The in vivo characterization of the DNA repair gene apn-1 in the model organism Caenorhabditis elegans

Les sites apuriniques/apyrimidinique (AP) représentent une forme de dommage à l’ADN hautement mutagène et ce type de dommage peut survenir spontanément ou être induit par une variété d’agents. Afin de préserver la stabilité génomique, deux familles d’endonucléases de type AP, endo-IV et exo-III, sont nécessaires pour contrecarrer les effets mutagènes des sites AP. Malgré l’identification de membres des deux familles dans plusieurs organismes unicellulaire tels que E.coli et S. cerevisiae, aucun membre de la famille endo-IV n’a été identifié chez les organismes multicellulaires à l’exception de C. elegans et de C. briggsae. Nous avons donc décidé d’investiguer l’importance biologique de APN-1 chez C. elegans par l’utilisation d’une approche de knockdown du gène. Dans notre étude, nous avons montré que le knockdown du gène apn-1 chez C. elegans, en utilisant des ARN d’interférence (ARNi), cause une accumulation de mutations spontanées et induites par des drogues résultant en un délai de l’éclosion des œufs ainsi que par une diminution de la survie et de la longévité des vers adultes. De plus, nous avons montré que cette accumulation de mutations mène à un délai dans la progression du cycle cellulaire durant l’embryogénèse, représentant possiblement une explication du délai dans l’éclosion des œufs. Nous avons montré qu’il y avait une augmentation du niveau de mutations dans la gorge des vers, sans toutefois pouvoir confirmer la distribution de APN-1 qui possède une étiquette GFP. Les animaux transgéniques APN-1-GFP n’exprimaient pas suffisamment de la protéine de fusion pour permettre une visualisation à l’aide d’un microscope à fluorescence, mais la protéine a été détectée par immunobuvardage de type western. Les animaux transgéniques APN-1-GFP étaient instables et avaient des phénotypes concordants avec les défauts génétiques. En conclusion, il semble que C. elegans aie évolué afin de retenir un niveau de base de APN-1 jouant ainsi un rôle versatile afin de maintenir l’intégrité génétique d’autant plus que cet organisme semble manquer plusieurs enzymes de la voie de réparation par excision de base.

La génomique évolutive mitochondriale révèle des échanges génétiques et la ségrégation chez les Gloméromycètes

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) sont des organismes microscopiques du sol qui jouent un rôle crucial dans les écosystèmes naturels et que l’on retrouve dans tous les habitats de la planète. Ils vivent en relation symbiotique avec la vaste majorité des plantes terrestres. Ils sont des biotrophes obligatoires, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent croître qu'en présence d'une plante hôte. Cette symbiose permet entre autres à la plante d'acquérir des nutriments supplémentaires, en particulier du phosphore et du nitrate. Malgré le fait que cette symbiose apporte des services importants aux écosystèmes, la richesse des espèces, la structure des communautés, ainsi que la diversité fonctionnelle des CMA sont mal connues et l'approfondissement des connaissances dans ces domaines dépend d’outils de diagnostic moléculaire. Cependant, la présence de polymorphisme nucléaire intra-isolat combiné à un manque de données génomiques dans différents groupes phylogénétique de ces champignons complique le développement de marqueurs moléculaires et la détermination de l'affiliation évolutive à hauts niveaux de résolution (c.a.d. entre espèces génétiquement similaires et/ou isolats de la même espèce). . Pour ces raisons, il semble une bonne alternative d’utiliser un système génétique différent en ciblant le génome mitochondrial, qui a été démontré homogène au sein d'un même isolat de CMA. Cependant, étant donné le mode de vie particulier de ces organismes, une meilleure compréhension des processus évolutifs mitochondriaux est nécessaire afin de valoriser l'utilisation de tels marqueurs dans des études de diversité et en génétique des populations. En ce sens, mon projet de doctorat consistait à investiguerétudier: i) les vecteurs de divergences inter-isolats et -espèces génétiquement rapprochéesphylogénétiquement apparentées, ii) la plasticité des génomes mitochondriaux, iii) l'héritabilité mitochondriale et les mécanismes potentiels de ségrégation, ainsi que iv) la diversité mitochondriale intra-isolat in situ. À l'aide de la génomique mitochondriale comparative, en utilisant le séquençage nouvelle génération, on a démontré la présence de variation génétique substantielle inter-isolats et -espèces, engendrées par l'invasion d'éléments mobiles dans les génomes mitochondriaux des CMA, donnant lieu à une évolution moléculaire rapide des régions intergéniques. Cette variation permettait de développer des marqueurs spécifiques à des isolats de la même espèce. Ensuite, à l'aide d'une approche analytique par réseaux de gènes sur des éléments mobiles, on a été en mesure de démontrer des évènements de recombinaisons homologues entre des haplotypes mitochondriaux distincts, menant à des réarrangements génomiques. Cela a permis d'ouvrir les perspectives sur la dynamique mitochondriale et l'hétéroplasmie dans un même isolatsuggère une coexistence de différents haplotypes mitochondriaux dans les populations naturelles et que les cultures monosporales pourraient induirent une sous-estimation de la diversité allélique mitochondriale. Cette apparente contradiction avec l'homogénéité mitochondriale intra-isolat généralement observée, a amené à investiguer étudier les échanges génétiques à l'aide de croisements d'isolats génétiquement distincts. Malgré l'observation de quelques spores filles hétéroplasmiques, l'homoplasmie était le statut par défaut dans toutes les cultures monosporales, avec un biais en faveur de l'un des haplotypes parentaux. Ces résultats suggèrent que la ségrégation opère durant la formation de la spore et/ou le développement de la coloniedu mycélium. De plus, ils supportent la présence d'une machinerie protéique de ségrégation mitochondriale chez les CMAAMF, où l'ensemble des gènes impliqués dans ce mécanisme ont été retrouvé et sont orthologues aux autres champignons. Finalement, on est revenue aux sources avecon a étudié le polymorphisme mitochondrial intra-isolat à l'aide d'une approche conventionnelle de PCR en utilisant une Taq polymérase de haute fidélité, suivie de clonage et de séquençage Sanger, sur deux isolats de R. irregularis. Cela a permis l'observation d'hétéroplasmie in situ, ainsi que la co-expression de variantes de variantes de protéines'ARNm dans une souche in vitro. Les résultats suggèrent que d'autres études basées sur le séquençage nouvelle génération aurait potentiellement ignorée cette variation, offrant ainsi plusieurs nouveaux arguments permettant de considérer les CMA comme des organismes possédant une population de génomes mitochondriaux et nucléaires distincts.

Production, purification, genetic characterization and application studies of tannase enzyme from marine fungus Aspergillus awamori

Marine fungi remain totally unexplored as a source of industrial enzyme and prospective applications. Further tannase production by a marine organism has so far not been established. The primary objective of this study included the evaluation of the potential of Aspergillus awamori isolated from sea water as part of an earlier study and available in the culture collection of the Microbial technology laboratory for tannase production through different fermentation methods, optimization of bioprocess variables by statistical methods, purification and characterization of the enzyme, genetic study, and assessment of its potential applications.

Molecular cloning of alkaline protease gene from marine fungus Engyodontium album

Department of Biotechnology, Cochin University of Science and Technology

Extracellular beta-Glucosidase production by marine Aspergillus sydowii BTMFS 55

The beta-glucosidase enzyme purified from the marine fungus, Aspergillus sydowii BTMFS 55 showed a good yield of enzyme production under solid state fermentation. The statistical optimization of the media components revealed that moisture content, concentration of peptone and inoculum are the major parameters which supported the maximal enzyme production. The purified enzyme showed low pH activity and stability, glucose tolerance and activation by ethanol. It could produce ethanol from wheat bran and rice straw by simultaneous saccharification and fermentation with yeast.The glucosidase purified from Aspergillus sydowii BTMFS 55 shows great potential for several biotechnological applications such as the production of bio-ethanol from agricultural biomass and improvement in the aromatic character of wines and fruit juices through the hydrolysis of flavour glucosidic precursors. There is immense scope for the application of this marine fungus in the biofuel production besides in other industries provided further studies are pursued in exploiting this enzyme and the organism particularly scale up studies with respect to application. There is also ample scope for cloning of the gene encoding beta-glucosidase in domesticated hosts such as Pichia pastoris or S. cerevisiae that can produce ethanol directly from cellulosic biomass.

Molecular cloning and homology modelling of a subtilisin-like serine protease from the marine fungus, Engyodontium album BTMFS10

An alkaline protease gene (Eap) was isolated for the first time from a marine fungus, Engyodontium album. Eap consists of an open reading frame of 1,161 bp encoding a prepropeptide consisting of 387 amino acids with a calculated molecular mass of 40.923 kDa. Homology comparison of the deduced amino acid sequence of Eap with other known proteins indicated that Eap encode an extracellular protease that belongs to the subtilase family of serine protease (Family S8). A comparative homology model of the Engyodontium album protease (EAP) was developed using the crystal structure of proteinase K. The model revealed that EAP has broad substrate specificity similar to Proteinase K with preference for bulky hydrophobic residues at P1 and P4. Also, EAP is suggested to have two disulfide bonds and more than two Ca2? binding sites in its 3D structure; both of which are assumed to contribute to the thermostable nature of the protein.

Molecular cloning and homology modelling of a subtilisin-like serine protease from the marine fungus, Engyodontium album BTMFS10

An alkaline protease gene (Eap) was isolated for the first time from a marine fungus, Engyodontium album. Eap consists of an open reading frame of 1,161 bp encoding a prepropeptide consisting of 387 amino acids with a calculated molecular mass of 40.923 kDa. Homology comparison of the deduced amino acid sequence of Eap with other known proteins indicated that Eap encode an extracellular protease that belongs to the subtilase family of serine protease (Family S8). A comparative homology model of the Engyodontium album protease (EAP) was developed using the crystal structure of proteinase K. The model revealed that EAP has broad substrate specificity similar to Proteinase K with preference for bulky hydrophobic residues at P1 and P4. Also, EAP is suggested to have two disulfide bonds and more than two Ca2? binding sites in its 3D structure; both of which are assumed to contribute to the thermostable nature of the protein.

Antifungal activity of Bacillus subtilis filtrate to control Fusarium oxysporum f.sp. lentis, the causal organism of lentil vascular wilt

In dual cultures, the supernatant filtrate of the biological control agent Bacillus subtilis was evaluated against (Fusarium oxysporum f.sp. lentis) the causal organism of lentil vascular wilt. The antagonistic activity was evaluated as percent reduction of fungal growth (certainly due, in part, to the antifungal metabolites produced by the antagonistic bacterium). The in-vitro experiments showed that B. subtilis filtrate, whether solid or liquid media, had a strong inhibiting activity on the spore germination and mycelial growth of F. oxysporum f. sp. lentis. In a glasshouse experiment, soil was drenched with B. subtilis filtrate at 30 ml/kg (vol/wt) around seedlings of a susceptible lentil line (ILL 4605). In this treatment there was only 31% mortality compared with 100% kill of plants in the control treatment (P≤0.05).

Purification and molecular cloning of antimicrobial peptides from Scots pine seedlings

A novel protocol for rapid and efficient purification of antimicrobial peptides from plant seedlings has been developed. Two peptides with antimicrobial activity, designated p1 and p2, were purified nearly to homogeneity from Scots pine seedlings by a combination of sulfuric acid extraction, ammonium sulfate precipitation, heat-inactivation and ion-exchange chromatography on phosphocellulose. Purified proteins had molecular masses of 11 kDa (p1) and 5.8 kDa (p2) and were identified by mass spectrometry as defensin and lipid-transfer protein, respectively. We demonstrated their growth inhibitory effects against a group of phytopathogenic fungi. Furthermore, we report for the first time molecular cloning and characterization of defensin I cDNA from Scots pine. A cDNA expression library from 7 days Scots pine seedlings was generated and used to isolate a cDNA clone corresponding to Scots pine defensin, termed PsDef1. The full-length coding sequence of PsDef1 is 252 bp in length and has an open reading frame capable to encode a protein of 83 amino residues. The deduced sequence has the typical features of plant defensins, including an endoplasmic reticulum signal sequence of 33 aa, followed by a characteristic defensin domain of 50 amino acids representing its active form. The calculated molecular weight of the mature form of PsDef1 is 5601.6 Da, which correlates well with the results of SDS-PAGE analysis. Finally, the antimicrobial properties of PsDef1 against a panel of fungi and bacteria define it as a member of the morphogenic group of plant defensins. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Description of Kingella potus sp nov., an organism isolated from a wound caused by an animal bite

We report the isolation and characterization of a hitherto unknown gram-negative, rod-shaped Neisseria-like organism from an infected wound resulting from a bite from a kinkajou. Based on both phenotypic and phylogenetic evidence, it is proposed that the unknown organism be classified as a new species, Kingella potus sp. nov.

Molecular cloning and comparative analysis of four beta-galactosidase genes from Bifidobacterium bifidum NCIMB41171

Bifidobacterium bifidum NCIMB41171 carries four genes encoding different beta-galactosidases. One of them, named bbgIII, consisted of an open reading frame of 1,935 amino acid (a.a.) residues encoding a protein with a multidomain structure, commonly identified on cell wall bound enzymes, having a signal peptide, a membrane anchor, FIVAR domains, immunoglobulin Ig-like and discoidin-like domains. The other three genes, termed bbgI, bbgII and bbgIV, encoded proteins of 1,291, 689 and 1,052 a.a. residues, respectively, which were most probably intracellularly located. Two cases of protein evolution between strains of the same species were identified when the a.a. sequences of the BbgI and BbgIII were compared with homologous proteins from B. bifidum DSM20215. The homologous proteins were found to be differentiated at the C-terminal a.a. part either due to a single nucleotide insertion or to a whole DNA sequence insertion, respectively. The bbgIV gene was located in a gene organisation surrounded by divergently transcribed genes putatively for sugar transport (galactoside-symporter) and gene regulation (LacI-transcriptional regulator), a structure that was found to be highly conserved in B. longum, B. adolescentis and B. infantis, suggesting optimal organisation shared amongst those species.

A novel alpha-galactosidase from I'ifidobacterium bifidum with transgalactosylating properties: gene molecular cloning and heterologous expression

A genomic library of Bifidobacterium bifidum (NCIMB 41171) DNA was constructed in Escherichia coli RA11r (melA(-)B(+)) and one alpha-galactosidase encoding gene was isolated. Conceptual translation combined with insertional mutagenesis analysis indicated an open reading frame (ORF) of 759 amino acid (aa) residues encoding an alpha-galactosidase (named as MelA) of 82.8 kDa. Partial purification and characterisation showed that the enzyme had an apparent native molecular mass of a parts per thousand 243 kDa and a subunit size of a parts per thousand 85 kDa. The enzyme belongs to glycosyl hydrolases 36 family with high aa sequence similarities (a parts per thousand 73%) to other known alpha-galactosidases of bifidobacterial origin. Under optimum pH conditions for activity (pH 6.0) and high melibiose concentration (40% w/v), the enzyme was able to form oligosaccharides with degree of polymerisation (DP) a parts per thousand yen3 at higher concentration than DP = 2, with a total yield of 20.5% (w/w).

Fastidiosipila sanguinis gen. nov., sp nov., a new Gram-positive, coccus-shaped organism from human blood

Phenotypic and phylogenetic studies were performed on two strains of an unidentified Gram-positive, fastidious, non-spore-forming, coccus-shaped bacterium recovered from human blood. The organism was catalase-negative and grew under strictly anaerobic conditions and in the presence of 2 and 6% O-2. Comparative 16S rRNA gene sequencing demonstrated that the unidentified bacterium was, phylogenetically, far removed from peptostreptococci and related Gram-positive coccus-shaped organisms, but exhibited a phylogenetic association with Clostridium rRNA cluster III [as defined by Collins et al, Int J Syst Bacteriol 44 (1994), 812-826]. Sequence divergence values of 15% or more were observed between the unidentified bacterium and all other recognized species within this and related rRINIA clostridial clusters. Treeing analysis showed that the unknown bacterium formed a deep line branching at the periphery of rRNA cluster III and represents a hitherto unknown genus within this supra-generic grouping. On the basis of both phylogenetic and phenotypic evidence, it is proposed that the unknown bacterium from blood be classified in a new genus, Fastidiosipila gen. nov., as Fastidiosipila sanguinis sp, nov. The type strain of Fastidiosipila sanguinis is CCUG 47711(T) (= CIP 108292(T)).