Single-point Microfluidic Contactless Conductivity Detection for Quantitative, Multi-species, Isoelectric-focusing Protein Analysis

최민강 Graduate School, Myongji University 2019 국내석사

정량, 다종, 다종 다양성을위한 단일 포인트 마이크로 유체 비접촉 전도도 검출 등전위 포커싱 단백질 분석 민항 차우 기계 공학과 명지대 학교 대학원 김도현 교수 Keywords: Microfluidic isoelectric focusing, Protein analysis, Multiple proteins analysis, Quantitative analysis, Capacitively-coupled-contactless-conductivity-detection Microfluidic isoelectric focusing (MIEF)은 등전점 (pIs)의 차이에 따라 단백질을 분리하는 데 널리 사용됩니다. MIEF는 분석 시간이 단축되고 시료, 폐기물 및 전력 소모가 적어 기존의 모세관 IEF에 비해 장점이 있습니다. 광 검출 기반의 MIEF는 전반적인 무겁고 복잡하며 값 비싼 계측 및 시간 소모적 인 형광 라벨링 과정을 필요로하기 때문에 POC (point-of-care) 진단 장치와 같은 휴대용 분석 장비에는 적합하지 않을 수 있습니다. 또한, 전체 - 열 검출은 분석 대상 물질에 대해 높은 시간적 및 공간적 정보를 산출 할 수 있지만 전동 스테이지를 포함하여 값 비싼 계측기를 희생해야합니다. 대조적으로, 용량 성으로 결합 된 비접촉 전도도 검출 (C4D)은 전자 기기 전용 계측에 의존하며, 이는 전체 분석 시스템의 소형화에 이상적입니다. 또한, 검출 전극과 전해질 용액 사이에는 직접적인 접촉이 없다. 따라서, 전기 화학 부산물로부터 표본 오염을 피할 수있다. 또한, 칩의 외부 표면에 전극을 배치하거나 칩 표면에 외부 전극을 클램핑 할 수 있기 때문에 마이크로 유체 칩의 제조 공정을 크게 단순화 할 수 있습니다. 이 연구에서 MIEF와 C4D에 기초한 단백질 분석 분석법이 개발되어 시연되었습니다. 이 MIEF-C4D 분석은 두 저장소 사이의 정수압의 차이를 기반으로 간단한 동원 방법을 사용했습니다. 첫째, 담체 화 동안 담체 - 양쪽 성 물질 기반 pH 구배의 안정성이 연구되었다. 그 결과 pH 구배는 동원시 안정적이었다. 둘째, 동시 C4D 검출에 의해 C4D 신호가 확인되었고, 집중 검출 된 단백질 밴드에 대하여 형광 검출이 이용되었다. C4D 신호를 확인한 후, 녹색 형광 단백질 (GFP)에 대한 정량 분석을 수행 하였다. 정량 분석에서, GFP 농도에 대한 응답으로서 신호 피크 높이가 발견되었고, C4D 신호와 GFP 농도 사이의 선형 관계가 얻어졌다. 마지막으로, R-Phycoerythrin (R-PE) isoforms의 검출은 MIEF-C4D 분석에 의해 성공적으로 증명되었다. MEEF-C4D 분석은 전자 제품 전용 계측 및 라벨링 과정이 필요 없기 때문에 진단 응용 분야 및 표적 프로테오믹스 연구를위한 저렴하고 휴대 가능하며 라벨이없는 단백질 분석 시스템으로 이어질 수 있습니다. Abstract of Dissertation Single-point Microfluidic Contactless Conductivity Detection for Quantitative, Multi-species, Isoelectric-focusing Protein Analysis Minh Khang Chau Department of Mechanical Engineering Graduate School, Myongji University Directed by Professor Dohyun Kim Keywords: Microfluidic isoelectric focusing, Protein analysis, Multiple proteins analysis, Quantitative analysis, Capacitively-coupled-contactless-conductivity-detection Microfluidic isoelectric focusing (MIEF) is widely used for separation of proteins based on differences in their isoelectric points (pIs). MIEF has advantages over conventional capillary IEF, including faster analysis time, and lower sample, waste, and power consumption. Optical detection-based MIEF may not be suitable for portable analytical instruments such as point-of-care (COC) diagnostic devices as it requires overall hefty, complicated, costly instrumentation, and time-consuming fluorescence-labeling process. In addition, whole-column detection may yield high temporal and spatial information on analytes but at the cost of expensive instrumentation including a motorized stage. In contrast, capacitively coupled contactless conductivity detection (C4D) relies on electronics-only instrumentation, which is ideal for miniaturization of the overall analysis system. In addition, there is no direct contact between detection electrodes and an electrolyte solution. Thus, sample contamination from electrochemical by-products can be avoided. In addition, the fabrication process of the microfluidic chip can be greatly simplified as electrodes can be placed on the outside surface of the chip or external electrodes can be clamped on the chip surface. In this work, a protein analysis assay based on MIEF and C4D has been developed and demonstrated. This MIEF-C4D assay used a simple mobilization method based on the difference in hydrostatic pressure between two reservoirs. First, the stability of carrier-ampholyte-based pH gradient during the mobilization was studied. The result showed that the pH gradient was stable under the mobilization. Second, C4D signal was confirmed by concurrent C4D detection and fluorescence detection was utilized for a focused-protein band. After confirmation of C4D signal, the quantitative analysis for green fluorescence protein (GFP) was carried out. In the quantitative analysis, the signal-peak height was found as the response to the GFP concentration, and a linear relation between C4D signal and GFP concentration was obtained. Lastly, detection of R-Phycoerythrin (R-PE) isoforms was successfully demonstrated by the MIEF-C4D assay. The MIEF-C4D assay, relying on electronics-only instrumentation and no labeling process, may lead to an affordable, portable, and labeling-free protein analysis system for diagnostic applications as well as targeted proteomics research.

Biochemical characterization of alpha-neoagarooligosaccharide hydrolases from Gayadomonas joobiniege G7

Asghar,Sajida Graduate School, Myongji University 2018 국내박사

Gayadomonas joobiniege G7 균주의 알파 네오아가로올리고사카라이드 하이드로레이즈 효소에 관한 분자생화학적 연구 사지다 아스가 명지대학교 대학원 생명과학정보학과 지도교수 홍순광 해양에서 매우 풍부한 바이오 매스는 홍조류 (Rhodophyta)의 세포벽에서 중요한 구성 성분인 한천이며 주요 갈락탄 탄수화물입니다. 미생물은 해양 바이오 매스의 분해 및 재활용을 위해 분비되는 agarolytic 효소 때문에 전 세계 탄소 순환에서 중요한 역할을 합니다. 가장 잘 알려진 미생물의 agarolytic 경로는 다양한 경우에서 β-(1,4) glycosidic linkages(d-Gal-β(1,4)-AHG)를 파괴하는 β-agarases(EC 3.2.1.81)를 이용한다. 생성된 neoagarooligossaccharides는 α-neoagarobiose(O-3,6-anhydro-alpha-L-galactopyranosyl-(1,3)-D-galactose)를 α-neoagarobiose (NABH) / NAOS 가수 분해 효소로 변환시킴으로써 agarolytic pathway에서 필수적이고 중요한 효소인 fermentable monosaccharides (D-galactose and 3,6-anhydro-L-galactose)로 전환시킵니다. AOSs, NAOSs, Neoagarobiose (NAB), AHG와 같은 한천의 당류는 항염증제, prebiotics, 미백, 보습 및 항우울증과 같은 다양한 생리 활성을 가지고 있습니다. Gayadomonas joobiniege G7은 가야 (Gaya) 섬의 연안 해수 시료에서 발견 된 새로운 속 (genus)에 속하는 한천 분해성 해양 박테리아입니다. 이는 그람 음성으로 막대 모양이고 호기성이며 비 운동성 및 색소가 없습니다. 그것은 황화 조류 다당류의 완전한 파괴에 중요한 가수 분해 효소를 암호화하는 많은 유전자를 가지고 있으며 바이오 연료 생산을 위한 바이오 자원으로 간주됩니다. 그래서 본 연구에서 3개의 α-NABH/NAOS 유전자(ahg558, ahg786, ahg943)를 연구했습니다. Ahg558은 glycosyhydrolase로 유전자 길이가 1080bp이고, 이론적인 mol의 무게는 40.84k Da입니다. 이것은 또한 다른 종의 특징적인 α-NABH / NAOS 유전자와 높은 상동성을 보였습니다. 이런 특징들을 연구하기 위해, 유전자를 pET28a(+) 벡터에 클로닝하고 대장균 ER2566 균주에서 발현시켰습니다. 발현된 단백질은 TALON 레진으로 용해되고 정제했습니다. 이렇게 정제된 단백질은 neoagarobiose, neoagarotetraose 및 neoagarohexaose를 가수 분해 했습니다. 이것은 0.2% 아가로오스에서는 비활성 상태를 유지했습니다. 그리고 neoagrobiose와 함께 밤새 배양하면 D-Galactose와 3,6 AHG가 생성됩니다. 그것은 또한 3,6 AHG와 agarotriose와 neoagarohexaose를 생산하는 neoagarotetraose를 분해시켰으며 3,6 AHG와 agaropentaose를 생성하는 것으로 보아 exo-acting alpha-neoagarobiose hydrolase임을 확인했습니다. pH 9.0 (Glycine-NaOH) 및 30 ℃의 알칼리성 범위에서 최대 활성을 보였습니다. 겔 침투 크로마토그래피는 이를 2량체로 나타냈고, Km 및 Vmax 값은 각각 2.6mg/ml 및 2x103μM/min이었습니다. 금속 이온 효과를 위해 처리 하였을 때는 1mM Mn2⁺이온에 대해 161%의 활성을 보였고, EDTA는 최종 농도 0.5mM 및 5Mm에서 효소 활성에 강하게 영향을 미쳤습니다. 두 번째 유전자 인 ahg786은 Gayadomonas joobiniege G7 게놈 데이터에서 보고되었으며, glycosyl hydrolase로 해석이 되었습니다. 다른 종의 특징적인 α-NABH / NAOS 유전자와 높은 상동성을 보였고, 그것은 pET28a(+) 벡터에 클로닝하여 N-말단에 his-tag를 갖는 대장균 균주 로제타 가미 (Rosetta gami)에서 발현시켰습니다. 그것에는 (1-25 아미노산) 신호 펩티드가 있습니다. 과발현된 수용성 단백질은 TALON 레진 크로마토그래피로 정제하였습니다. neoagarobiose, neoagarotetraose 및 neoagarohexaose와 D-Galactose, agarotriose 및 agaropemtaose등의 다른 가수 분해 생성물은 모두 공통적으로 가수 분해 생성물 3,6 AHG를 생산했습니다. 또한 이 작용 방식으로 그것이 α-NABH/NAOS 가수 분해 효소임을 확인했습니다. 최적 온도와 pH는 각각 15 ℃와 7.0이고, Km 및 Vmax 값은 1.46mg/ml 및 133.33μM/min입니다. 그 활성은 최종 농도 5mM에서 EDTA에 의해 강력하게 영향을 받았고, 1mM Mn2⁺이온은 촉매 활성을 증가시켰습니다. 겔 침투 크로마토그래피는 이것을 2량체로 나타냈습니다. 세 번째 유전자 ahg943은 Gayadomonas joobiniege G7의 가설적인 단백질입니다. 유전자의 길이는 1272bp이고 423개의 아미노산을 가지고 있고, mol의 무게는 47.96kDa입니다. Saccharophagus degradans 2-40 및 Zobellia galactanivorans와 각각 36% 및 40%의 동일성을 보였으며, 각각 α-NABH를 가지는 특징을 보였습니다. 이를 pET28a(+) 벡터에 클로닝시키고, N-말단에 his-tag를 갖는 E.coli 균주 ER2566에서 발현시켰습니다. 그것은 (1-22 아미노산) 신호 펩타이드를 가지고 있고, 과발현된 수용성 단백질은 TALON resin 크로마토그래피로 정제하였습니다. 레진에 결합하지 않고 흘러 손실된 대부분의 단백질은 레진에 histag가 없어서 발생할 수 있습니다. 특성화 연구를 통해 최대 단백질을 얻기 위해, 수용성 단백질을 최종 농도 2M urea로 처리하였습니다. 모든 단백질들은 2M의 urea를 처리 한 후에 레진에 결합한다. 초기 TLC에서는 가수 분해된 기질이 보여지는 것처럼 neoagarobiose에 대한 약한 활성을 보였습니다. 그러나 neoagarotetraose와 neoagarohexaose에 대해서는 완전한 분해가 나타납니다. Neoagarobiose, Neoagarotetraose 및 Neoagarohexaose와 D-Galactose, agarotriose 및 agaropentaose와 같은 다른 가수 분해 생성물은 모두 공통적으로 가수 분해 생성물 3,6 AHG를 생산했습니다. 이로써 그것이 α-NABH / NAOS 가수 분해 효소임을 확인할 수 있었고, 최적 온도 및 pH는 각각 30 ℃ 및 6.0이었습니다. 그러나 이 단백질의 특성을 평가하기에는 값이 너무 작았습니다. 아마도 이 단백질은 특성화된 단백질이 가지는 다양한 아미노산 서열이 일부 아미노산 잔기에서 다른 점을 보이기 때문에 약한 단백질일수 있습니다. Key words: Gayadomonas joobiniege G7, 알파네오아가로바이오스 하이드롤레이즈, Glycoside hydrolase family 117 Biochemical characterization of alpha-neoagarooligosaccharide hydrolases from Gayadomonas joobiniege G7 Sajida Asghar Graduate School, Myongji University Department of Biological Sciences Advisor Hong Soon-Kwang The highly abundant biomass in ocean is agar, major constituent in the cell wall of red algae (Rhodophyta) and is main galactan carbohydrate. Microorganisms play an important role in global carbon cycle because of agrolytic enzymes which they secrete for degradation and recycling of marine biomass. The most well-known microbial agarolytic pathway utilizes β-agarases (EC 3.2.1.81) which break β-(1,4) glycosidic linkages (D-Gal-β(1,4)-AHG) in various modes. The resulting neoagarooligossaccharides are degraded by α-neoagarobiose (NABH)/NAOS hydrolase, which is an essential and crucial enzyme in agarolytic pathway as it converts α-neoagarobiose (O-3,6-anhydro-alpha-L-galactopyranosyl-(1,3)-D-galactose) into fermentable monosaccharides (D-galactose and 3,6-anhydro-L-galactose). Gayadomonas joobiniege G7 is an agar-degrading marine bacterium belonging to a novel genus identified from coastal sea water sample from Gaya Island, Korea. It is Gram-negative, rod shaped, aerobic, non-motile, and non-pigmented. It has many genes encoding hydrolytic enzymes important for complete breakdown of sulfated algal polysaccharides, and considered as a bioresource for biofuel production. The current study has focused three α-NAOS genes (ahg558, ahg786, ahg943) which belongs to GH 117 family. Ahg558 is a glycosyhydrolase, having gene length of 1080bp. Theoretical mol.we- ight is 40.84k Da. It showed high homology with characterized α-NABH/NAOS genes from other species. For the characterization studies, the gene was cloned in pET28a(+) vector and expressed in E.coli strain ER2566. The expressed protein was soluble and purified by TALON-resin. The purified protein hydrolyzed neoagarobiose, neoagarotetraose and neoagarohexaose. It remained non-active on 0.2%agarose. It produced D-Galactose and L-AHG when incubated overnight with neoagrobiose. It also degraded neoagarotetraose producing L-AHG and agarotriose and neoagarohexaose and produced L-AHG and agaropentaose confirming it to be an exo-acting α-NAOS hydrolase. It showed maximum activity in alkaline range in pH 9.0 and at 30°C. Gel permeation chromatography showed it to be a dimer. Km and Vmax values were 2.6 mg/ml (8.01mM) and 2x103 µM/min (133.33U/mg) respectively. When treated for metal ions effect, it showed 161% of activity for 1mM Mn2+ions. EDTA strongly affected the enzyme activity at 0.5mM and 5mM final concentration. The second gene ahg786 was reported from Gayadomonas joobiniege G7 genomic data and annotated as a putative glycosyl hydrolase. It showed high homology with characterized α-NABH/NAOS genes from other species. It was cloned in pET28a(+) vector and expressed in E.coli strain Rosetta gami having N-terminal histag. It has a (1-25 amino acid) signal peptide. Soluble overexpressed protein was purified by TALON resin chromatography. One common hydrolysis product L-AHG was obtained for substrates neoagarobiose, neoagarotetraose and neoagarohexaose and other hydrolysis products as D-Galactose, agarotriose and agaropemtaose for neoagarobiose, neoagarotetraose and neoagarohexaose respectively. This mode of action also confirmed it to be a α-NAOS hydrolase. Optimum temperature and pH were 15°C and 7.0 respectively. Km and Vmax values were 1.46mg/ml(4.5mM) and 133.33 µM/min(1.33U/mg). Its activity was severely affected by EDTA at 5mM final concentration. 1mM Mn2+ions increased catalytic activity. Gel permeation chromatography showed it to be a dimer. The third gene ahg943 is a hypothetical protein from Gayadomonas joobiniege G7. The gene length is 1272 bp and having 423 amino acids. Calculated mol.weight is 47.96k Da. It showed 36% and 40% identity with Saccharophagus degradans 2-40 and Zobellia galactanivorans respectively which are characterized α-NABH. It was cloned in pET28a(+) vector and expressed in E.coli strain ER2566 having N-terminal histag. It has a (1-22 amino acid) signal peptide. Soluble overexpressed protein was purified by TALON resin chromatography. Most of the protein lost in flow through without binding to the resin, may be due to inaccess of His-tag to resin. In order to get maximum protein for characterization studies, soluble protein was treated with 2M urea final concentration. All protein was bound to the resin after 2 M urea treatment. Initial TLC studies showed its weak activity towards neoagarobiose. Neoagarotetraose and neoagarohexaose were completely degraded. One common hydrolysis product L- AHG was obtained for substrates neoagarobiose, neoagarotetraose and neoagarohexaose and other hydrolysis products as D-Galactose, agarotriose and agaropentaose respectively. This mode of action also confirmed it to be a α-NAOS hydrolase. But the values at A540nm for neoagarobiose as substrate were too less to characterize this protein fully. Gel permeation chromatography showed that Ahg943 to be a monomer, this monomeric form is unique as other reported and characterized α-NABH/NAOS until now are dimer as they have unexpected swapping of the HTH domain which is responsible for the dimerization of enzyme. RB13146 from R. baltica is likely a monomer and may represent an ‘ancestral’ form of the GH117 family which would be limited to the b-propeller, catalytic domain.It is presumed that may be Ahg943 belong to ancestral family of GH117 due monomeric nature. Further protein crystallization studies are required to investigate the catalaytic domain of Ahg943. Key words: Gayadomonas joobiniege G7, α-NAOS hydrolases α-Neoagarobiose Hydrolase, Glycoside hydrolase family 117  

Optimization of Protonic Ceramic Fuel Cells for High Resistance to Carbon-Coking and High Catalytic Activity in Hydrocarbon Fuels

Anggia Erdienzy Graduate School, Myongji University 2019 국내석사

이번 연구에서는 PCFC의 메탄 공정에서 (La0.8Sr0.2)(Cr0.5Mn0.5)O3(LSCM) 하소 온도 영향에 따른 실험 이다. 세라믹 연료 셀은 높은 효율성과 가지며 탄화수소 사용하는 특징이 있다. 프로톤 전도성 안에 있는 산소 이온 전도와 비교하여 더 낮은 활성화 에너지를 갖는다. 그리고 PCFC는 낮은 온도에서도 높은 수행률을 보이며 특히 탄화수소 연료를 사용 하며 다른 SOFC와 비교하여 흥미로운 결과를 보인다. 메탄 공정에서 성능을 향상 시키기 위해 LSCM 대칭 셀(Symmetric cell)을 만들어 각각 다른 하소 온도 973K~1373K에서 제작 하였다. LSCM 대칭 셀의 성능은 CeO2와 Pd 같은 촉매들로 인해 향상 되었다. 이번 연구에서 고상법으로 Cu가 들어간 Ba(Ce0.29Zr0.5Y0.1Yb0.1)O3-δ (BC50ZYYb-Cu) 파우더와 Ba(Zr0.85Y0.15O3-δ ) BZY 를 만들었다. BZY 대칭 셀을 만들기 위해서 전해질은 BC50ZYYb-Cu와 전극은 BZY와 기공을 만들어주기 위해 흑연이 들어갔다. 낮은 온도 메탄 조건에서 장시간 안정성을 확인 하였다. electrochemical impedance spectroscopy (EIS)와 potentiostat (Gamry and Zive instrument)을 이용하여 측정 하였고 X-ray diffraction (XRD)을 분석 하였으며 각기 다른 온도에서 하소 한 LSCM의 미세 구조는 Scanning Electron Microscope (SEM)을 통하여 확인하였다. BET (Brunauer-Emmett-Teller)분석은 하소 된 LSCM 파우더 표면에 대해 분석 하였다. In this paper explain about the calcination temperature effect of (La0.8Sr0.2)(Cr0.5Mn0.5)O3(LSCM) in methane operation on Protonic Ceramic Fuel Cells (PCFC). Ceramic fuel cells possess several attractive advantages, such as the potential to directly use hydrocarbon fuels and high efficiency. The advent of a different mechanism for proton conduction in oxides generally has a lower activation energy compared to oxygen ion conduction, then protonic ceramic fuel cells (PCFC) offer intriguing potential for high performance in lower-temperature ceramic fuel cell operation and also offer a number of other potential benefits compared to SOFC, particularly when operating on hydrocarbon fuels. To improve the anode performance in methane condition, LSCM symmetric cells were fabricated and calcined at different temperature in range 973K~1373K. The performance of LSCM symmetric cells was improved with a catalyst such as CeO2 and Pd. In this study, solid-state reaction methods were used to synthesize Cu doped Ba(Ce0.29Zr0.5Y0.1Yb0.1)O3-δ (BC50ZYYb-Cu) powders and Ba(Zr0.85Y0.15O3-δ ) BZY powders. To fabricate BZY symmetric cells. The electrolytes were fabricated from BC50ZYYb-Cu slurry, and electrodes were constructed from BZY and graphite as a pore former. Long term stability in ma ethane at lower temperature also investigated. The electrochemical impedance spectroscopy (EIS) of the fuel cells were obtained using a potentiostat (Gamry and Zive instrument). X-ray diffraction (XRD) analysis and Scanning Electron Microscope (SEM) were used for checking the crystal structures of LSCM which was calcined at different temperature and microstructure of composite electrodes respectively. BET (Brunauer-Emmett-Teller) analysis revealed appreciable specific surface areas for LSCM calcined powder.

Information Visualization and Visual Data Mining for E-commerce Applications

Hernandez, Jose Elias Ventura Graduate School, Myongji University 2011 국내석사

전자상거래 응용의 유래된 전자기기의 정보의 풍부함과 더 많은 개인적인 생산과 서비스에 관한 소비자들의 수요 성장은 성공적인 전자상거래의 플랫폼을 성장시키기 위한 통찰력과 관계된 정보들의 발췌를 해야하는 매니저들을 더욱더 어렵게 만든다. 성공적인 전자상거래 플랫폼의 정보 시각화와 시각적 데이터 마이닝의 중요한 역할에 관한 기술적인 수행에 대한 성장의 고찰을 지금부터 말하고자 한다. 이논문의 목적은 전자상거래와 일러스트레이트에 관한 두가지 독특한 케이스안에 그들의 사용성에 관한 정보 시각화과 시각적 데이터마이닝의 기술적인 가능성에 관한 분석이였다: 전자상거래의 웹사이트의 상징성이 목표로 된 HTML의 구조의 논리는 (Gmarket의 영어사이트 등) : HTML의 프로그래밍의 대표성. 그리고 축소된 소비자의 논리로 KMINE 의 목표로 된 데이터 분석에 대한 하나의 통합된 관점이다.이러한 연수는 또한 아래의 질문에 관한 답을 고찰해 볼 수 있다: 1)무엇이 이러한 기술들의 수행을 실행하기 위한 진실인가?, 2)무엇이 전자상거래에서 시각적데이터마이닝과 정보 시각화의 응용에 관한 가장 일반적인 구역이 되는가?, 3)무엇이 정보시각화와 시각적 테이터 마이닝 기법 수행의 기회가 되는가? 전자상거래에서 정보 시각화의 응용과 시각적 데이터마이닝의 기술은 여전시 매력적이지 않다. 그러나 시각적 기술은 연구케이스들 중에 신중히 토론되어 지는 분석적 데이터를 다루는 중요한 도구가 된다. The abundance of electronic information derived of E-commerce applications and the growing demand of customer for a more personalized products and services makes it more and more difficult for Managers to extract the relevant information and insights to develop successful e-commerce platforms. To address the challenge of developing successful e-commerce platforms Information Visualization and Visual Data mining techniques play a key role. The purpose of this thesis was to analyze Information Visualization and Visual data mining techniques available for E-commerce and illustrate their use in two practical cases: 1) Analysis of HMTL structure of E-commerce websites (Case: English website of Gmarket Inc.), where a novel technique was proposed: tree representation of HTML programming, and 2) Analysis of customer loss, where KMINE was proposed as an integrate framework for data analysis. This study also sought to answer the following questions: 1) what factors are driving the implementation of these techniques? , 2) what are the most common areas of application of Information Visualization and Visual Data Mining in E-commerce? , and 3) what are the challenges in implementing Information Visualization and Visual Data Mining techniques? The application of Information Visualization and Visual Data Mining techniques in E-commerce is still in its infancy. However, visualization techniques are important tools to analyze data as was demonstrated in the study cases.

A Comparative Study on Dietary and Health related Behaviors, and Psychological Health between Postpartum Korean and Chinese Women

Jia Li Graduate School, Myongji University 2019 국내박사

The study investigated and compared dietary practice, health-related behaviors, nutrition education, postpartum depression and childcare stress in Korean and Chinese postpartum women (0~6 months after delivery). A total of 221 mothers in Korea(Gyeonggi-do) and 221 mothers in China(Jinhua) participated in the survey between November 2018 and January 2019, and the results were statistically analyzed using SPSS 25.0. Korean mothers (63.3%) took seaweed soup as the first meal after delivery, and Chinese mothers (70.2%) chose porridge and noodles. The average staying period at postpartum care centers was 7-14 days after delivery in Korean mothers and 22-28 days in Chinese mothers (P<0.001). Postpartum mothers in both countries reported the need for nutrition education, and Korean mothers showed stronger desire for the need compared to Chinese mothers (p<0.001). Chinese mothers showed higher postpartum depression than Korean mothers (p<0.001), and Korean mothers had higher degree of satisfaction for quality of life and for husband’s support than Chinese mothers (p<0.001). Both Korean and Chinese mothers showed lower childcare stress as physical activities and exercise desire became higher (p<0.05) and the degree of satisfaction for quality of life was higher (p<0.001). In Chinese postpartum mothers, childcare stress became lower as the degree of satisfaction for husband’s became higher. In Korean postpartum mothers, childcare stress was higher as postpartum depression became higher (p<0.001). Also, postpartum depression was significantly lower in Korean mothers when the satisfaction for quality of life became higher and childcare stress was lower (p<0.001), while it was significantly lower in Chinese mothers when education level was higher and monthly household income was higher (p<0.05). Thus, the study showed that culturally tailored nutrition education and exercise programs are needed for Korean and Chinese postpartum mothers, and will provide basic data for mental health improvement and nutrition education for them. Therefore, this study is considered reasonable as the dissertation for PhD degree. 본 논문은 한국과 중국 산후여성(분만후 0-6개월)의 식이, 건강관련행동, 영양교육, 산후 우울감 및 양육 스트레스를 조사하여 비교하였다. 2018년 11월부터 2019년 1월까지 221명의 한국(경기도)과 221명의 중국(진화) 산후여성들이 설문에 참여하였으며, 결과는 SPSS 25.0을 이용하여 통계분석을 하였다. 한국 산후여성(63.3%)은 출산 후 첫 끼니로 미역국을 선택했으며, 중국 산후여성(70.2%)은 죽과 면을 선택했다. 산후 조리원에서 지낸 기간은 한국 산후여성은 출산 후 7-14일, 중국 산후여성은 22-28일이 가장 많았다(P<0.001). 양국 산후여성 모두 영양교육이 필요하다고 하였으며, 한국 산후여성은 중국 산후여성에 비해 영양교육의 필요성에 대한 욕구가 더 강했다(p<0.001). 산후 우울감은 중국 산후여성이 한국 산후여성에 비해서 높았으며(p<0.001), 삶의 질에 대한 만족도와 남편의 도움에 대한 만족도는 한국 산후여성이 중국 산후여성에 비해 높았다(p<0.001). 양국 산후여성 모두 육체적활동 및 운동 욕구가 높을수록(p<0.05), 삶의 질에 대한 만족도가 높을수록(p<0.001) 양육 스트레스가 낮았다. 중국 산후여성의 경우 남편의 도움에 대한 만족도가 높을수록 양육 스트레스가 낮았다. 한국 산후여성의 경우 산후우울감이 높을수록 양육스트레스도 높았다(p<0.001). 또한 한국 산후여성은 삶의 질에 대한 만족도가 높을수록, 양육 스트레스가 적을수록 산후 우울증이 유의적으로 낮았으며(p<0.001), 중국 산후여성은 교육수준이 높을수록, 월 가계 소득이 높을수록 산후 우울증이 유의적으로 낮았다(p<0.05). 따라서 본 논문은 문화적으로 맞춤화된 영양교육과 운동프로그램이 산후 한국과 중국 여성들에게 필요하며, 한국과 중국 산후여성의 정신건강향상과 영양교육의 기초자료를 제공할 것이다. 그러므로 본 논문은 박사학위 논문으로서 타당하다고 사료되는 바이다.

Data Stewardship and Flow Management for Data Quality Improvement

Vu, Tran Thien Graduate School, Myongji University 2011 국내석사

In the information age, data is a vital asset for enterprises and quality of data impacts on enterprises’ wealthy and future success. Therefore, enterprise must make a great effort to manage and improve quality of data in an effective way in order to achieve competitive advantage in today’s dynamic business environment. The thesis proposes a method to improve data quality through the data stewardship and flow management. Data quality is improved not only by managing, controlling, adjusting, and maintaining enterprise-wide data flows as to match field-to-field, table-to-table but also by organizing human resource in a good manner as to assign right roles to right decision areas with right accountability. The thesis proposes a method to improve the quality of data via a model which consists of 3 layers. The first layer is to build a conceptual model based on real-world business environment. The second layer demonstrates data flows and their matching field-to-field, table-to-table connections. The third layer represents a procedure to adjust data flows through a data quality board as mismatching data flows are requested to change. The data quality board is composed of many roles and decision areas. A matrix is designed to assign right roles to right decision areas with right accountability. The proposed model is applied at a case study of Korea Credit Bureau 정보화 시대에서 데이터는 기업의 중요한 자산으로서 데이터 품질은 기업에 있어서 미래의 성공적인 운영에영향을 미친다. 따라서 기업은 역동적인 비즈니스 환경에서 경쟁우위를 달성하기 위해 효과적인 방법으로 데이터의 품질을 관리 및 개선하는 노력을 해야 한다. 본 논문은 데이터 품질 향상을 위하여 데이터 권한 및 흐름 관리의 모델을 제시한다. 이 모델에서는 Table-to-Table, Field-to-Field와 같은 전사적 데이터 흐름도 관리, 유지, 적용 및 통제를 통해 데이터 품질을 향상시키는 방안을 제시한다. 따라서, 본 논문은 3단계의 모델을 통해서 데이터 품질 향상 방법을 제안한다. 첫 번째 단계로서는, 실제 비즈니스 환경을 기초로 하여 설계하였다. 두 번째 단계로, 데이터 흐름과 Field-to-Field, Table-to-Table 연결이 일치하는지 입증하였다.세 번째 단계로, 변화를 위한 데이터 흐름이 일치하지 않을 때, 데이터 품질 게시판을 통해 데이터 흐름 적용과 절차를 나타낸다. 데이터 품질 게시판은 많은 규칙과 의사결정으로 구성되어 있다. 본 모델에서는 데이터 권한 관리, 데이터 흐름 관리, 개념 모델 간의연결을 보여준다. 코리아크레딧뷰로에서 실제로 활용 중인 사례를 통해 모델을 제안하였다.

The Impact of Global Financial Crisis on the Nepal Stock Market

PUN, INDRA BAHADUR Graduate school, Myongji university 2011 국내석사

금융기관은 경제발전의 핵심영역으로 간주되어져 왔다. 그러나 네팔은 마오이스트 전쟁(1996‐2006)과 같은 내부 위기 문제 및 정치적 불안정 때문에 만족할만한 수준의 경제 발달과 성장을 이룰수 없었으며 그것은 결코 국제 금융위기때문만은 아니었다. 금융위기는 지난 몇 년에 걸쳐서 국제 금융위기 여파속에 전세계에 걸쳐 발생하고 있다. 연구는 2007년에 시작한 국제금융위기 그리고 그것의 네팔 증권시장에의 영향을 파악하는 것이다. 이 연구는 세개의 상호관련이 있는 위기의 시기를 다룬다. 1) 금융위기 이전 2) 금융위기 동안3) 금융위기 이후이며 증권시장의 수익률과 변동폭에 있어서의 효과를 검증하는 것에 목적을 둔다. 이 연구는 적절한 가설 테스트에 기반을 둔 관련성 통계도구를 사용, 국제 금융위기의 네팔시장 경제성장과 변동폭에 대한 연구이다. 이 연구는 두개의 부분, 즉 질적부분과 양적부분으로 구성된다. 질적부분은 금제금융 위기의 배경을 분석하고, 그것이 네팔 중권시장의 수익률에 어떻게 영향을 주었는지를 조사한다. 양적부분으로서, 사용된 주요 접근의 질문서를 만들어, 카트만두 도시에서 여러직업을 갖고 있는 사람들과 한국에 사는 개별적인 사람으로부터 응답을 받는 것이다. 이연구에서 테이블과 챠트가 데이터를 분석하는 데에 사용되었다. 연구를 위해 네팔 주식시장에 의해 8개의 범주로 나누어진 것에 기초하여 총자본가치 및 상장회사의 월간, 년간 수익율이 분석되었다. 2차 자료로서 네팔 증권위원회(SEBON)의 여러 보고서, 네팔 라스트라 은행(NRB), 네팔 증권거래소(NEPSE) 를 발췌했다. 연구는 3개년 (재무회계 기준 2007/8 에서 2009/10)의 자료를 다룬다. 금융위기가 활발한 동안에 그 나라의 경제 상황들이 꾸준히 나빠지고 있었다. 그러나 활발한 기간 이후에는 그 나라의 경제활동이 나아지고 증권시장에서 더좋은 수익를이 기대되어진다. 우리가 발견한 것 처럼, 총자본 및 상장회사들은 꾸준히 증가되는 추세에 있음이 판명되었다. 그러나 산업별 NEPSE Indies와 수익률은 조사기간동안 그 변동폭이 심했다. 게다가 이것은 가설을 설정한 우리의 신념을 확인시켜주었다. 이 연구의 결과는 국제금융위기는 여러점에서 네팔 증권시장과 네팔인들에게 영향을 미쳤다는 것이다. 그들은 불안정한 증권시장, 일자리 찾기, 낮은 임금에 직면해야 했고, 금융관리 모델, 네팔경제의 부족한 자신감, 네팔인들의 태도등에 대한 불만이 있었다. 위기는 8개의 상장회사 분야에서 특히 상업은행 분야, 무역회사분야 및 다른 회사 분야에서 NEPSE 지수에 영향을 주었다. 증권시장의 질적분석과 실증분석 결과, 네팔 증권시장은 내부적 정치적 불안정 문제, 지형학적인 인프라 문제, 구체적인 방침부재, 금제금융위기문제의 여러 문제들에 직면하고 있음이 결론되어졌다. 증권시장 지수는 총자본과 상장 회사들이 상향추세에 있음에도 하향추세이다. 그래서 네팔 주식시장에 투자하는 것은 NEPSE 지수가 하향추세라 하더라도 그다지 위험하지 않다고 말할 수 있는데, 왜냐하면 실증분석에 의한바, 국제 금융위기가 그다지 결과에 큰 영향을 주지 않았기 때문이다. Financial Institutions have been regarded to be the core area of economic development. However, Nepal could not achieve satisfactory level of economic development & growth due to its own internal crisis problem like Maoists war (1996-2006), the political instability and due to the global financial crisis as well. The financial crisis is increasing all over the world in the wake of the global financial crisis for last few years. So, the study is focused on the global financial crisis began in 2007 and its impact on the Nepal stock market. This study covers three interrelated time period of crisis; (1) Beginning of financial crisis period (2) During the financial crisis period (3) After the financial crisis period with the objective of testing the effect in the stock market return & volatility. This paper examines between the global financial crisis and its impact on the Nepal stock market with economic growth in Nepal using relevant statistical tools and employing appropriate hypothesis. This research consists of two parts, qualitative and quantitative. The qualitative part studies about the background of the global financial crisis and its effects on the Nepal stock market return. For the quantitative part, the main approach is to make a questionnaire survey. In this survey, respondents are those who represented in several vocations from Kathmandu city and also from respective persons who are living in Korea. In this study, table and chart have been used to analyze the data. For the qualitative study, the market capitalization, numbers of listed company and monthly & yearly market return have been analyzed by taking eight sectors categorized by the Nepal stock market. The secondary data were abstracted from various annual reports of Security Board of Nepal (SEBON), publication paper of Nepal Rastra Bank (NRB) and Nepal Stock Exchange (NEPSE). The study has covered the data of three years (F/Y 2007/08 to 2009/10) period. During the financial crisis active period, the country’s economic conditions had been decreasing continuously. But after the active period, it was expected to improve in the economic activities of the country and better return in the stock market. As we found that, the market capitalization, numbers of listing companies were found to be in increasing trend. Sector wise NEPSE Indices and Returns were however volatile in the study period. Furthermore, this has confirmed our beliefs in the set out of the thesis. So, the results from the research showed that the global financial crisis has affected on the Nepal stock market and Nepalese people in various aspects. As a result, they have been facing challenges of unstable stock market, searching job, lower salary, unsatisfied with the model of financial management and insufficient confidence in Nepalese economy. Then, it is concluded that crisis has affected particularly on NEPSE index in commercial bank sectors, trading company sectors and other company sectors among the eight sectors categorized by the NEPSE in the listed company. After analyses of the qualitative data of stock market and empirical test, it is also concluded that the Nepal stock market has been facing various problems such as its own internal political instability problem, geographical infrastructure problem, lack of concrete policy problem and the global financial crisis problem as well. Therefore, the stock market indicator is turning down regularly but other hand the trend of market capitalization and number of listed company are in increasing trend. So it can be said that investing in the Nepal stock market is little bit risky but not greatly risky because the empirical test results prove that the global financial crisis is not affected extremely to the Nepal stock market.

Synthesis and Design of Heterogeneous Cobalt based Derivatives with Unique Nano-structural Morphologies for Electrocatalytic Water Oxidation

Raosaheb, Jadhav Amol Graduate School, Myongji University 2018 국내박사

In order to meet the ever-increasing demand for energy, a worldwide transition away from fossil fuels to renewable solar fuels is required. However, the intermittency of local sun radiation mandates a low cost and efficient storage system for solar energy. Using solar-derived electricity to drive the water splitting reaction for generation of dihydrogen (H2 evolution reaction at cathode) and dioxygen (O2 evolution reaction at anode) is one promising method for storing solar energy to fuels. But, the water splitting currently suffers from large energetic barriers on the oxygen side, this necessitate the use of suitable electrocatalyst to minimize energy barrier at anode. The catalyst that generally shows the best trade-off between catalytic activity and stability for oxygen evolution reaction is IrO2. However, the high cost and scarcity of IrO2 hinder their practical applications. Therefore, recently several attempts have been devoted to break these hurdles by developing inexpensive and earth abundant catalysts. This work focuses on developing and understanding ways to promote the catalysis of the oxygen evolution reaction on earth-abundant cobalt metal based catalysts. A combination of electrochemical and surface characterization technique were used to correlate changes in the surface properties of the cobalt-based materials to changes in it catalytic activity towards OER. Three different synthesis methods were used to generate cobalt-based materials and their catalytic activity were examined for their potential effect on the OER. In the first study (Chapter 3), The OER activity of the Co3O4 was enhanced by coating carbon on the surface of Co3O4 nanorods. In this work a simple method for synthesis of carbon-Co3O4 composite using hydrothermal and subsequent annealing method was developed. In which, metal precipitation and glucose carbonization reactions were combined in-situ. The role of carbon in synthesis of specific shaped Co3O4 was demonstrated by time dependent hydrothermal experiments. The OER results shows that the carbon coating on the surface of Co3O4 nanorods significantly increases the charge transfer rate of the electrode material by improving its conductivity resulting there higher OER performance than bare Co3O4 material. But the prepared composite still showed low stability as well as slightly higher overpotential for OER. To improve the stability as well as overpotential of Co3O4 for OER, an easy synthesis method for the preparation of novel mesoporous (MP) Co3O4 and NiCo2O4 was developed in the second part of this study (Chapter 4). The method involves a template-free hydrothermal and subsequent annealing method. In which, diethylenetriamine used as a complexing agent, which was able to control crystal growth of corresponding metal hydroxide, leading to the formation of a mesoporous structure. Both, MP-Co3O4 and MP-NiCo2O4 display excellent electrocatalytic activity towards water oxidation with lower onset potential and overpotential (MP-Co3O4 ɳ10 = 302 mV and MP-NiCo2O4 ɳ10 = 322 mV). The improved charge transfer reactions were mainly due to the mesoporous structures of MP-Co3O4 and MP-NiCo2O4. The prepared materials were also tested for methanol electro-oxidation (MOR), in which MP-NiCo2O4 shows excellent catalytic activity for MOR. Furthermore, MP-Co3O4 and MP-NiCo2O4 electrode displays excellent catalytic stability for OER (10 h). In the next part of the study (Chapter 5), using a similar approach but instead of hydrothermal method, Microwave irradiation method was used followed by air annealing for the synthesis of Cobalt oxide. In which, the well-defined Co3O4 microrods were successfully anchored onto the surface of stainless steel mesh substrate with the assistance of diethylenetriamine using commercially available microwave instrument. Co3O4@SUS possesses outstanding catalytic activity toward water oxidation. In water oxidation, the current density of 10 mA cm–2 was achieved at 298 mV overpotential with a low Tafel slope of 105 mV dec–1. In addition to low overpotential, Co3O4@SUS was stable under conditions of continuous O2 evolution for an extended period (24 h). The results show a highly efficient, scalable, and low-cost method for developing highly active and stable OER electrocatalysts in alkaline solution. It is known that the conductivity of a metal is generally better than that of its oxides, so in the last part of this study (Chapter 6) a metal alloy was synthesized instead of metal oxide. Consequently, a method for synthesizing highly nanoporous carbon Ni/Co metal alloy composite (SBET = 1442.65 m2 g-1) was developed. Synthesis of materials done by hydrothermal reaction followed by a KOH activation. Chitosan was used as a carbon source. The formation mechanism of well-developed Ni/Co alloy carbon composite was investigated by time dependent KOH activation study. The prepared composites were characterized by various techniques and tested for methanol electro-oxidation, and results shows corresponding high current density and low onset potential for methanol electro-oxidation. The porous architectures of the catalyst provides higher specific surface areas and larger pore volumes that maximized the availability of electron transfer within the nano sized electrocatalyst surface area. The same property also provide better mass transport of reactants to the electrocatalyst. The as-synthesized Ni/Co alloy carbon composite may be useful for OER reactions. In summary, the ability of Co-based materials to act as an efficient catalyst for OER has been demonstrated using different methods to synthesize catalyst with good activity. The co-correlation between synthesis, morphology and performance has clearly been shown. Keywords: Water oxidation; Electro-catalysis; Oxygen evolution; Diethylenetriamine, Methanol oxidation; Morphology 지속적인 에너지 수요를 만족하기 위하여 화석연료로부터 재생가능한 태양 연료로의 전환에 대한 연구가 필요하다. 그러나 지역적 태양광 방사의 차이로 인하여 저비용, 고효율 태양에너지 저장시스템을 얻는 데는 어려움이 있다. 여기서 태양에너지를 연료로 저장하는 한가지 기대되는 방법은, 태양에너지를 이용한 물분해로 양극에서 수소를, 음극에서 산소를 얻는 것이다. 그러나, 물분해는 현재 산소 부위에서 막대한 에너지 장벽을 지니며 음극에서 매우 적절한 전기촉매의 개발을 요구한다. 현재 산소발생반응(OER: Oxygen Evolution Reaction)용으로 촉매활성 및 안정성을 가장 구현하는 촉매는 IrO2 이다. 그러나 이 촉매는 고비용 및 희소성으로 실제적 적용에 한계가 있다. 그러므로 많은 시도들은 저비용으로 흔한 코발트 금속기반 촉매에 초점을 맞춘다. 여기서 전기화학적/표면 특성법을 사용하여 코발트계 소재들의 표면 물성과 OER 촉매활성의 변화의 관계들을 조사한다. 본 연구에서는 3가지 다른 제조방법을 사용하여 코발트계 소재를 개발하였으며 그들의 OER에 대한 촉매활성 능력을 조사하였다. 처음 연구에서는, Co3O4 의 OER 활성이, 나노막대의 표면 상에 탄소를 코팅함으로써 증진되었다. 여기서 수열 합성 및 열처리법을 사용하여 단순하게 탄소-Co3O4 복합체를 합성할 수 있었다. 특별히 금속 침전 및 글루코오스 탄화 반응이 포함되었다. 특정한 형상의 Co3O4 의 합성시 탄소의 역할은, 시간별로 열수화과정에서 구현될 수 있었다. OER결과로서, 그 전기전도도를 증신시키게 되어 전극물질의 전하 전달속도를 크게 증진시킨다는 것을 확인하였다. 그러나 합성된 복합체는 안정성이 여전히 낮았고 OER의 과포텐샬이 다소 더 높아졌다. To improve the stability as well as overpotential of OER용 Co3O4 f의 안정성 및 과포텐샬을 증진시키기 위하여 신규 메조기공의 (MP) Co3O4 및 NiCo2O4 을 개발하게 되었다. 여기서는 복합화 소제로서 디에틸렌트리아민을 사용하였으며 여기서 대응하는 금속 하드록사이드의 결정 성장을 제어할 수 있었고 이로써 메조기공 구조 성형이 가능하였다. MP-Co3O4 와 MP-NiCo2O4 는 보다 낮은 시작 포텐샬 및 과포텐샬 (MP-Co3O4 ɳ10 = 302 mV, MP-NiCo2O4 ɳ10 = 322 mV)을 지니며 우수한 OER 전기촉매 활성을 보여주었다. 이는 전적으로 메조기공으로 인한 것이었다. 이들 소재는 메탄올 전기산화 (MOR)에도 적용되었으며 여기서는 MP-NiCo2O4 이 우수한 촉매활성을 보였다. 더욱이, MP-Co3O4 와 MP-NiCo2O4 전극은 OER에 대한 우수한 촉매 안정성도 구현하였다 (10시간). 다른 한가지 방법으로 수열반응 대신에 마이크로파 조사법을 사용하고 산화열처리법을 이용하여 산화코발트를 합성하였다. Co3O4 마이크로막대는, 디에틸렌트리아민을 이용하여 스테인레스 스틸망 표면 상에 성공적으로 코팅시킬 수 있었다. 이와 같이 제조된Co3O4@SUS는 물의 산화 반응에 현저한 촉매활성 효과를 구현하였다. 10 mA cm–2 의 전류밀도를 298 mV 과포텐샬에서, 105 mV dec–1의 낮은 Tafel 기울기로 구현할 수 있었다. 낮은 과포텐샬과 함께, Co3O4@SUS는 24시간의 긴 시간동안 연속적인 산소발생 조건하에서 안정하였다. 이 결과는 알칼리 용액에서 높은 활성 및 안정된 OER 전기촉매를 개발할 수 있는 아주 고효율, 저가의 방법론을 제시하였다. 금속의 전기전도도가 금속산화물보다 일반적으로 더 좋다는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 금속산화물 대신 금속합금을 합성하여 사용하고자 하였다. 결과적으로 아주 높은 나노기공의 탄소 Ni/Co 금속 합금 (SBET = 1442.65 m2 g-1)을 개발하였다. 이 물질은 수열반응 및 KOH 활성화 반응으로부터 합성되었다. 탄소원으로는 키토산을 사용하였다. Ni/Co 합금 탄소 복합체의 합성 메커니즘은 시간 의존 KOH 활성화 연구에 의하여 조사되었다. 이들 소재들은 메탄올 전기산화용으로 테스트되었으며 그 결과는, 높은 전류밀도 및 낮은 시작 포텐샬을 보여주었다. 이 촉매의 나노기공 구조체는, 보다 높은 비표면적 및 큰 기공부피를 제공한다. 이것은 나노 크기의 전기촉매 표면적 내 전자 이동성을 극대화할 수 있게 한다. 합성된 Ni/Co 합금 탄소 복합체는OER 반응에 융용할 수 있다. 끝으로, 코발드계 물질들이 OEF용 고효율 촉매로서 사용될 수 있음을 여러 다른 복합촉매 및 제조방법을 통하여 구현했으며 이들이 좋은 촉매 활성을 지님을 확인하였다. 키워드: 물 산화, 전기촉매, 산소 발생, 디에틸렌트리아민, 메탄올 산화, 형상

Production of Tos17 Insertion Mutants from Korean White and Brown Rice

전경미 Graduate School, Myongji University 2019 국내박사

Rice is one of the most important crops globally and is a model plant for genomic studies of monocots. With the release of complete genome sequences, the next challenge is to develop various resources based on functional analysis of genes. In this study, we generated mutants via insertion of Tos17, a mobile endogenous retrotransposon active during tissue culture. Two rice cultivars, Oryza sativa L. japonica ‘Ilmibyeo’ (IM) and ‘Baegjinju1ho’ (BJJ1), which represent white and brown rice in the Korean domestic market, respectively, were selected for this study. We analyzed 7,608 flanking sequences of newly transposed Tos17 insertions by the adaptor-ligation polymerase chain reaction (PCR) method, identifying 1,672 and 843 mutants (M2 generation) in IM and BJJ1, respectively. An analysis of these Tos17 insertions showed the preferential insertion to genic region into rice chromosome (approximately 70%). We found 830 new insertional mutants in genic regions among the 1,533 genes representing 2,515 IM and BJJ1 mutants that did not overlap with the 3,280 genes affected in the ‘Nipponbare’ (NP) mutants from the National Institute of Agrobiological Sciences database (NIAS). Of the 1,000 lines of Tos17 insertion mutants, we observed semi-dwarf and various leaf-type mutants, including those with narrow, pale-green, and striped leaves at the vegetative stage. At the reproductive stage, 10 lines showed a 17–56% increase in 100-grain weight compared with wild type. In this study, we demonstrated the potential use of these mutants not only for functional analysis of genes related to agricultural traits but also for developing new rice varieties using commercial cultivars of brown and white rice in Korea. Furthermore, considering the natural mutation in Tos17 insertion, mutants with elite traits can be directly used in breeding. Such mutants can be used as a parental resource for breeding to produce secondary varieties with improved traits. 쌀은 전 세계적으로 가장 중요한 작물 중 하나이며, 단자엽 모델 식물로 사용 되고 있다. 유전체 염기서열 서열이 밝혀지고. 다음 과제는 유전자의 기능 분석에 기초한 다양한 자원을 개발하는 것이다. 우리는 조직 배양 중에 활성 되어 이동하는 레트로트랜스포존인 Tos17을 이용하여 삽입 변이체 집단을 생산하였다. 본 연구에서는 국내 시장에서 백미와 현미를 대표하는 한국의 두 가지 품종 인 일미벼와 백진주1호를 사용 하였다. 어댑터-라이게이션 PCR 방법을 이용하여, 새롭게 Tos17이 삽입된 변이체의 7,608개의 인접서열을 분석했다. 이 중 일미벼와 백진주1호에서 각각 1,672개와 843개의 삽입 변이체 (M2 세대)를 얻었으며, 인접서열 분석으로 Tos17이 벼 염색체의 유전자 영역(약 70 %)에 삽입 빈도가 높은 것을 확인하였다. 2,513 개의 국내 품종 변이체에서 1,533 개 유전자의 돌연변이를 확인한 바, 이 중 703 개 유전자는 일본 니폰바레 품종 변이체 집단(3,280개의 유전자의 돌연변이)에서도 발견되었지만, 830 개 유전자는 국내 품종 변이체에만 존재하는 새로운 변이체였다. Tos17 삽입 변이체 1,000개 중 식물체에서 잎이 좁거나 색이 옅은 경우, 줄무늬가 있거나 키가 큰 경우, 분얼이 적거나 많은 경우, 생장이 약한 경우 그리고 작은 키를 가진 벼를 비롯하여 다양한 표현형을 영양 생장기에서 관찰했다. 생식 생장기에서는 일미와 비교하여 백립중의 무게가 17~56 % 증가한 Tos17 삽입 변이체 10 계통을 확보하였다. 본 연구에서는 농업 관련 유전자의 기능 분석뿐만 아니라 현미와 백미 벼 품종을 이용하여 새로운 품종을 개발할 수 있는 가능성 보여주었다. Tos17 삽입의 자연적인 돌연변이로써, 유용한 형질을 가진 삽입 변이체는 육종에 직접 사용될 수 있다. 또한, 삽입 변이체는 육종에서 개량 된 형질을 가진 이차 품종을 생산하기 위한 부모 자원으로 사용 될 수 있다.

Spent Coffee Ground as a New Bulking Agent for Efficient Biodrying of Dewatered Sludge and Combustion Characteristics of Biodried Sludge

Hao Zongdi Graduate School, Myongji University 2018 국내박사

Biodrying has been demonstrated to be an economical pretreatment method of dewatered sludge (DS) for solid recovered fuel (SRF) production. In spite of considerable endeavor and numerous studies on DS biodrying, the combustion characteristics and pollutant emission profiles of the biodried sewage sludge (BDSS) remains unclear. In addition, most studies on DS biodrying obtained biodried product with moisture content (MC) < 50 wt% either with long operational period (2-3 weeks) or low initial MC (55 wt%), which is adverse to the widespread use of DS biodrying. In the view of these progresses, the non-isothermal and isothermal combustion characteristics and pollutant emissions of BDSS were investigated with thermally-dried sewage sludge (TDSS) as a comparison. An accelerated biodrying process with spent coffee ground (SCG) as a bulking agent was proposed in order to obtain low MC biodried product within short operational period. The deep reason and mechanism for the accelerated biodrying, including microorganism evolution, dissolved organic matter (DOM) profiles, organic matter degradation and enzyme activity variations were also investigated. In Chapter 3, 7-Day DS biodrying with air-dried sludge (AS) as a bulking agent removed 49.78% of water, enhancing the lower heating value (LHV) by 37.87%. Meanwhile, C and N contents decreased from 36.25% and 6.12% to 32.06% and 4.82%, respectively. Surface of the BDSS appeared granulated and multi-porous, which was thought to facilitate air transfer during combustion. During thermogravimetric (TG) analysis coupled with mass spectrometer (MS), BDSS had higher combustibility index (S) while lower nitrogenous gas emissions. During isothermal combustion, the average CO and NO concentrations in exit gas from BDSS were lower than those from TDSS, especially at low temperatures (≤800oC). An accelerated DS biodrying process with SCG as a bulking agent was proposed in Chapter 4. The MC rapidly decreased from 68.25 wt% to 46.16 wt% with the highest water removal (70.87%) within 8 days because of the longest high-temperature period (5.8 days), compared to the common biodrying trials with AS and sawdust (SD) as bulking agents. The abundant biodegradable volatile solids (BVS) and high dissolved organic matters (DOM) content in SCG were considered as the main driving forces for water removal. According to pyrosequencing data of Trial C, Firmicutes was rapidly enriched and became the dominant phylum. Three thermophilic genera with thermostable lignocellulose-decomposing capability, Bacillus, Ureibacillus and Thermobifida, became the dominant genera. These results indicated that these thermophilic microorganisms evolved during the long high-temperature period enhanced the biodegradation of BVS in SCG. The 8-day biodried product was demonstrated to be an excellent solid fuel with LHV of 9,284 kJ kg-1, which was 2.1 and 1.8 times those of biodried products with AS and SD, respectively. Furthermore, the changes of general physico-chemical parameters, biodegradation of organic matters and variation of extracellular enzyme activities during accelerated biodrying were investigated and compared to trials with AS and SD as bulking agents in Chapter 5. Different from AS and SD, the abundant biodegradable organic matters especially hemicellulose, lipids and protein in SCG were the main energy source supplied for large amount of metabolic heat production. With intense high-temperature period and high microbial activity in Trial B, SCG had enhanced conversion rate of VS to dissolved organic matter (DOM), and facilitated further degradation of DOM to humic- and fulvic-like substances. Extracellular enzyme activity variations showed that the foremost induced enzyme was mannanase, followed by protease in Trial B. These findings indicated that bulking agents with different organic matter compositions influenced the DS biodrying performance by inducing the extracellular enzymes and affecting the degradation sequence and extent of organic matters. The abundant BVS in SCG was one of the main advantages for accelerating DS biodrying. 생물건조는 고형 재생 연료(Solid Recovered Fuel; SRF) 생산을 위한 탈수슬러지(Dewatered Sludge; DS)의 경제적인 전처리 방법으로 알려져있다. 이러한 탈수슬러지 생물건조에 대한 많은 연구에도 불구하고, 생물건조된 탈수슬러지(Biodried sewage sludge; BDSS)의 연소 특성 및 오염물 배출 특성에 관한연구는 거의 없다. 또한 생물건조 후 50% 미만의 함수율을 갖는 탈수슬러지 생물건조에 관한 대부분의 연구는 오긴 건조 기간 (2~3주)또는 낮은 초기 함수율 (55%)에서만 제한적으로 연구된 바, 광범위하게 적용하기에는 어렵다. 공정의 확정성을 확보하고자, 생물건조된 슬러지의 비등온 및 등온 연소 특성과 오염물 배출 특성을 열건조된 탈수슬러지(Thermally-dried sewage sludge;TDSS)와 비교하기 위한 연구가 필요할 것으로 판단되었다. 그리고 짧은 시간 내에 낮은 함수율은 갖는 생물건조 생산물을 얻기 위해, 커피폐기물(Spent Coffee ground; SCG)을 Bulking agent로 이용하여 생물건조 과정을 가속시키는 방법을 제안하였고, 이 때 미생물 천이, 용존 유기물(Dissolved Organic Matter; DOM) 특성, 유기물 분해 및 효소 활성 변화를 통해 가속된 생물건조에서의 메커니즘을 알아보았다. 3장에서는 공기건조된 슬러지를 Bulking agent로 사용한 탈수슬러지 생물건조를 7일간 진행한 결과, 함수율은 초기 함수율 대비 49.78% 제거되었으며, 저위발열량(Lower heating value; LHV)은 37.87% 향상된 것으로 나타났다, 한편, 탄소와 질소의 질량 함량은 각각 36.25%, 6.12%에서 32.06%, 4.82%로 감소하였다. 이는 생물건조된 탈수슬러지 표면이 입자화 및 다중-다공성화됨에 따라 연소 중 공기 전달을 용이하게 하여 나타난 결과로 판단된다. 그리고 질량 분석기(Mass Spectrometer; MS)와 결합된 열중량 분석(Thermogravimetric; TG)을 분석 결과, 생물건조된 탈수슬러지가 질소 가스 배출량이 낮은 반면에 높은 가연성 지수(S)를 갖는 것으로 나타났다. 또한 등온 연소 동안, 생물건조된 탈수슬러지에서 배출된 가스의 평균 CO 및 NO 농도는 열건조된 탈수슬러지의 배출 가스보다 낮았으며, 특히 저온(≤800oC)에서 낮았다. 4장에서는 Bulking agent로 커피폐기물을 이용하여 탈수슬러지 생물건조 가속화가 제안되었다. 그 결과 공기건조된 탈수슬러지와 톱밥을 Bulking agent로 사용하는 일반적인 생물건조 방법와 비교하여, Bulking agent로 커피폐기물을 이용하였을 때 5.8일까지 높은 온도가 유지되어 함수율은 68.25wt%에서 46.16wt%로 급격히 감소하였으며, 특히 70.87%의 수분이 8일이내 제거된 것으로 나타났다. 이는 커피폐기물이 생분해가능한 휘발성 고형물(biodegradable volatile solids; BVS)과 높은 용존 유기물을 다량 함유하고 있어 수분 제거의 원동력이 되었다고 판단된다. 또한 Trial C의 파이로시퀀싱(Pyrosequencing) 데이터에 따르면, Firmicutes는 빠르게 농축되어 우점한 문(Phylum)이 되었으며, Bacillus, Ureibacillus 및 Thermobifida과 같은 내열성의 리니셀룰로오스 분해 능력을 가진 세 개의 호열성 속(Genus)이 우점되었다. 이러한 결과는 장시간의 고온 기간동안 호열성 미생물들이 커피폐기물의 생분해가능한 휘발성 고형물의 생분해를 촉진시켜 나타난 것으로 판단된다. 8일간의 생물건조을 통해 생성된 생산물은 저위발열량이 9,284 kJ/kg으로 우수한 고체 연료이며, 이는 공기건조된 슬러지와 톱밥을 이용한 생물건조 생산물의 저위발열량보다 각각 2.1배, 1.8배 높은 것으로 파악되었다. 5장에서는 가속화된 생물건조 동안 유기물의 생분해와 세포외 효소 활성 변화, 일반적인 물리화학적 수치들의 변화를 공기건조된 슬러지와 톱밥을 이용한 생물건조와 비교하였다. 공기건조된 슬러지와 톱밥과 달리 커피폐기물에는 생분해가능한 유기물, 특히 헤미셀룰로오스, 지질 및 단백질이 풍부하여, 다른 물질에 비해 물질 대사의 열 생산이 많은 것으로 보여졌다. 그리고 Trial B에서 나타난 극도의 고온 기간 및 미생물 활성으로 인해 커피폐기물은 휘발성 고형물에서 용존 유기물로의 전환율을 가속화하였고, 용존 유기물에서 휴믹과 펄빅 같은 물질로의 추가 분해도 용이하게 하였다. 세포외 효소 활성도 변화에 따르면 가장 먼저 유도된 효소는 만나나아제(Mannanase)였으며, Trial B에서는 프로테아제(Protease)가 뒤따르는 것으로 나타났다. 즉은 다른 유기물 조성을 갖는 Bulking agent가 세포외 효소를 유도 및 유기물의 분해 순서 및 정도에 영향을 미침으로써 탈수슬러지 생물건조에 영향을 주는 것으로 판단된다. 따라서 커피폐기물에 포함된 풍부한 생분해가능한 휘발성 고형물을 통해 탈수슬러지 생물건조를 가속화시킬 수 있을 것으로 판단된다.