본 연구는 최근 다양한 분야에서 지상레이저스캐너의 활용도가 증가하고 있지만 현재까지 국내에서는 표준작업방법이나 일관된 품질의 성과를 보장하기 위한 규정이 마련되어 있지 않아 일관된 작업절차의 확립이 필요한 실정이다. 지상레이저스캐너를 활용한 측량 성과물 제작에 적용할 수 있는 규정 마련을 목적으로 지형측량에 대한 지상레이저스캐너를 활용한 작업절차를 수립하 고, 공공측량 작업규정 제정에 기여하고자 하였다. 지상레이저스캐너를 활용한 국내･외 다양한 분야에서 적용하고 있는 작업절차 및 지침의 사례를 조사하고 비교･분석하여 지형측량 작업절차를 수립하였으며. 실험 대상지역을 선정하여 지상레이저스캐너를 활용한 3차원 점군데이터 생성 실험을 수행하였다. 실험을 통해 획득한 검사점(특정점)의 3차원 좌표에 대한 정확도 평가 결과 일산호수공원의 RMSE는 수평으로 3.1cm, 수직으로 1.3cm이며, 서삼릉의 RMSE는 수평으로 1.7cm, 수직으로 1.0cm인 것을 확인하 였으며, 획득한 3차원 점군데이터를 활용한 지형데이터 생성과 수치도화를 통해 작업절차를 검증하였다.

양파 종자는 양파 생산을 위한 기초적 투입자원이기 때문에 건전한 종자는 양파 생산에서 매우 중요하다. 양파 종자에서 분리한 박테리아 중에서 양파 종자 발아를 억제하는 균주 OS1을 분리하였다. 분자 동정을 위해 16S rRNA 유전자 영역의 DNA를 분석하였고 이를 바탕으로 한 유연관계 분석을 통해 OS1 균주를 Leclercia adecarboxylata로 동정하였다. L. adecarboxylata는 면역 저하 환자 또는 기저 질환이 있는 환자에게 기회감염을 일으키는 것으로 알려져 있다. L. adecarboxylata OS1은 휘발 물질을 생산하고 이 휘발 물질이 양파 종자 발아를 억제하는 것으로 분석하였다. 특히, 양파 구근을 이용한 병원성 검정에서도 L. adecarboxylata OS1는 갈변증상과 썩음증상을 유발하였다. 아직 L. adecarboxylata에 의한 대규모 포장 또는 수확후병으로 인한 양파 피해사례가 보고된 적은 없지만, 이러한 결과는 L. adecarboxylata는 잠재적인 양파 병원체가 될 수 있음을 시사하고 양파 생산에 잠재적 위협 요소가 될 가능성을 보여준다. 또한, L. adecarboxylata는 인체 기회감염 병원체이기 때문에 양파로부터 언제든지 인체로 감염될 수 있는 위험성을 갖고 있다고 볼 수 있다.

가시광선 영역의 스펙트럼과 근적외선 영역의 스펙트럼을 포함하는 다중스펙트럼 기반 정밀 감지 기술은 농작물 품질, 스트레스 및 식물 병 진단 등의 비침습적 분석 및 감지에 성공적으로 적용되고 있고 원격 감지를 위한 센서 기술로 인정받고 있다. 다중스펙트럼 기반 원격 감지는 다양한 작물에서 다양한 병을 감지, 모니터링 및 정량화하는 데 사용되어 왔다. 본 연구의 목적은 양파노균병 감염의 지표로 엽록소 함량 관련된 다중스펙트럼 기반 식생 지수(Vegetation Index) 지표의 사용을 평가하는 것이다. 양파노균병은 주로 2~3월에 발생하고 양파 생산에 가장 큰 손실을 야기하는 양파병 중 하나다. 2021년 3월 중순경 공간적으로 분리된 경상남도 함양과 전라남도 무안 지역에서 노균병이 심하게 걸린 양파 노지 포장을 시험구로 사용하였다. 다중스펙트럼 카메라가 장착된 드론을 사용하여 다중스펙트럼 이미지를 얻었고 농작물 식생 지수 분석에 주로 사용되는 NDVI, NDRE 및 GNDVI 값을 분석하였다. 지상 20 m에서 얻은 다중스펙트럼의 NDVI, NDRE 및 GNDVI 수치의 히스토그램은 0 에 집중되어 있었는데 이는 주로 흙과 암석에서 나타나는 수치에 해당한다. 이는 양파 재배 특성상 물 빠짐을 좋게 하기 위해 조성한 고랑들이 식생 지수 수치를 왜곡한 것을 판단되었다. 양파가 없는 고랑으로 인한 식생 지수 왜곡을 배제하기 위해 지상 2 m에서 다중스펙트럼 이미지를 얻었고 이들의 식생 지수를 분석한 결과, NDVI 수치가 건전 양파와 노균병 감염 양파 간 차이를 뚜렷하게 구분할 수 있었다. GNDV 및 NDRE 값은 완전히 성장한 식물에서 높은 엽록소 민감도를 통해 식물 발달을 분석하기 위한 NDVI에 대한 경쟁적 식생 지수인데, 2~3월경 양파의 불완전한 생육으로 인해 캐노피가 부족하여 GNDVI와 NDRE의 민감도가 떨어진 것으로 추정된다. 노균병에 걸린 양파의 NDVI 수치는 0 값에 집중되어 있는 반면, 건전한 양파는 0.5 값에 걸쳐 있었는데, 이러한 결과는 생육환경이 전혀 다르고 지역적으로 분리된 함양과 무안 지역에서 재배되고 자연적으로 발생한 양파에서도 동일한 결과를 도출하였다. 본 연구의 결과를 종합하며, NDVI는 양파노균병 발생 감지에 적용할 수 있는 것으로 평가되고 뿐만 아니라 전문가 진단에 따른 변동성과 반복성의 변화를 극복할 수 있는 대안이 될 수 있을 것으로 평가된다.

Wire arc additive manufacturing (WAAM) is being considered as a technology to replace the conventional manufacturing process of titanium alloys. However, coarse β grains, which can extend through several deposited materials, result in strong textures and anisotropy. As a solution, we study the plastic deformation effects of ultrasonic needle peening (UNP) on the microstructure. UNP treated materials deform plastically and the dislocation density increases. Fine α+α' grains with low aspect ratio are observed in the UNP treated specimens. UNP treated WAAM Ti-6Al-4V alloys have higher strength and lower elongation than those characteristics of WAAM Ti-6Al-4V alloys. Due to UNP treatment, the z-axis directional specimens exhibit a greater effect of reducing elongation than do the x-axis directional specimens. The UNP treatment produces fine grains in proportion to the number of times UNP is performed, thereby increasing strength. UNP processes produce a large number of dislocations in the WAAM Ti-6Al-4V alloys, with the most dislocations being formed at the surface.

최근 기후변화 및 국제교역량, 여행객, 외국 이주민 등의 증가로 국내 농작물에 큰 피해를 입힐 수 있는 고위험 식물 병의 국내 유입이 꾸준히 증가하고 있고 이에 따라, 검역기관 종사자들의 업무량도 늘어나고 있다. 특히 ‘Candidatus Liberibacter solanacearum’가 원인병원균인 감자 제브라칩병의 경우, 발생하게 되면 감자를 초토화시켜 막대한 피해를 야기한다. ‘Ca. L. solanacearum’의 감자와 토마토 등의 가지과(Solanaceae) 작물과 당근을 포함하는 산형과(Umbelliferae) 작물이 기주가 될 수 있다. 이에 본 연구에서는 아직까지 국내에 유입되지 않은 감자 제브라칩병과 매개충인 토마토 감자 나무이(tomato potato psyllid; TPP; Bactericera cockerelli Sulc.)에 대한 예찰 조사를 수행하였다. 예찰 조사를 위해 전국을 7개 권역(경기-강원, 충청, 전북, 전남, 경북, 경남 및 제주)으로 나누고, 각 권역에 속하는 3개 지역 중심으로 수행하였는데, 경기-강원 권역은 인천, 화성, 춘천 및 홍천, 충청 권역은 공주, 세종 및 청주, 전북 권역은 익산, 완주 및 정읍, 전남 권역은 보성, 고흥 및 순천, 경북 권역은 상주, 김천 및 안동, 경남 권역은 거창, 함양 및 진주, 제주 권역은 구좌 및 성산 지역이 해당되며, 지역당 3개 지점을 두고 조사하였다. 매개충 TPP 조사를 위해 끈끈이 트랩을 이용한 조사를 병행하였다. 예찰 조사는 2018년 9월부터 10월까지 2주 간격으로 실시하였다. 2018년 예찰 조사결과, 감자 제브라칩병과 매개충인 TPP는 국내에는 확인되지 않았다. 이 연구는 식물병을 조기에 탐지하기 위해 구축된 전국적인 모니터링 네트워크를 통해 수행할 수 있었고, 국외 외래유입병들의 예찰 조사를 위한 지역 거점을 확보하는데 기여하였다고 평가된다.

최근 기후변화와 더불어 국제 교역량, 여행객 및 외국 이주민 등의 증가로 인해 국내 농작물에 큰 피해를 입힐 수 있는 고위험 식물 병의 유입 사례가 꾸준히 증가하고 있는 추세다. 특히, ‘Candidatus Liberibacter asiaticus’가 원인병원균인 감귤황룡병의 경우, 발생하게 되면 감귤과원에 큰 피해를 야기한다. 이에 본 연구에서는 아직까지 국내 유입되지 않은 감귤황룡병과 매개충인 아시아감귤나무이(Asian citrus psyllid; ACP; Diaphotima citri)에 대한 예찰 조사를 남부지역에 집중된 유자 재배지 중심으로 수행하였다. 유자는 감귤황룡병의 기주가 될 수 있는 운향과(Rutaceae)에 속하는 작물로 기후 특성상 우리 나라 전라남도와 경상남도 해안지역을 중심으로 주로 재배되고 있다. 예찰 조사는 전남과 경남에 속하는 각 3개 지역 중심으로 수행하였는데, 전남 권역은 고흥, 보성 및 광양 중심으로 그리고 경남 권역은 거제, 통영 및 남해 지역이며, 지역당 3개 지점을 두고 조사하였다. ACP 포획을 위해 끈끈이 트랩을 이용한 조사를 병행하였다. 예찰 조사는 2018년부터 2020년까지 3년에 걸쳐 수행하였고 2018년은 6월부터 10월까지, 2019년과 2020년은 4월부터 10월까지 2주 간격으로 실시하였다. 예찰 조사 결과 감귤황룡병과 매개충 ACP는 국내에서는 아직 확인되지 않았다. 이 연구는 식물병을 조기에 탐지하기 위해 구축된 전국적인 모니터링 네트워크를 통해 수행할 수 있었고, 국외 고위험 식물 병들의 예찰 조사를 위한 지역 거점을 확보하는데 기여하였다고 평가된다.

Gangliosides are glycolipids in which oligosaccharide is combined with sialic acids. Our previous studies have suggested an interplay between ganglioside GD1a/GT1b and meiotic maturation capacity in porcine oocyte maturation. Furthermore, ganglioside GD1a and GT1b are known for its antioxidant activity, but it is still unclear whether possible antioxidant role of GD1a and GT1b is involved in porcine embryos development competence during in vitro culture (IVC). Here, the effects of ganglioside GD1a and GT1b on the embryonic developmental competence during in vitro culture of porcine were investigated. The effects of ganglioside GD1a and GT1b on the expression of ST3GAL2 were confirmed during embryos development (2-cell, 4-cell, 8-cell and blastocyst) using immunofluorescent staining (IF). As a result, the fluorescent expression of ST3GAl2 was higher in embryos at 4-8 cells stage than blastocysts. Blastocyst development rate significantly increased in only 0.1 μM GD1a and GT1b treated groups compared with control group. To investigate the cellular apoptosis, we analyzed TUNEL assay. In case of only 0.1 μM GD1a and GT1b treated groups, the total number of cells in blastocyst compared with control group, but there was no significant difference in the rate of apoptotic cells. We identified the intracellular ROS levels using DCF-DA staining. According to the result, ROS production significantly decreased in blastocysts derived from the 0.1 μM GD1a and GT1b treated groups. These results suggest that ganglioside GD1a and GT1b improve the developmental competence of porcine embryos via reduction of intracellular ROS during preimplantation stage.

Cryopreservation is used for blastocyst preservation of most mammalian embryos and is an important technique for breeding. We aimed to compare the efficiency of the cryopreservation method using the standard Cryotop device and the ReproCarrier device, a domestic product manufactured in Korea. The efficacy of the two devices was analyzed based on the survival rate, intracellular levels of reactive oxygen species (ROS), and apoptosis of the vitrified bovine blastocysts. The survival rates of the vitrified-warmed blastocysts were similar between the ReproCarrier group (58.4 ± 17.7%) and Cryotop group (59.9 ± 14.1%). Intracellular ROS levels and apoptotic index were determined by DCFDA staining and TUNEL assay. Changes in intracellular ROS levels, number of total nuclei, and cellular apoptosis of vitrified blastocysts after cryopreservation were not significantly different between the two groups. These results indicate that the ReproCarrier device method is as effective as the standard Cryotop method for vitrification of bovine blastocysts in vitro.

본 연구는 지능형 개인비서 서비스의 사용 경험을 HCI의 평가 기준을 바탕으로 비교ㆍ분석하여 사용 경험의 긍정적인 요소와 개선되어야 할 요소를 탐색하고자 한다. 현 시장에서 점유율이 가장 높은 지능형 개인비서 서비스인 애플의 시리, 구글의 구글어시스턴트, 삼성의 빅스비를 대상으로 연구를 진행하였다. 연구 방법은 1차로 문헌 연구를 통하여 현 서비스의 개념과 특징에 대해 비교ㆍ분석하였고 2차로 약 2주간 UI/UX 디자인 전문가 7명을 대상으로 맥락질문법을 활용하여 인터뷰를 진행하였다. 인터뷰는 피터 모빌(Peter Morville)의 사용자 경험 허니콤(user experience honeycomb) 7가지 사용성 원칙을 5가지로 재구성하여 유용성, 편의성, 시각적 매력성, 신뢰성, 만족도에 대한 질문을 진행하였다. 이후 재구성한 사용성 원칙 내용을 바탕으로 평가 rating 및 시스 템 사용성 척도 (SUS) 를 바탕으로 평가를 실시하였다. 본 연구는 인공지능 개인비서 서비스의 사용경험을 정량적, 정성적으로 분석했다는데 의의가 있다.

본 연구에서는 지역 기상-해양 접합모델을 이용하여 2018년 8월 28일부터 30일까지 한반도 서울-경기지역에 내린 강수에 대해 대기-해양 상호작용의 효과를 분석하였다. 지역 기상-해양 접합모델에서 기상모델은 WRF (Weather Research Forecasts)가 사용되었으며, 해양모델은 ROMS (Regional Oceanic Modeling System)가 사용되었다. 단일 기상 모델은 WRF모델만 이용되었으며, ECMWF Re-Analysis Interim 의 해수면온도자료가 바닥경계자료로 사용되었다. 관측자료와 비교하여, 대기-해양 상호작용의 효과가 고려된 접합모델은 서울-경기지역의 강수 및 황해 해수면온도에 대해 공간상관계수가 각각 0.6과 0.84로 이는 지역 기상모델보다 높게 나타났다. 또한, 평균편향오차(MBE, Mean Bias Error)은 각각 −2.32와 −0.62로 지역 기상모델 보다 낮은 오차율을 보였다. 상당온위와 해수면온도 및 역학적 수렴장으로 분석한 대기-해양 상호작용의 효과는 황해 해수면온도의 변화를 유도하였고, 그 변화는 하층대기에서 열적 불안정과 운동학적 수렴대의 차이를 발생시켰다. 열적 불안정과 수렴대는 결과적으로 서울-경기 지역에서 상승운동을 유도하였고, 결과적으로 기상-해양 접합모델에서 모의된 강수가 관측과 더 유사한 공간분포를 나타냈다. 그러나 복잡한 관계에 있는 대기-해양 상호작용의 효과를 더 명확히 파악하기 위해서는 다양한 사례연구와 장기적인 분석이 필요하지만, 본 연구는 기상-해양 상호작용이 강수 예보에 중요성에 대한 또 다른 증거를 제시한다.

Sestrin-2 (SESN2) as a stress-metabolic protein is known for its anti-oxidative effects as a downstream factor of PERK pathways in mammalian cells. However, the expression patterns of SESN2 in conjunction with the UPR signaling against to ER stress on porcine oocyte maturation in vitro, have not been reported. Therefore, we confirmed the expression pattern of SESN2 protein, for which to examine the relationship between PERK signaling and SESN2 in porcine oocyte during IVM. We investigated the SESN2 expression patterns using Western blot analysis in denuded oocytes (DOs), cumulus cells (CCs), and cumulus-oocyte complexes (COCs) at 22 and 44 h of IVM. As expected, the SESN2 protein level significantly increased (p < 0.01) in porcine COCs during 44 h of IVM. We investigated the meiotic maturation after applying ER stress inhibitor in various concentration (50, 100 and 200 μM) of tauroursodeoxycholic acid (TUDCA). We confirmed significant increase (p < 0.05) of meiotic maturation rate in TUDCA 200 μM treated COCs for 44 h of IVM. Finally, we confirmed the protein level of SESN2 and meiotic maturation via regulating ER-stress by only tunicamycin (Tm), only TUDCA, and Tm + TUDCA treatment in porcine COCs. As a result, treatment of the TUDCA following Tm pre-treatment reduced SESN2 protein level in porcine COCs. In addition, SESN2 protein level significantly reduced in only TUDCA treated porcine COCs. Our results suggest that the SESN2 expression is related to the stress mediator response to ER stress through the PERK signaling pathways in porcine oocyte maturation.

This study examines paraelectric Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7 (BZN), which has no hysteresis and high dielectric strength, for energy density capacitor applications. To increase the breakdown dielectric strength of the BZN film further, poly(vinylidene fluoride) BZN-PVDF composite film is fabricated by aerosol deposition. The volume ratio of each composition is calculated using dielectric constant of each composition, and we find that it was 12:88 vol% (BZN:PVDF). To modulate the structure and dielectric properties of the ferroelectric polymer PVDF, the composite film is heat-treated at 200 oC for 5 and 30 minutes following quenching. The amount of α-phase in the PVDF increases with an increasing annealing time, which in turn decreases the dielectric constant and dielectric loss. The breakdown dielectric strength of the BZN film increases by mixing PVDF. However, the breakdown field decreases with an increasing annealing time. The BZN-PVDF composite film has the energy density of 4.9 J/cm3, which is larger than that of the pure BZN film of 3.6 J/cm3.

Morphology of cumulus-oocyte-complexes (COCs) at germinal vesicle (GV) stage as one of the evaluation criteria for oocyte maturation quality after in vitro maturation (IVM) plays important roles on the meiotic maturation, fertilization and early embryonic development in pigs. When cumulus cells of COCs are insufficient, which is induced the low oocyte maturation rate by the increasing of reactive oxygen species (ROS) in porcine oocyte during IVM. The ROS are known to generate including superoxide and hydrogen peroxide from electron transport system of mitochondria during oocyte maturation in pigs. To regulate the ROS production, the cumulus cells is secreted the various antioxidant enzymes during IVM of porcine oocyte. Our previous study showed that Mito-TEMPO, superoxide specific scavenger, improves the embryonic developmental competence and blastocyst formation rate by regulating of mitochondria functions in pigs. However, the effects of Mito-TEMPO as a superoxide scavenger to help the anti-oxidant functions from cumulus cells of COCs on meiotic maturation during porcine oocyte IVM has not been reported. Here, we categorized experimental groups into two groups (Grade 1: G1; high cumulus cells and Grade 2: G2; low cumulus cells) by using hemocytometer. The meiotic maturation rate from G2 was significantly (p < 0.05) decreased (G1: 79.9 ± 3.8% vs G2: 57.5 ± 4.6%) compared to G1. To investigate the production of mitochondria derived superoxide, we used the mitochondrial superoxide dye, Mito-SOX. Red fluorescence of Mito-SOX detected superoxide was significantly (p < 0.05) increased in COCs of G2 compared with G1. And, we examined expression levels of genes associated with mitochondrial antioxidant such as SOD1, SOD2 and PRDX3 using a RT-PCR in porcine COCs at 44 h of IVM. The mRNA levels of three antioxidant enzymes expression in COCs from G2 were significantly (p < 0.05) lower than COCs of G1. In addition, we investigated the anti-oxidative effects of Mito-TEMPO on meiotic maturation of porcine oocyte from G1 and G2. Meiotic maturation and mRNA levels of antioxidant enzymes were significantly (p < 0.05) recovered in G2 by Mito-TEMPO (0.1 μM, MT) treatment (G2: 68.4 ± 3.2% vs G2 + MT: 73.9 ± 1.4%). Therefore, our results suggest that reduction of mitochondria derived superoxide by Mito-TEMPO may improves the meiotic maturation in IVM of porcine oocyte.

미토콘드리아는 세포질 칼슘 항상성 및 ATP 생산에 중요한 역할을 하는 세포 소기관으로 이러한 미토콘드리아의 기능은 성숙과 수정 그리고 배 발달에 매우 중요한 역할을 한다. 미토콘드리아 칼슘 축적은 기능장애를 일으킨다. 그러나 돼지 체외성숙란 및 수정란에서 미토콘드리아 칼슘 변화의 관련성에 관한 연구는 보고된 적이 없다. 본 연구의 목적은 미토콘드리아 칼슘 지시자로 알려진 Rhod-2 염색을 이용하여 성숙란 및 수정란에서 미토콘드리아 칼슘 축적의 변화를 확인하였다. 형태학적 모습의 기준을 통해 난구세포의 세포층과 세포질의 균질도를 바탕으로 G1과 G2로 나누어서 체외성숙을 진행하였다. 이후 두 그룹에서 핵 성숙율을 비교하였을 때, G2가 G1에 비해 낮게 나타났다(p<0.001). 돼지 체외성숙란 및 수정란에서 평균적인 Rhod-2 spot 의 수는 G1보다 G2에서 더 많이 나타났다(6시간째 체외수정란: p<0.05). 다음으로 Rhod-2 spot 수에 따른 난모세포의 비율을 확인하기 위해 Rhod-2 spot 의 수를 4개의 군(n<10, 10≤n<20, 20≤n<30, 그리고 30≤n)으로 나누어 해당 난모세포의 비율을 확인하였다. 체외성숙란 및 체외수정란 모두 G1이 G2에 비해 10개 미만(n<10)인 Rhod-2 spot 의 수를 가지는 난모세포가 많았으며, 체외수정란에서는 유의적으로 높았다(p<0.05). 마지막으로 체외성숙란 및 수정란에서 Rhod-2 intensity 값을 측정하여 두 그룹을 비교하였을 때, G2가 G1에 비해 유의적으로 높은 것을 확인 할 수 있었다(성숙란; p<0.001 그리고 수정란; p<0.05). 본 연구의 결과를 토대로 돼지에서 미성숙 난포란의 형태학적인 품질은 체외성숙 및 체외수정 과정 동안 미토콘드리아 내 칼슘 축적과 관련이 있음을 확인하였다.

Ganglioside GM3 is known as an inhibition factor of cell differentiation and proliferation via inhibition of epidermal growth factor receptor (EGFR) phosphorylation. Our previous study showed that the exogenous ganglioside GM3 reduced the meiotic maturation of porcine oocytes and induced apoptosis at 44 h of in vitro maturation (IVM). However, the role of ganglioside GM3 in the relationship between EGFR signaling and apoptosis during porcine oocyte maturation has not yet been studied. First, porcine cumulus-oocyte complexes (COCs) were cultured in the NCSU-23 medium with exogenous ganglioside GM3 according to maturation periods (non-treated, only IVM I: 0 - 22 h, only IVM II: 22 - 44 h and IVM I & II: 0 - 44 h). We confirmed that the proportion of germinal vesicle breakdown (GVBD) increased significantly in the IVM I treated group than in the control group. We also confirmed that the meiotic maturation until M II stage and polar body formation decreased significantly in the only IVM I treated group. Cumulus cell expansion and mRNA levels of the expansion-related factors (HAS2, TNFAIP6 and PTX3) decreased significantly in the IVM I treated group than in the control group. Protein levels of EGFR, p-EGFR, ERK1/2, and p-ERK1/2 decreased significantly in the GM3-treated groups, during the IVM I period. In addition, cellular apoptosis, determined using TUNEL assay, and protein levels of Cleaved caspase 3, were increased significantly in the GM3-treated COCs during the IVM I period. Based on these results, ganglioside GM3 exposure of porcine COCs during the IVM I period reduced meiotic maturation and cumulus cell expansion via inhibition of EGFR activity in pigs.

In general, the shape of cumulus-oocyte-complexes (COCs) at germinal vesicle (GV) stage is important roles on meiotic maturation of porcine oocyte during in vitro maturation (IVM). Then, mitochondria produce reactive oxygen species (ROS) such as superoxide from electron transport system during oocyte maturation. ROS levels on oocytes are regulated by various antioxidant enzymes in cumulus cells (CCs). However, the effect of mitochondria derived superoxide production from CCs during IVM of porcine oocyte has not been reported. Firstly, we divided groups according to large number of CCs (Grade 1: G1) and small number of CCs (Grade 2: G2). Then, we counted cumulus cells of G1 and G2 oocyte by using haemocytometer. The oocyte maturation rate was significant decreased (p < 0.05) in G2 oocytes than that of G1 oocytes. We measured mitochondria derived superoxide in G1 and G2 COCs by using Mito-SOX staining. Mitochondrial superoxide was higher in G2 COCs than G1 COCs. Then, the mRNA expression levels of antioxidant enzymes (SOD1, SOD2 and PRDX3) in G2 COCs were decreased compared to G1 COCs. To reduce mitochondria derived superoxide, we used Mito-TEMPO as mitochondrial superoxide scavenger. Oocyte maturation rates in both G1 and G2 groups treated with Mito-TEMPO were increased than that of non-treated groups. Mitochondrial superoxide was lower in G1 and G2 groups treated with Mito-TEMPO than that of non-treatment groups. The mRNA expression levels of antioxidant enzymes in G1 and G2 COCs treated with Mito-TEMPO were increased compared to non-treated groups. Based on these findings, we suggest that reduction of mitochondria derived superoxide by Mito-TEMPO assists maturation competence in porcine oocytes.

Mitochondrion is an organelle for regulating calcium (Ca2+) homeostasis. Mitochondrial Ca2+ plays important roles on oocyte maturation, fertilization and embryonic development for ATP production. Low quality oocytes have mitochondrial dysfunction, which lead to overloaded Ca2+ in mitochondria. Recently, Rhod-2 is well known as a mitochondrial derived Ca2+ indicator. However, the changes of Rhod-2 in matured or fertilized porcine oocytes have not been reported. Therefore, the aim of study was to identify the effects of mitochondrial Ca2+ using Rhod-2 on quality assessment of matured oocyte and zygotes in pigs. Thus, we classified two groups (group 1: G1, compact COCs and group 2: G2, uncompact COCs) according to differences of cumulus cells amount and cytoplasm morphology in germinal vesicle (GV) stage of porcine COCs. Therefore, we investigated number of Rhod-2 spots in matured and fertilized oocytes from G1 and G2 groups. The Rhod-2 spot numbers were separated into four parts; n<10, 10≤ n < 20, 20 ≤ n < 30, and 30 < n. The Rhod-2 spots number of G2 group had greater than G1 group in part of 20 ≤ n. Additionally, we investigate mean number of Rhod-2 spots from G1 and G2 groups in matured and fertilized oocytes. As a result, we confirmed that average number of Rhod-2 spots in G2 group increased than that of G2 group. Finally, we also measured the Rhod-2 intensity in matured and fertilized oocytes of G1 and G2 groups. Interestingly, the Rhod-2 intensity in G2 group was higher than that of G1 group. (oocyte: p < 0.001 and fertilized oocyte: p < 0.05). These results demonstrated that changes in Rhod-2 spots and intensity were increased in low quality of matured and fertilized oocytes. Therefore, our results suggest that the differences in mitochondrial calcium level are associated with morphological quality of porcine COCs.

This study aimed to produce high-quality blastocysts and establish appropriate microinjection conditions for the introduction of target gene. First, we identified embryo development to the blastocyst stage after microinjection using the CRISPR/Cas9 system on the Cas9 protein or mRNA. As a result, we confirmed that blastocyst development in the Cas9 mRNA injected group significantly increased when compared to the Cas9 protein injected group (p<0.05). However, the blastocyst gene targeting rate increased in the Cas9 protein injected group when compared to the Cas9 mRNA injected group (p<0.05). Next, we treated the injection medium with 10 μg/ml of cytochalasin B (CB), and the microinjected embryos were cultured in CR1-aa medium supplemented with 0.1 μM of melatonin (Mela). Consequently, the blastocyst formation rate significantly increased in the CB treated group (p<0.05). After microinjecting embryos with the CB treated injection medium, we investigated blastocyst formation and quality via Mela treatment. Consequently, the Mela treated group demonstrated significantly increased blastocyst formation rates when compared to the non-treated group (p<0.05). Furthermore, immunofluorescence assay using RAD51 (DNA repair detection protein) and H2AX139ph (DNA damage detection protein) showed an increase in RAD51 positive cells in Mela treated embryos. Therefore, we verified the improvement in knock-in efficiency in microinjected bovine embryos using Cas9 protein. These results also demonstrated that the positive effect of the CB and Mela treatments improved the embryonic developmental competence and blastocyst qualities in genetically-edited bovine embryos.