DNA. This efficiency was increased by 14.2 times compared with that of the conventional PEG transformation. The optimal condition for REMI of P. ostreatus was achieved when 1 ${\mu}g$ of linearized pTRura3-2 DNA was added into $1{\times}10^7$ protoplasts along with 10 units BamHI. Southern blot analysis revealed that about 50% of transformants examined were caused by REMI event and 30% carried single copy insertion at the genome. This suggested that the REMI method might be a useful tool for efficient transformation and tagging mutagenesis of P. ostreatus.
Mushroom transformation requires a series of experimental steps, including generation of host strains with a desirable selective marker, design of vector DNA, removal of host cell wall, introduction of foreign DNA across the cell membrane, and integration into host genomic DNA or maintenance of an autonomous vector DNA inside the host cell. This review introduces limitations and obstacles related to transformation technologies along with possible solutions. Current methods for cell wall removal and cell membrane permeabilization are summarized together with details of two popular technologies, Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation and restriction enzyme-mediated integration.
Metabolic engineering with a high-yielding mutant, A. terreus AN37, was performed to enhance the production of itaconic acid (IA). Reportedly, the gene cluster for IA biosynthesis is composed of four genes: reg (regulator), mtt (mitochondrial transporter), cad (cis-aconitate decarboxylase), and mfs (membrane transporter). By overexpressing each gene of the IA gene cluster in A. terreus AN37 transformed by the restriction enzyme-mediated integration method, several transformants showing high productivity of IA were successfully obtained. One of the AN37/cad transformants could produce a very high amount of IA (75 g/l) in shake-flask cultivations, showing an average of 5% higher IA titer compared with the high-yielding control strain. Notably, in the case of the mfs transformants, a maximal increase of 18.3% in IA production was observed relative to the control strain under the identical fermentation conditions. Meanwhile, the overexpression of reg and mtt genes showed no significant improvements in IA production. In summary, the overexpressed cis-aconitate decarboxylase (CAD) and putative membrane transporter (MFS) appeared to have positive influences on the enhanced IA productivity of the respective transformant. The maximal increases of 13.6~18.3% in IA productivity of the transformed strains should be noted, since the parallel mother strain used in this study is indeed a very high-performance mutant that has been obtained through intensive rational screening programs in our laboratory.
Kim, Hee-Kyoung;Lee, Sun-Hee;Kim, Heung-Tae;Yun, Sung-Hwan
The Plant Pathology Journal
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제25권3호
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pp.205-212
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2009
Colletotrichum acutatum was the main cause of the recent outbreaks of anthracnose on pepper fruit in Korea. To facilitate molecular analysis of C. acutatum, we generated an arginine auxotrophic mutant of the C acutatum strain JC24 using a targeted gene replacement strategy. A 3.3-kb genomic region carrying an ortholog (designated CaARG2) of the fungal gene encoding N-acetylglutamate synthase, the first enzyme of arginine biosynthesis in fungi, was deleted from the fungal genome. The mutant exhibited normal growth only when arginine was exogenously supplied into the culture medium. Transformation of the arginine auxotrophic mutant with a plasmid DNA carrying an intact copy of CaARG2, which was smaller than the deleted region in the mutant, not only caused random vector insertions in the fungal genome, but also recovered both hyphal growth and pathogenicity of the mutant to the wild-type level. Using this new selection system, we have successfully developed a restriction enzyme-mediated integration procedure, which would provide an economically efficient random mutagenesis method in C. acutatum.
후자린산(FA)는 Fusarium 속 균이 생성하는 독소로서 다른 곰팡이독소보다 독성은 낮으나 다른 독소와 중복 오염시 전체 독성을 증진시키는 것으로 알려졌다. 현재까지 FA 생합성 관련 효소나 유전자가 Fusarium oxysporum에서 밝혀지지 않았기 때문에 본 연구에서는 관련 생합성 유전자의 발굴을 위해 제한효소를 통한 무작위 삽입 형질전환방법인 REMI를 이용하여 FA 생성 F. oxysporum 균주의 생합성유전자의 결손을 시도하였다. F. oxysporum 균주 2주를 대상으로 REMI를 시도한 결과, 평균 3.2주 ($1{\mu}g$ DNA 당)의 효율로 7,100주 이상의 형질전환체를 육성하였다. FA 미생성 형질전환체를 스크리닝 하기 위해 FA가 함유된 배양액에서 다양한 식물종자의 발아여부를 조사한 결과, 11종의 종자 중 가장 감수성인 배추종자를 선발하였다. 각 형질전환체는 Czapek-Dox broth에서 3주간 배양한 후 배양여액을 배추종자의 발아여부 검정에 사용하였다. 검정결과 총 5,000여 주의 REMI 형질전환체 중 53주의 배양여액에서 종자가 발아하지 않아, 이들을 FA 미(저) 생성 추정 형질전환체로 선발하였다. 이중 26주의 FA 생성량을 HPLC로 분석한 결과, 2주의 형질전환체에서 모균주 생성량의 1% 이하의 FA가 검출되었다. 이 중 형질전환체 1주로부터 REMI 벡터 삽입 부위 게놈 DNA의 염기서열(252 bp)을 확보하였으며, 이 부위는 F. fujikuroi의 미동정 게놈부위와 93% 유사성이 있음을 확인하였다. 이 부위의 FA생성 관련성 증명을 위해서는 추후 연구가 필요하다.
Fusarium graminearum is an important pathogen of cereal crops in many areas of the world causing head blight and ear rot of small grains. In addition to serious economic losses, this fungus produces mycotoxins, such as trichothecenes and zearalenone on diseased crops and has been a potential threat to human and animal health. To massively identify pathogenesis-related genes from F. graminearum, two representative strains (SCKO4 from rice and Z03643 from wheat) were mutagenized using restriction enzyme-mediated integration (REMI). In total, 20,DOD REMI transformants have been collected from the two strains. So far, 63 mutants for several traits involved in disease development such as virulence, mycotoxin production, and sporulation have been selected from 3,000 REMI transformants. Now, selected mutants of interest have being genetically analyzed using a newly developed outcross method (See Jungkwan Lee et al poster). In addition, cloning and characterization of genomic DNA regions flanking the insertional site in the genome of the mutants are in progress.
Lee Sun-Hee;Kim Hee-Kyoung;Hong Sae-Yeon;Lee Yin-Won;Yun Sung-Hwan
The Plant Pathology Journal
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제22권3호
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pp.215-221
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2006
Gibberella zeae (anamorph: Fusarium graminearum) is an important pathogen of cereal crops. This fungus produces a broad range of secondary metabolites, including polyketides such as aurofusarin (a red pigment) and zearalenone (an estrogenic mycotoxin), which are important mycological characteristics of this species. A screen of G. zeae insertional mutants, generated using a restriction enzyme-mediated integration (REMI) procedure, led to the isolation of a mutant (Z43R606) that produced neither aurofusarin nor zearalenone yet showed normal female fertility and virulence on host plants. Outcrossing analysis confirmed that both the albino and zearalenone-deficient mutations are linked to the insertional vector in Z43R606. Molecular characterization of Z43R606 revealed a deletion of at least 220 kb of the genome at the vector insertion site, including the gene clusters required for the biosynthesis of aurofusarin and zearalenone, respectively. A re-creation of the insertional event of Z43R606 in the wild-type strain demonstrated that the 220-kb deletion is responsible for the phenotypic changes in Z43R606 and that a large region of genomic DNA can be efficiently deleted in G. zeae by double homologous recombination. The results showed that 52 putative genes located in the deleted genomic region are not essential for phenotypes other than the production of both aurofusarin and zearalenone. This is the first report of the molecular characterization of a large genomic deletion in G. zeae mediated by the REMI procedure.
Seo, Back-Won;Kim, Hee-Kyoung;Lee, Yin-Won;Yun, Sung-Hwan
The Plant Pathology Journal
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제23권2호
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pp.51-56
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2007
A plant pathogenic fungus, Gibberella zeae (anamorph: Fusarium graminearum), not only generates economic losses by causing disease on cereal grains, but also leads to severe toxicosis in human and animals through the production of mycotoxins in infected plants. Here, we characterized a histidine auxotrophic mutant of G. zeae, designated Z43R1092, which was generated using a restriction enzyme-mediated integration (REMI) procedure. The mutant exhibited pleiotropic phenotypic changes, including a reduction in mycelial growth and virulence and loss of sexual reproduction. Outcrossing analysis confirmed that the histidine auxotrophy is linked to the insertional vector in Z43R1092. Molecular analysis showed that the histidine requirement of Z43R1092 is caused by a disruption of an open reading frame, designated GzHIS7. The deduced product of GzHIS7 encodes a putative enzyme with an N-terminal glutamine amidotransferase and a C-terminal cyclase domain, similar to the Saccharomyces cerevisiae HIS7 required for histidine biosynthesis. The subsequent gene deletion and complementation analyses confirmed the functions of GzHIS7 in G. zeae. This is the first report of the molecular characterization of histidine auxotrophy in G. zeae, and our results demonstrate that correct histidine biosynthesis is essential for virulence, as well as sexual development, in G. zeae. In addition, our results could provide a G. zeae histidine auxotroph as a recipient strain for genetic transformation using this new selectable marker.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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