IMPROVED PRODUCTIVITY AND BIOPRODUCT FORMATION IN PHOTOTROPIN KNOCK/OUT MUTANTS IN MICROALGAE
Phototropin is a blue light receptor, which mediates a variety of blue-light elicited physiological processes in plants and algae. In higher plants these processes include phototropism, chloroplast movement and stomatal opening. In the green alga Chlamydomonas reinhardtii, phototropin plays a vital...
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| creator | STARKENBURG, Shawn Robert NEGI, Sangeeta SAYRE, Richard Thomas |
| description | Phototropin is a blue light receptor, which mediates a variety of blue-light elicited physiological processes in plants and algae. In higher plants these processes include phototropism, chloroplast movement and stomatal opening. In the green alga Chlamydomonas reinhardtii, phototropin plays a vital role in progression of the sexual life cycle and In the control of the eye spot size and light sensitivity Phototropin is also involved in blue-light mediated changes in the synthesis of chlorophylls, carotenoids, chlorophyll binding proteins. We compared the transcriptome of phototropin knock out (PHOT KO) mutant and wild-type parent to analyze differences in gene expression in high light grown cultures (500 μmol photons m-2s-1). Our results indicate the up-regulation of genes involved in photosynthetic electron transport chain, carbon fixation pathway, starch, lipid, and cell cycle control genes. With respect to photosynthetic electron transport genes, genes encoding proteins of the cytochrome b6f and ATP synthase complex were up regulated potentially facilitating proton-coupled electron transfer. In addition genes involved in limiting steps in the Calvin cycle Ribulose-1,5-blsphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCO), Sidoheptulose 1,7 bisphosphatase (SBPase), Glyceraldehyde-3- phosphate dehydrogenase (3PGDH) and that mediate cell-cycle control (CDK) were also up regulated along with starch synthase and fatty acid biosynthesis genes involved in starch and lipid synthesis, in addition, transmission electron micrographs show increased accumulation of starch granules in PHOT mutant compared to wild type, which is consistent with the higher expression of starch synthase genes. Collectively, the altered patterns of gene expression in the PHOT mutants were associated with a two-fold increase in growth and biomass accumulation compared to wild type when grown in environmental photobioreactors (Phenometrics) that simulate a pond environment. In conclusion, our studies suggest that phototropin may be a master gene regulator that suppresses rapid cell growth and promotes gametogenesis and sexual recombination in wild type strains.
La phototropine est un récepteur de lumière bleue, qui sert d'intermédiaire dans une variété de processus physiologiques élicités par la lumière bleue dans des plantes et des algues; dans les plantes supérieures, ces processus comprennent le phototropisme, le mouvement de chloroplastes et l'ouverture stomatique. Dans l'algue verte Chlamydomon |
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La phototropine est un récepteur de lumière bleue, qui sert d'intermédiaire dans une variété de processus physiologiques élicités par la lumière bleue dans des plantes et des algues; dans les plantes supérieures, ces processus comprennent le phototropisme, le mouvement de chloroplastes et l'ouverture stomatique. Dans l'algue verte Chlamydomonas reinhardtii, la phototropine joue un rôle vital dans la progression du cycle de vie sexuelle et dans la commande de la taille du point de l'œil et la sensibilité à la lumière. La phototropine est également impliquée dans des changements induits par la lumière bleue dans la synthèse de chlorophylles, caroténoïdes, des protéines de liaison de la chlorophylle. Nous avons comparé le transcriptome du mutant knock out de la phototropine (PHOT KO) et du parent de type sauvage pour analyser les différences dans l'expression génique dans des cultures cultivés à la lumière élevée (500 pmoi photons rrf2 s "1). Nos résultats indiquent la régulation à la hausse de gènes impliqués dans la chaîne de transport d'électrons photosynthétiques, la voie de fixation du carbone, des gènes contrôlant l'amidon, les lipides et gènes le cycle cellulaire. Concernant les gènes de transport d'électrons photosynthétiques, des gènes codant pour des protéines du complexe cytochrome b6f et ATP synthase ont été régulés à la hausse, facilitant potentiellement le transfert d'électrons couplé aux protons. Par ailleurs, des gènes impliqués dans des étapes de limitation de la ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygénase (RuBisCO), de la sidoheptulose 1,7-bisphosphatase (Spbase), de la glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase (3 PGDH) du cycle de Calvin et qui médient le contrôle du cycle cellulaire (CDK) ont également été régulés à la hausse conjointement avec les gènes de biosynthèse de l'amidon phosphorylase et d'acides gras impliqués dans la synthèse de l'amidon et des lipides; en outre, des micrographies par transmission des électrons présentent une augmentation de l'accumulation de granulés d'amidon dans un mutant PHOT par rapport au type sauvage, ce qui est cohérent avec le degré d'expression plus élevé de gènes d'amidon phosphorylase. Collectivement, des motifs modifiés de l'expression génique dans les mutants PHOT ont été associés à une augmentation par deux de la croissance et de l'accumulation de biomasse par rapport au type sauvage lorsqu'ils sont cultivés dans des photobioréacteurs environnementaux (Phenometrics) qui simulent un environnement de bassin. En conclusion, nos études suggèrent que la phototropine peut être un régulateur de gènes maître qui supprime la croissance cellulaire rapide et favorise la gamétogenèse et la recombinaison sexuelle dans des souches de type sauvage.</description><language>eng ; fre</language><subject>BEER ; BIOCHEMISTRY ; CHEMISTRY ; COMPOSITIONS THEREOF ; CULTURE MEDIA ; ENZYMOLOGY ; FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIREDCHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERSFROM A RACEMIC MIXTURE ; METALLURGY ; MICROBIOLOGY ; MICROORGANISMS OR ENZYMES ; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING ; PROPAGATING, PRESERVING OR MAINTAINING MICROORGANISMS ; SPIRITS ; VINEGAR ; WINE</subject><creationdate>2017</creationdate><oa>free_for_read</oa><woscitedreferencessubscribed>false</woscitedreferencessubscribed></display><links><openurl>$$Topenurl_article</openurl><openurlfulltext>$$Topenurlfull_article</openurlfulltext><thumbnail>$$Tsyndetics_thumb_exl</thumbnail><linktohtml>$$Uhttps://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?FT=D&date=20170420&DB=EPODOC&CC=WO&NR=2016193959A3$$EHTML$$P50$$Gepo$$Hfree_for_read</linktohtml><link.rule.ids>230,308,776,881,25544,76293</link.rule.ids><linktorsrc>$$Uhttps://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?FT=D&date=20170420&DB=EPODOC&CC=WO&NR=2016193959A3$$EView_record_in_European_Patent_Office$$FView_record_in_$$GEuropean_Patent_Office$$Hfree_for_read</linktorsrc></links><search><creatorcontrib>STARKENBURG, Shawn Robert</creatorcontrib><creatorcontrib>NEGI, Sangeeta</creatorcontrib><creatorcontrib>SAYRE, Richard Thomas</creatorcontrib><title>IMPROVED PRODUCTIVITY AND BIOPRODUCT FORMATION IN PHOTOTROPIN KNOCK/OUT MUTANTS IN MICROALGAE</title><description>Phototropin is a blue light receptor, which mediates a variety of blue-light elicited physiological processes in plants and algae. In higher plants these processes include phototropism, chloroplast movement and stomatal opening. In the green alga Chlamydomonas reinhardtii, phototropin plays a vital role in progression of the sexual life cycle and In the control of the eye spot size and light sensitivity Phototropin is also involved in blue-light mediated changes in the synthesis of chlorophylls, carotenoids, chlorophyll binding proteins. We compared the transcriptome of phototropin knock out (PHOT KO) mutant and wild-type parent to analyze differences in gene expression in high light grown cultures (500 μmol photons m-2s-1). Our results indicate the up-regulation of genes involved in photosynthetic electron transport chain, carbon fixation pathway, starch, lipid, and cell cycle control genes. With respect to photosynthetic electron transport genes, genes encoding proteins of the cytochrome b6f and ATP synthase complex were up regulated potentially facilitating proton-coupled electron transfer. In addition genes involved in limiting steps in the Calvin cycle Ribulose-1,5-blsphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCO), Sidoheptulose 1,7 bisphosphatase (SBPase), Glyceraldehyde-3- phosphate dehydrogenase (3PGDH) and that mediate cell-cycle control (CDK) were also up regulated along with starch synthase and fatty acid biosynthesis genes involved in starch and lipid synthesis, in addition, transmission electron micrographs show increased accumulation of starch granules in PHOT mutant compared to wild type, which is consistent with the higher expression of starch synthase genes. Collectively, the altered patterns of gene expression in the PHOT mutants were associated with a two-fold increase in growth and biomass accumulation compared to wild type when grown in environmental photobioreactors (Phenometrics) that simulate a pond environment. In conclusion, our studies suggest that phototropin may be a master gene regulator that suppresses rapid cell growth and promotes gametogenesis and sexual recombination in wild type strains.
La phototropine est un récepteur de lumière bleue, qui sert d'intermédiaire dans une variété de processus physiologiques élicités par la lumière bleue dans des plantes et des algues; dans les plantes supérieures, ces processus comprennent le phototropisme, le mouvement de chloroplastes et l'ouverture stomatique. Dans l'algue verte Chlamydomonas reinhardtii, la phototropine joue un rôle vital dans la progression du cycle de vie sexuelle et dans la commande de la taille du point de l'œil et la sensibilité à la lumière. La phototropine est également impliquée dans des changements induits par la lumière bleue dans la synthèse de chlorophylles, caroténoïdes, des protéines de liaison de la chlorophylle. Nous avons comparé le transcriptome du mutant knock out de la phototropine (PHOT KO) et du parent de type sauvage pour analyser les différences dans l'expression génique dans des cultures cultivés à la lumière élevée (500 pmoi photons rrf2 s "1). Nos résultats indiquent la régulation à la hausse de gènes impliqués dans la chaîne de transport d'électrons photosynthétiques, la voie de fixation du carbone, des gènes contrôlant l'amidon, les lipides et gènes le cycle cellulaire. Concernant les gènes de transport d'électrons photosynthétiques, des gènes codant pour des protéines du complexe cytochrome b6f et ATP synthase ont été régulés à la hausse, facilitant potentiellement le transfert d'électrons couplé aux protons. Par ailleurs, des gènes impliqués dans des étapes de limitation de la ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygénase (RuBisCO), de la sidoheptulose 1,7-bisphosphatase (Spbase), de la glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase (3 PGDH) du cycle de Calvin et qui médient le contrôle du cycle cellulaire (CDK) ont également été régulés à la hausse conjointement avec les gènes de biosynthèse de l'amidon phosphorylase et d'acides gras impliqués dans la synthèse de l'amidon et des lipides; en outre, des micrographies par transmission des électrons présentent une augmentation de l'accumulation de granulés d'amidon dans un mutant PHOT par rapport au type sauvage, ce qui est cohérent avec le degré d'expression plus élevé de gènes d'amidon phosphorylase. Collectivement, des motifs modifiés de l'expression génique dans les mutants PHOT ont été associés à une augmentation par deux de la croissance et de l'accumulation de biomasse par rapport au type sauvage lorsqu'ils sont cultivés dans des photobioréacteurs environnementaux (Phenometrics) qui simulent un environnement de bassin. En conclusion, nos études suggèrent que la phototropine peut être un régulateur de gènes maître qui supprime la croissance cellulaire rapide et favorise la gamétogenèse et la recombinaison sexuelle dans des souches de type sauvage.</description><subject>BEER</subject><subject>BIOCHEMISTRY</subject><subject>CHEMISTRY</subject><subject>COMPOSITIONS THEREOF</subject><subject>CULTURE MEDIA</subject><subject>ENZYMOLOGY</subject><subject>FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIREDCHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERSFROM A RACEMIC MIXTURE</subject><subject>METALLURGY</subject><subject>MICROBIOLOGY</subject><subject>MICROORGANISMS OR ENZYMES</subject><subject>MUTATION OR GENETIC ENGINEERING</subject><subject>PROPAGATING, PRESERVING OR MAINTAINING MICROORGANISMS</subject><subject>SPIRITS</subject><subject>VINEGAR</subject><subject>WINE</subject><fulltext>true</fulltext><rsrctype>patent</rsrctype><creationdate>2017</creationdate><recordtype>patent</recordtype><sourceid>EVB</sourceid><recordid>eNqNisEKgkAQQL10iOofBjpHmRR4nNY1B9udZRuNDiES2ylKsP8nAz-g03s83jS6kXGea53BgKxSQjXJFdBmcCAeG-TsDQqxBbLgChYWz27w0rIq11wJmErQyvk3GFKe8XREPY8mj_bZh8XIWbTMtahiFbp3E_quvYdX-DQX3m7ifZwm6S7FJPnv-gIj0zRc</recordid><startdate>20170420</startdate><enddate>20170420</enddate><creator>STARKENBURG, Shawn Robert</creator><creator>NEGI, Sangeeta</creator><creator>SAYRE, Richard Thomas</creator><scope>EVB</scope></search><sort><creationdate>20170420</creationdate><title>IMPROVED PRODUCTIVITY AND BIOPRODUCT FORMATION IN PHOTOTROPIN KNOCK/OUT MUTANTS IN MICROALGAE</title><author>STARKENBURG, Shawn Robert ; NEGI, Sangeeta ; SAYRE, Richard Thomas</author></sort><facets><frbrtype>5</frbrtype><frbrgroupid>cdi_FETCH-epo_espacenet_WO2016193959A33</frbrgroupid><rsrctype>patents</rsrctype><prefilter>patents</prefilter><language>eng ; fre</language><creationdate>2017</creationdate><topic>BEER</topic><topic>BIOCHEMISTRY</topic><topic>CHEMISTRY</topic><topic>COMPOSITIONS THEREOF</topic><topic>CULTURE MEDIA</topic><topic>ENZYMOLOGY</topic><topic>FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIREDCHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERSFROM A RACEMIC MIXTURE</topic><topic>METALLURGY</topic><topic>MICROBIOLOGY</topic><topic>MICROORGANISMS OR ENZYMES</topic><topic>MUTATION OR GENETIC ENGINEERING</topic><topic>PROPAGATING, PRESERVING OR MAINTAINING MICROORGANISMS</topic><topic>SPIRITS</topic><topic>VINEGAR</topic><topic>WINE</topic><toplevel>online_resources</toplevel><creatorcontrib>STARKENBURG, Shawn Robert</creatorcontrib><creatorcontrib>NEGI, Sangeeta</creatorcontrib><creatorcontrib>SAYRE, Richard Thomas</creatorcontrib><collection>esp@cenet</collection></facets><delivery><delcategory>Remote Search Resource</delcategory><fulltext>fulltext_linktorsrc</fulltext></delivery><addata><au>STARKENBURG, Shawn Robert</au><au>NEGI, Sangeeta</au><au>SAYRE, Richard Thomas</au><format>patent</format><genre>patent</genre><ristype>GEN</ristype><title>IMPROVED PRODUCTIVITY AND BIOPRODUCT FORMATION IN PHOTOTROPIN KNOCK/OUT MUTANTS IN MICROALGAE</title><date>2017-04-20</date><risdate>2017</risdate><abstract>Phototropin is a blue light receptor, which mediates a variety of blue-light elicited physiological processes in plants and algae. In higher plants these processes include phototropism, chloroplast movement and stomatal opening. In the green alga Chlamydomonas reinhardtii, phototropin plays a vital role in progression of the sexual life cycle and In the control of the eye spot size and light sensitivity Phototropin is also involved in blue-light mediated changes in the synthesis of chlorophylls, carotenoids, chlorophyll binding proteins. We compared the transcriptome of phototropin knock out (PHOT KO) mutant and wild-type parent to analyze differences in gene expression in high light grown cultures (500 μmol photons m-2s-1). Our results indicate the up-regulation of genes involved in photosynthetic electron transport chain, carbon fixation pathway, starch, lipid, and cell cycle control genes. With respect to photosynthetic electron transport genes, genes encoding proteins of the cytochrome b6f and ATP synthase complex were up regulated potentially facilitating proton-coupled electron transfer. In addition genes involved in limiting steps in the Calvin cycle Ribulose-1,5-blsphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCO), Sidoheptulose 1,7 bisphosphatase (SBPase), Glyceraldehyde-3- phosphate dehydrogenase (3PGDH) and that mediate cell-cycle control (CDK) were also up regulated along with starch synthase and fatty acid biosynthesis genes involved in starch and lipid synthesis, in addition, transmission electron micrographs show increased accumulation of starch granules in PHOT mutant compared to wild type, which is consistent with the higher expression of starch synthase genes. Collectively, the altered patterns of gene expression in the PHOT mutants were associated with a two-fold increase in growth and biomass accumulation compared to wild type when grown in environmental photobioreactors (Phenometrics) that simulate a pond environment. In conclusion, our studies suggest that phototropin may be a master gene regulator that suppresses rapid cell growth and promotes gametogenesis and sexual recombination in wild type strains.
La phototropine est un récepteur de lumière bleue, qui sert d'intermédiaire dans une variété de processus physiologiques élicités par la lumière bleue dans des plantes et des algues; dans les plantes supérieures, ces processus comprennent le phototropisme, le mouvement de chloroplastes et l'ouverture stomatique. Dans l'algue verte Chlamydomonas reinhardtii, la phototropine joue un rôle vital dans la progression du cycle de vie sexuelle et dans la commande de la taille du point de l'œil et la sensibilité à la lumière. La phototropine est également impliquée dans des changements induits par la lumière bleue dans la synthèse de chlorophylles, caroténoïdes, des protéines de liaison de la chlorophylle. Nous avons comparé le transcriptome du mutant knock out de la phototropine (PHOT KO) et du parent de type sauvage pour analyser les différences dans l'expression génique dans des cultures cultivés à la lumière élevée (500 pmoi photons rrf2 s "1). Nos résultats indiquent la régulation à la hausse de gènes impliqués dans la chaîne de transport d'électrons photosynthétiques, la voie de fixation du carbone, des gènes contrôlant l'amidon, les lipides et gènes le cycle cellulaire. Concernant les gènes de transport d'électrons photosynthétiques, des gènes codant pour des protéines du complexe cytochrome b6f et ATP synthase ont été régulés à la hausse, facilitant potentiellement le transfert d'électrons couplé aux protons. Par ailleurs, des gènes impliqués dans des étapes de limitation de la ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygénase (RuBisCO), de la sidoheptulose 1,7-bisphosphatase (Spbase), de la glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase (3 PGDH) du cycle de Calvin et qui médient le contrôle du cycle cellulaire (CDK) ont également été régulés à la hausse conjointement avec les gènes de biosynthèse de l'amidon phosphorylase et d'acides gras impliqués dans la synthèse de l'amidon et des lipides; en outre, des micrographies par transmission des électrons présentent une augmentation de l'accumulation de granulés d'amidon dans un mutant PHOT par rapport au type sauvage, ce qui est cohérent avec le degré d'expression plus élevé de gènes d'amidon phosphorylase. Collectivement, des motifs modifiés de l'expression génique dans les mutants PHOT ont été associés à une augmentation par deux de la croissance et de l'accumulation de biomasse par rapport au type sauvage lorsqu'ils sont cultivés dans des photobioréacteurs environnementaux (Phenometrics) qui simulent un environnement de bassin. En conclusion, nos études suggèrent que la phototropine peut être un régulateur de gènes maître qui supprime la croissance cellulaire rapide et favorise la gamétogenèse et la recombinaison sexuelle dans des souches de type sauvage.</abstract><oa>free_for_read</oa></addata></record> |
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