אובדן גנים נרחב בפלסטומה של הצמח ההולופרזיטי Cistanche Tubulosa (Orobanchaceae)

Wanqi Xu, Haimei Chen, Lixia Tian, ​​Mei Jiang, Qiaoqiao Yang, Liqiang Wang, Bashir Ahmad & Liang Huang

לצטט מאמר זה: Wanqi Xu, Haimei Chen, Lixia Tian, ​​Mei Jiang, Qiaoqiao Yang, Liqiang Wang,

Wanqi Xuam, Haimei Chenam, Lixia Tiana, Mei Jianga, Qiaoqiao Yanga, Liqiang Wanga, Bashir Ahmadb and LinFang Huanga

aKey מעבדת מחקר למשאבי רפואה סינית מסורתית הגנה ממשרד החינוך, מרכז המחקר ההנדסי של משאבי הרפואה הסינית, המינהל הלאומי לרפואה סינית מסורתית, המכון לפיתוח צמחי מרפא, האקדמיה הסינית למדעי הרפואה, Peking Union Medical College, בייג'ינג, סין; טוב יותר לביוטכנולוגיה ומיקרוביולוגיה, אוניברסיטת פשוואר, פשוואר, פקיסטן

תַקצִיר

אובדן גנים פוטוסינתטי נרחב וקצב אבולוציוני מהיר מתרחשים בפלסטומים של צמחים טפילים. הצמח ההולופרזיטיCistanche tubulosaשל Orobanchaceae הוא משאב רפואי חשוב המופץ באזורים צחיחים. במחקר זה, הפלסטום המלא שלC. tubulosaעבר רצף, הורכב ונותח. הפלסטום הכולל שלC. tubulosaהיה באורך של 75,375 bp, מורכב מזוג חזרות הפוכות (IRs, 6,593 bp), אזור גדול של עותק בודד (LSC, 32,470 bp), ואזור קטן של עותק בודד (SSC, 29,719 bp). הוא הכיל 24 גנים מקודדי חלבון שלמים, תשעה פסאודוגנים ו-44 גנים חסרים. בנוסף, כל הגנים המקודדים לחלבון, שהיו קשורים לפוטוסינתזה והפקת אנרגיה, עברו פסאודוגניות או אבדו. ארבעה גנים של rRNA ו-24 גנים של tRNA היו שלמים, בינתיים חסרו חמישה גנים של tRNA. העץ הפילוגנטי הצביע על כךC. tubulosaהיה קרוב ל-C. phelypaea. התוצאות שלנו עשויות לשפר את ההבנה של ארגון הפלסטום, הסיווג והאבולוציה של צמחים טפילים.

למידע נוסף אנא צור קשר:Joanna.jia@wecistanche.com

ל- Cistanche deserticola השפעות רבות, לחץ כאן כדי לדעת יותר

Orobanchaceae היא משפחה מיוחדת הכוללת את כל הצמחים ברמת התנהגות הצמיחה המורכבת מצמחים לא-טפילים, hemiparasitic וה-holoparasitic (Xi et al. 2013).Cistanchetubulosa, צמח הולופרזיטי של ה-Orobanchaceae, סופג מים ותזונה אורגנית ואנאורגנית משורשי מארחיו.Cistanche tubulosaמשמש באופן מסורתי כצמחי מרפא מזינים. הרבה תרכובות בודדו מ-C. tubulosa, כולל פנילתנואידים גליקוזידים, פחמימות, ליגנאנים, אירידואידים,echinacoside, verbascoside, חומצה כלורוגנית, אקטאוזיד ולוטאוליזה (Yong and Peng-Fei 2009; Fu et al. 2018; Gao et al. 2019). תרכובות מבודדות אלו הפגינו השפעות פרמקולוגיות בשפע, כגון השפעות נוירו-פרוקטטיביות, אימונומודולטוריות, אנטי-זדקנות, אנטי-דלקתיות, אנטי-אוסטיאופורוזיס, הגנת כבד, אנטי-אוקסידטיבית, אנטי-בקטריאלית, אנטי-גידולית וסובלנות לגלוקוז ( Morikawa et al. 2019). בהשוואה ליותר מ-3000 פלסטומים של אורגניזמים אוטוטרופיים שניתן להשיג ממאגר המידע הלאומי למידע ביוטכנולוגיה, הנתונים מהפלסטומים של צמחים טפילים מוגבלים. כדי לתאר את המאפיין של אובדן גנים ולספק תובנות חדשות לגבי התהליך האבולוציוני הכולל, ניתחנו את הפלסטום של C. tubulosa.

Cistancheלדסרטיקולה יש השפעות רבות עלחֲסִיןמערכת

עלי אבנית טריים שלC. tubulosaנאספו ממחוז Hotan (האזור האוטונומי של שינג'יאנג אויגור), סין (78○1203600E, 36○1901200N). דגימות השובר הופקדו בעשב של המכון לפיתוח צמחי מרפא, האקדמיה הסינית למדעי הרפואה, Peking Union Medical College (IMD), עם מספרי ההצטרפות XJ20170502. כ-500 ng DNA שימש לבניית ספרייה עם גודל הכנסה של 400 bp ורצף בהתאם להוראות היצרן עבור פלטפורמת HiSeq 4000. קריאות הקצה הזוגיות הנקיות סוננו כנגד כל הפלסטומים של הצמחים שתועדו במסד הנתונים של GenBank על ידי שימוש ב-BLASTn עם חתך ערך של 1e - 5. הקריאות שחולצו הורכבו באמצעות SPAdes (v. 3.10.1) (Bankevich et al. 2012). אזור הגבול אומת באמצעות זוגות פריימר המשתרעים על אזור הגבול ולאחר מכן הגברה של PCR של האזורים ורצף Sanger של ייצור ה-PCR. גנים סומנו על ידי שימוש בשירות האינטרנט CpGAVAS2 (Shi et al. 2019) ונערכו באופן ידני באמצעות עורך הגנום של Apollo (Lewis et al. 2002). מפת המעגל של פלסטום נוצרה באמצעות OrganellarGenomeDRAW (Lohse et al. 2013), ותוכן GC נותח באמצעות CGView Server (Grant and Stothard 2008). בהשוואה לצמח הלא טפילי של

אקטאוזידבcistancheבריאות טובולוזהיתרונות

Orobanchaceae Rehmannia glutinosa (NC_034308), גנים שהיו דומים לגנים ידועים המקודדים לחלבון אך קטועים או הכילו מוטציה אחת או יותר של שינוי מסגרת, סווגו כפסאודוגנים (Cusimano and Wicke 2016; Xi et al. 2013). תוצאות הרכבת הגנום והביאורים הופקדו ב-GenBank, עם מספרי ההצטרפות MN614130.

הפלסטום שלC. tubulosaהיה באורך 75,375 bp והראה מבנה מרובע חלקי טיפוסי, כולל זוג IRs (6593 bp) מופרדים על ידי אזור LSC (32,470 bp) ו-SSC (29,719 bp). התוכן הכולל של GC היה 34.95 אחוז ובאזור ה-SSC היה תוכן GC גבוה יותר (38.00 אחוזים) מאשר אזור ה-IR (33.22 אחוז) ו-LSC (32.86 אחוז). הפלסטום שלC. tubulosaשמר על 27 גנים מקודדי חלבון שלמים, תשעה גנים הפכו לפסאודוגנים ו-44 גנים היו חסרים לחלוטין. כל הגנים הקשורים לקידוד חלבונים פוטוסינתטיים עברו פסאודוגן או אבדו, מה שתומך באורח החיים ההולופרזיסטי של C. tubulosa. כל ארבעת ה-rRNAs היו מקומיים אוניברסלית באזור SSC. בסך הכל נותרו 24 tRNA, ועד חמישה tRNA אבדו במהלך האבולוציה.

לנתח את המיקום הפילוגנטי שלC. tubulosaבתוך משפחת Orobanchaceae, עץ אבולוציוני מולקולרי נבנה באמצעות 36 מינים. שנים עשר רצפי חלבון משותפים שרשרתו ויושרו באמצעות תוכנית ClustalW (Thompson et al. 2002). העץ הפילוגנטי נבנה באמצעות תוכנת Randomized Accelerated Maximum Likelihood (RAxML) (Stamatakis 2014) וה-ML

השיטה, עם Arabidopsis thaliana ו- Nicotiana tabacum כקבוצות החוץ. העץ הפילוגנטי הראה זאתC. tubulosaו-C. phelypaea קובצו יחד (איור 1).

Cistancheלדסרטיקולה יש השפעות רבות עלכִּליָהמַחֲלָה

הצהרת גילוי

לא דווח על ניגוד עניינים אפשרי על ידי המחבר/ים.

מימון

עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין [81473315, U1812403-1-1], התוכנית הלאומית לחקירות משאבים בסיסיים במדע וטכנולוגיה של סין [2018FY100701], וקרן CAMS Innovation למדעי הרפואה [{{4} }I2M-3-015], אשר מודים בתודה.

הצהרת זמינות נתונים

הנתונים התומכים בממצאי מחקר זה מופקדים ב-GenBank, עם מספרי ההצטרפות MN614130. https://www.ncbi.nlm. nih.gov/nuccore/MN614130.1/.

הפניות

Bankevich A, Nurk S, Antipov D, Gurevich AA, Dvorkin M, Kulikov AS, Lesin VM, Nikolenko SI, Pham S, Prjibelski AD, et al. 2012. SPAdes: אלגוריתם חדש להרכבת גנום ויישומיו לרצף תא בודד. J Comput Biol. 19(5):455–477.

DNA מיטוכונדרי חלק B 2681

Cusimano N, Wicke S. 2016. העברה מסיבית של גנים תוך תאית במהלך הפחתת גנום פלסטידי ב-Orobanchaceae לא ירוקים. פיטול חדש. 210(2):680–693.

Fu Z, Fan X, Wang X, Gao X. 2018. Cistanches Herba: סקירה של תכונת הכימיה, הפרמקולוגיה והפרמקוקינטיקה שלו. J Etnopharmacol. 219:233–247.

Gao Y, Guo LN, Ma SC, Liu J, Zheng J, Zan K. 2019. מחקרים השוואתיים של שלושה מיני Cistanche המבוססים על כרומטוגרמה ספציפית UPLC וקביעת רכיבים עיקריים. Zhongguo Zhong Yao Za Zhi. 44(17):3749–3757.

Grant JR, Stothard P. 2008. שרת ה-CGView: כלי גנומי השוואתי לגנומים מעגליים. Nucleic Acids Res. 36(שרת אינטרנט): W181–W184.

Lewis SE, Searle SMJ, Harris N, Gibson M, Iyer V, Richter J, Wiel C, Bayraktaroglu L, Birney E, Crosby MA, et al. 2002. אפולו: עורך הערות רצף. גנום ביול. 3(12): RESEARCH0082.

Lohse M, Drechsel O, Kahlau S, Bock R. 2013. OrganellarGenomeDRAW-חבילה של כלים להפקת מפות פיזיות של גנומים פלסטידיים ומיטוכונדריים והצגה של מערכי נתוני ביטוי. Nucleic Acids Res. 41 (בעיית שרת אינטרנט): W575–W581.

Morikawa T, Xie H, Pan Y, Ninomiya K, Yuan D, Jia X, Yoshikawa M, Nakamura S, Matsuda H, Muraoka O. 2019. סקירה של מוצרים טבעיים פעילים ביולוגית מצמח מדברי Cistanche tubulosa. Chem Pharm Bull. 67(7):675–689.

Shi L, Chen H, Jiang M, Wang L, Wu X, Huang L, Liu C. 2019. CPGAVAS2, annotator ומנתח משולב של רצף פלסטום. Nucleic Acids Res. 47(W1): W65–W73.

Stamatakis A. 2014. RAxML גרסה 8: כלי לניתוח פילוגנטי ופוסט-אנליזה של פילוגניות גדולות. ביואינפורמטיקה. 30(9): 1312–1313.

Thompson JD, Gibson TJ, Higgins DG. 2002. יישור רצף מרובה באמצעות ClustalW ו-ClustalX. Curr Protoc ביואינפורמטיקה. פרק 2: 2.3.1–2.3.22.

Xi L, Ti-Cao Z, Qin Q, Zhumei R, Jiayuan Z, Takahiro Y, Masami H, Crabbe MJC, Jianqiang L, Yang Z. 2013. רצף הגנום השלם של כלורופלסט של הולופרזיט Cistanche deserticola (Orobanchaceae) חושף אובדן גנים ואופקית העברת גנים מהמארח שלו Haloxylon ammodendron (Chenopodiaceae). PLoS ONE. 8(3): e58747

Yong J, Peng-Fei T. 2009. ניתוח של מרכיבים כימיים ב- Cistanche

מִין. J Chromatogr A. 1216(11):1970–1979.