2.6 ניתוח DEGs הקשורים למטבוליזם והצטברות פוליסכריד

Cistanche Deserticolaבעיקר מכילגלוקוז, גלקטוז, פרוקטוז, רמנוזה, ערבינוז ומנוזהכמונוסכרידים העיקריים שלה. מונוסכרידים אלה עוברים קטליזה על ידיGlycosyltransferasesואנזימים אחרים לסינתזהCISTANCHEפוליסכרידים.

 

Cistanche Deserticola

 

מחקר זה ניתח אתמסלולי חילוף החומרים של פוליסכרידוה-DEGs מועשרים בנתיבים אלהבCistanche Deserticolaמצמחי מארח שונים. באמצעות ניתוח הדברים הבאיםמסלולי Kegg, זוהו אנזימים מפתח וגנים המעורבים בביוסינתזה של פוליסכריד:

מטבוליזם של גלקטוז (KO00052)

מטבוליזם של מנוזה ופרוקטוז (KO00051)

חילוף חומרים של סוכר אמינו ונוקליאוטידים (KO00520)

מטבוליזם של עמילן וסוכרוז (KO00500)

בסך הכל13 אנזימים הקשורים לביוסינתזה של פוליסכרידוכמה גני אנזים מרכזיים זוהו, כולל:

-מילאז (BAM)

גלוקוז -1- פוספט adenylyltransferase (Glgc)

Hexokinase (HK)

-פרקטופורנוסידאז (SACA)

הידרולאז סוכרוז-פוספט (SPP)

גלוקוז -6- איזומראז פוספט (GPI)

UDP-glucose dehydrogenase (UGDH)

Mannose -1- פוספט guanylyltransferase (gmpp)

גלקטינול סינטאז (GOLS)

-גלקטוזידאז (LACZ)

Mannose -6- איזומראז פוספט (MPI)

UDP-glucuronate decarboxylase (UXS)

Phosphofrocructokinase תלוי פירופוספט (PFP)

אנזימים אלה ממלאים תפקידים משמעותיים בביוסינתזה שלCISTANCHEפוליסכרידים.

A מפת חום אשכול היררכינוצר באמצעות נתוני ביטוי DEG שעובדו על ידיDESEQ2ו התוצאות הראו אהבדל משמעותיבביטוי גנים ביןHaloxylon-CISTANCHEואטריפלקס-CISTANCHEו באופן ספציפי:

Haloxylon-CISTANCHEמוצגביטוי גבוה יותר באופן משמעותישֶׁלSACA, HK ו- LACZ.

Atriplex-CISTANCHEמוצגביטוי גבוה יותר באופן משמעותישֶׁלUGDH, GMPP ו- GOLS.

Cistanche Deserticola

 

2.7 אימות QRT-PCR

לאמת אתאמינות נתוני רצף הטרנסקריפטום, QRT-PCRבוצע באמצעותACTB(-actin) בתורגן משק הביתו שֵׁשׁגני אנזים מפתחמעורב בCISTANCHEביוסינתזה של פוליסכריד נבחרו באופן אקראי לאימות.

תוצאות QRT-PCR התבטאו כ-log₂ (fc)והראה כידפוסי ביטוי של DEGs במארח שונה הנגזרCISTANCHEהיו בקנה אחד עם תוצאות רצף הטרנסקריפטום:

GMPP, PFP ו- UGDH הוסדרו מחדש.

LACZ הוסדר למטה.

ממצאים אלה מאשרים אתאמינות גבוהה של נתוני הטרנסקריפטום, תומך ברמת הדיוק של ניתוח ביטוי הגנים הדיפרנציאלי בCistanche Deserticola.

3 דיון ומסקנה

Cistanche Deserticolaהוא צמח רפואי רב שנתי שלOrobanchaceaeמִשׁפָּחָה. בגלל זהסביבת צמיחה ייחודיתוכןערך רפואי גבוה, זה ידוע בשם"ג'ינסנג מהמדבר."שֶׁלָהתרכובות ביו -אקטיביותכולל בעיקרגליקוזידים פנילנואידים, פלבנואידים, פוליסכרידים ובטאין[9]. נכון לעכשיו, מחקר על צמח רפואי זה התמקד בעיקררכיבים פעילים ואפקטים פרמקולוגיים, בעוד שמחקרים ברמה גנטיתלהישאר מוגבל. בפרט, ישמעט דיווחיםעלניתוח גנטי של הבדלים מטבולייםבפוליסכרידים, פלבנואידים וגלוקוזידים פנילנואידים.

THEביאור מסד נתונים של NRשל יוניגנס ציין זאתCistanche Deserticola, אשרחסר גנום התייחסות, קשור באופן הדוק ביותרPaulownia(Scrophulariaceae), צמח עם גנום רצוף [10]. ניתוח ביטוי דיפרנציאלי של יוניגנים המוערכים שזוהו14,089 גנים המובעים באופן דיפרנציאלי (DEGS)ו זה מצביע על כךטרנסקריפטומים שלCistanche DeserticolaטפילHaloxylon AmmodendronוכןAtriplex Canescensמראים הבדלים משמעותיים, ככל הנראה בגללוריאציות במטבוליזם של צמחים מארחיםוכןקהילות מיקרוביאליות Rhizosphere [11].

במסד נתונים של KEGG, 3,998 יוניגניםממופים117 מסלולי מטבוליותביניהם1,386 מעלותהועשרו בנתיבים הקשורים לביוסינתזה של פוליסכרידים, חומצות שומן, חומצות אמינו ופלבנואידיםו גנים אלה מעורבים בשונהמוצרים מטבוליים שלCistanche Deserticolaולווסת אתהצטברות פוליסכרידים ופלבנואידיםו הבדלים בדפוסי העשרה של DEG ורמות ביטוי על פני צמחי מארח שוניםלהוביל לוריאציות בתפקודים ביולוגיים ובמטבוליזם של תרכובת פעילה [12].

מחקר זה זיהה20 מעלות מקודדות 13 אנזימי מפתחמעורב בביוסינתזה של פוליסכרידבCistanche Deserticolaטרנסקריפטום. אנזימים אלה ו- DEGלווסת תהליכי מפתח בביוסינתזה של סוכרוז, גלוקוז, פרוקטוז ופוליסכרידים הנגזרים מגלקטוזו במסלולי חילוף חומרים הקשורים לפוליסכריד, כוללמטבוליזם של גלקטוזוכןמטבוליזם של עמילן-סוקארוז, אנזימי מפתח כמולאץ, סאקה, BAM, HK, SPP ו- UGDHזוהו.

בהלוקסילון-נפלאיזציהCistanche Deserticola,רמות הביטוי של SACA, HK ו- LACZהיו משמעותיתגבוה יותרמאשר פנימהאטריפלקס-נפלאיזציהCistanche Deserticola.

לעומת זאת,רמות הביטוי של UGDH, GMPP ו- GOLSהיו משמעותיתגבוה יותרבאטריפלקס-נפלאיזציהCistanche Deserticola.

מחקרים טרנסקריפטיים מספקים תובנות עמוקות יותר על צמיחת צמחים, פיתוח וביוסינתזה של מטבוליט משני והצטברות[13]. מחקרים קודמים השתמשו בטרנסקריפטומיקה כדי לנתחמסלולי ביוסינתזה של פוליסכרידבCodonopsis Pilosula, Poria Cocos, Lycium Barbarum, dioscorea opposita, polygonatum sibiricum, polygonatum cyrtonema ו- dendrobium officinale[14]. בנוסף, טכניקות טרנסקריפטומיות הוחלו בהרחבה על המחקרמטבוליזם של פחמימות בתפוחי אדמה, מלונים ותות [15-16].

לְדוּגמָה:

ג'י ואח '.[17] ניתח את המתאם ביןהצטברות פוליסכריד ומאפיינים טרנסקריפטייםבשונהרקמות שלCodonopsis Pilosulaו הם מצאו את זהsucrose -1- fructosyltransferase (1- sst) ו- fructan -1- exohydrolase (1- feh), אנזימי מפתח המעורבים בביוסינתזה של פרוקטן, היומבוטא מאוד בשורשים, ומציעים כי אנזימים אלה הםרגולטורים ראשונייםשלתוכן פוליסכריד גבוה בCodonopsis Pilosulaשורשים, כפי שאושר על ידי ניתוח HPLC.

Tao et al.[18] נערךרצף טרנסקריפטוםלזהותגני אנזים מפתחהשפעהתוכן פוליסכרידבשלושה שוניםמינים מצולעים (פ. קינגיאנום, P. Sibiricum, וP. cyrtonema). הם מצאו את זהביטוי -פרוטופורנוסידאז (SACA)היהמתואם חיוביעִםתוכן פוליסכרידוזהסאקהמניותקווי דמיון מבניים ופונקציונלייםעִםפרוקטוסילטרנספרזות, מה שהופך את זה לגורם מפתח המשפיע על וריאציה של פוליסכריד בין מינים מצולעים.

Liu et al.[19] בשילובטרנסקריפטומיקה ומטבולומיקהלחקור מדועטטראפלואידDendrobium officinaleיש תכולת פוליסכריד גבוהה יותר מאשר דיפלואידDendrobium officinaleו המחקר שלהם גילה זאתמשפחות גנים CESA/CSL, Sweet ו- Bgluהיומווסתת באופן משמעותיבצמחים טטראפלואידים, מציין את זהביטוי גבוה של כונני DEGs אלה מוגבר של הצטברות הפוליסכריד.

MA et al.[20] ניתח אתמנגנונים רגולטוריים של ביו -סינתזה של פוליסכרידבLycium Barbarumמִןצ'ינגהאי, גאנסו ונינגקסיהו לעומת צ'ינגהאי וגאנסו,נינגקסיה מגודלתל. ברברוםהיהתכולת גלקטוז גבוהה משמעותית בקיר התא, ככל הנראה בגללביטוי גבוה יותר של גנים של לייאס ופקטינסטרז.

Lu et al.[21] נערךרצף טרנסקריפטוםעל שלושמינים מצולעים (P. cyrtonema, P. Sibiricum, ופ. קינגיאנום), ניתוחגני אנזים מפתח בנתיבי ביוסינתזה של פוליסכרידו הם זיהו135 מעלות המקודדות 18 אנזימי מפתח, עם13 גנים (כולל GMPP, MPI, SACA ו- Fructokinase SCRK) המראים את רמות הביטוי הגבוהות ביותר ב-Cyrtonema Polygonatum.

מחקר זה מרחיב את ההבנה שלמטבוליזם של פוליסכריד בצמחי מרפא טפילייםעַל יְדֵיבהתבסס על מחקרים קודמים על מיני צמחי מרפא שונים ועל מסלולי המטבוליים שלהםו זה מספק אהתייחסות יקרת ערךלחקירות נוספות עלמנגנוני רגולציה של חילוף החומרים הפוליסכרידים בצמחי מרפא תלויים מארחים [22].

כַּיוֹם,מחקר רצף תפוקה גבוהה עלCistanche Deserticolaטרנסקריפטום נשאר בשלביו המוקדמיםו מחקר זה ערך אניתוח ביטוי גנים מקיףשֶׁלCistanche Deserticolaטפילי על שני צמחים מארחים שונים וזוהו גנים לאנזים מפתח המעורבים במטבוליזם של פוליסכרידו לממצאים אלה ישהשלכות חשובותעבורבחירה והערכה של צמחי מארח חדשים עבורCistanche Deserticolaוכןלספק בסיס תיאורטי ללימוד הוויסות המולקולרי של ביוסינתזה של פוליסכריד ושיפור גנטי שלCistanche Deserticola.