Kiterjedt génvesztés a holoparazita növény Cistanche Tubulosa (Orobanchaceae) plasztomájában
Mar 04, 2022
Kapcsolatfelvétel: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-mail:audrey.hu@wecistanche.com
Wanqi Xuam, Haimei Chenam, Lixia Tiana, Mei Jianga, Qiaoqiao Yanga, Liqiang Wanga, Bashir Ahmadb és LinFang Huanga aKey
ABSZTRAKT
A parazita növények plasztomáiban kiterjedt fotoszintetikus génvesztés és gyors evolúciós sebesség lép fel. A holoparazita növényCistanche tubulosaAz Orobanchaceae egy fontos gyógyászati erőforrás, amely száraz területeken terjeszthető. Ebben a tanulmányban a C. tubulosa teljes plasztomáját szekvenálták, összeállították és elemezték. A C. tubulosa teljes plasztomája 75 375 bp hosszú volt, amely egy pár fordított ismétlődésből (IR-ek, 6 593 bp), egy nagy, egykópiás régióból (LSC, 32 470 bp) és egy kis egykópiás régióból (SSC, 29 719 bp). 24 ép fehérjét kódoló gént, kilenc pszeudogént és 44 hiányzó gént tartalmazott. Ezenkívül az összes fehérjét kódoló gén, amely a fotoszintézishez és az energiatermeléshez kapcsolódik, pszeudogenizálódott vagy elveszett. Négy rRNS gén és 24 tRNS gén sértetlen volt, míg öt tRNS gén hiányzott. A filogenetikai fa azt jelezte, hogy a C. tubulosa közeli rokonságban áll a C. phelypaeával. Eredményeink javíthatják a parazita növények plasztoma szerveződésének, osztályozásának és evolúciójának megértését.
Az Orobanchaceae egy különleges család, amely minden növekedési szintű növényt magában foglal, beleértve a nem parazita, félparazita és holoparazita növényeket (Xi et al. 2013).Cistanche tubulosa, az Orobanchaceae holoparazita növénye, vizet, valamint szerves és szervetlen tápanyagot szív fel gazdáinak gyökereiből. A Cistanche tubulosa-t hagyományosan tápláló gyógynövényként használják. Számos vegyületet izoláltak a C. tubulosa-ból, köztük feniletanoid glikozidokat, szénhidrátokat, lignánokat, iridoidokat, echinakozidot, verbaszkozidot, klorogénsavat, akteozidot és luteolízist (Yong és Peng-Fei 2009; Fu et al. 2018; Gao et al. . 2019). Ezek az izolált vegyületek bőséges farmakológiai hatást mutattak, például neuroprotektív, immunmoduláló, öregedésgátló, gyulladáscsökkentő, csontritkulás elleni, májvédő, antioxidáns, antibakteriális, daganatellenes és glükóztoleranciát javító hatást. Morikawa et al. 2019). Az Országos Biotechnológiai Információs Központ adatbázisából beszerezhető több mint 3000 autotróf organizmus plasztomához képest a parazita növények plasztomáiról korlátozottak az adatok. A génvesztés jellemzőinek bemutatása és az általános evolúciós folyamatba való új betekintés biztosítása érdekében a C. tubulosa plasztomáját elemeztük.
A C. tubulosa friss pikkelyleveleit a kínai Hotan prefektúrából (Xinjiang Ujgur Autonóm Terület) gyűjtöttük (78○1203600E, 36○1901200N). Az utalványmintákat a Kínai Orvostudományi Akadémia, Peking Union Medical College (IMD) Gyógynövény-fejlesztési Intézetének herbáriumában helyezték letétbe, XJ20170502 nyilvántartási számmal. Körülbelül 500 ng DNS-t használtunk fel egy 400 bp inszert méretű könyvtár létrehozásához, és szekvenáltuk a gyártó HiSeq 4000 platformra vonatkozó utasításai szerint. A tiszta páros végű leolvasásokat a GenBank adatbázisban rögzített növények összes plasztomája ellen szűrtük BLASTn segítségével 1e–5 e-érték határértékkel. A kivont leolvasásokat SPAde-ek (v. 3.10.1) segítségével állították össze (Bankevich et al. 2012). A határrégiót a határrégiót átívelő primerpárok segítségével validáltuk, majd a régiók PCR-amplifikációját és a PCR-termelés Sanger-szekvenálását követtük. A géneket a CpGAVAS2 webszolgáltatás (Shi és mtsai, 2019) segítségével annotáltuk, és manuálisan szerkesztettük az Apollo genomszerkesztővel (Lewis et al. 2002). A plasztom körtérképét OrganellarGenomeDRAW (Lohse et al. 2013) segítségével állítottuk elő, a GC tartalmat pedig CGView Server segítségével elemeztük (Grant és Stothard 2008). Az Orobanchaceae Rehmannia glutinosa (NC_034308) nem parazita növényével összehasonlítva az ismert fehérjekódoló génekhez hasonló, de csonkolt vagy egy vagy több frameshift mutációt tartalmazó géneket pszeudogénnek minősítették (Cusimano és Wicke 2016; Xi et. al. 2013). A genom összeállítási és annotációs eredményeket a GenBankban helyezték el, MN614130 letéti számmal.
A C. tubulosa plasztomája 75 375 bp hosszú volt, és tipikus négyrészes szerkezetet mutatott, beleértve egy pár IR-t (6593 bp), amelyeket LSC (32 470 bp) és SSC (29 719 bp) választ el. A teljes GC tartalom 34,95 százalék volt, az SSC régióban pedig magasabb volt a GC tartalom (38.{10}} százalék ), mint az IR (33,22 százalék ) és az LSC (32.{14}} százalék ) régióban. A C. tubulosa plasztomája 27 ép fehérjét kódoló gént tartott meg, kilenc gén pszeudogénné vált, 44 gén hiányzott teljesen. A fotoszintetikus fehérjéket kódoló összes gén pszeudogenizálódott vagy elveszett, ami alátámasztja a C. tubulosa holoparazita életmódját. Mind a négy rRNS univerzálisan lokalizált az SSC régióban. Összesen 24 tRNS maradt, és legfeljebb öt tRNS veszett el az evolúció során.
Az Orobanchaceae családon belüli C. tubulosa filogenetikai helyzetének elemzésére egy molekuláris evolúciós fát építettünk 36 faj felhasználásával. Tizenkét megosztott fehérjeszekvenciát fűztünk össze és illesztünk egymáshoz a ClustalW program segítségével (Thompson et al. 2002). A filogenetikai fát a Randomized Accelerated Maximum Likelihood (RAxML) szoftverrel (Stamatakis 2014) és az ML módszerrel állítottuk össze, a külső csoportok Arabidopsis thaliana és Nicotiana tabacum voltak. A filogenetikai fa azt mutatta, hogy a C. tubulosa és a C. phelypaea egy csoportba került (1. ábra).
cistanche tea
Hivatkozások
Bankevich A, Nurk S, Antipov D, Gurevich AA, Dvorkin M, Kulikov AS, Lesin VM, Nikolenko SI, Pham S, Prjibelski AD és mások. 2012. SPAdes: új genom-összeállító algoritmus és alkalmazásai az egysejtű szekvenálásban. J Comput Biol. 19(5):455–477.
Cusimano N, Wicke S. 2016. Massive intracelluláris géntranszfer során plasztid genom redukciója nongreen Orobanchaceae. Új Phytol. 210(2):680–693.
Fu Z, Fan X, Wang X, Gao X. 2018.Cistanches Herba: kémiai, farmakológiai és farmakokinetikai tulajdonságainak áttekintése. J Ethnopharmacol. 219:233–247.
Gao Y, Guo LN, Ma SC, Liu J, Zheng J, Zan K. 2019. Három Cistanche faj összehasonlító vizsgálata UPLC-specifikus kromatogramon és főkomponensek meghatározásán alapul. Zhongguo Zhong Yao Za Zhi. 44(17):3749–3757.
Grant JR, Stothard P. 2008. A CGView szerver: összehasonlító genomikai eszköz cirkuláris genomokhoz. Nucleic Acids Res. 36 (Webszerver): W181–W184.
Lewis SE, Searle SMJ, Harris N, Gibson M, Iyer V, Richter J, Wiel C, Bayraktaroglu L, Birney E, Crosby MA stb. 2002. Apollo: szekvencia annotáció szerkesztő. Genome Biol. 3(12): KUTATÁS0082.
Lohse M, Drechsel O, Kahlau S, Bock R. 2013. OrganellarGenomeDRAW – eszközkészlet plasztid és mitokondriális genomok fizikai térképeinek generálására és expressziós adatkészletek megjelenítésére. Nucleic Acids Res. 41 (Webszerver probléma): W575–W581.
Morikawa T, Xie H, Pan Y, Ninomiya K, Yuan D, Jia X, Yoshikawa M, Nakamura S, Matsuda H, Muraoka O. 2019. A sivatagból származó biológiailag aktív természetes termékek áttekintésenövényCistanche tubulosa. Chem Pharm Bull. 67(7):675–689.
Shi L, Chen H, Jiang M, Wang L, Wu X, Huang L, Liu C. 2019. CPGAVAS2, integrált plasztomszekvencia annotátor és analizátor. Nucleic Acids Res. 47 (W1): H65–W73.
Stamatakis A. 2014. RAxML 8-as verzió: eszköz a nagy filogenezisek filogenetikai elemzéséhez és utóelemzéséhez. Bioinformatika. 30(9): 1312–1313.
Thompson JD, Gibson TJ, Higgins DG. 2002. Többszörös szekvencia-illesztés ClustalW és ClustalX használatával. Curr Protoc Bioinformatika. 2. fejezet: 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. A holoparazita teljes kloroplasztisz genomszekvenciájaCistanche deserticola(Orobanchaceae) génvesztést és vízszintes géntranszfert tár fel gazdájából Haloxylon ammodendron (Chenopodiaceae). PLoS One. 8(3):e58747
Yong J, Peng-Fei T. 2009. Cistanche fajok kémiai összetevőinek elemzése. J Chromatogr A. 1216(11):1970–1979.
