Ulatuslik geenikadu holoparasiitse taime Cistanche Tubulosa (Orobanchaceae) plastoomis
Mar 04, 2022
Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-post:audrey.hu@wecistanche.com
Wanqi Xuam, Haimei Chenam, Lixia Tiana, Mei Jianga, Qiaoqiao Yanga, Liqiang Wanga, Bashir Ahmadb ja LinFang Huanga aKey
ABSTRAKTNE
Parasiittaimede plastoomides esineb ulatuslik fotosünteesi geenikadu ja kiire evolutsioonikiirus. Holoparasiitne taimCistanche tubulosaOrobanchaceae on oluline meditsiiniline ressurss, mida levitatakse kuivades piirkondades. Selles uuringus on järjestatud, kokku pandud ja analüüsitud C. tubulosa täielik plastoom. C. tubulosa kogu plastoom oli 75 375 aluspaari pikkune, mis koosnes paarist ümberpööratud kordustest (IR, 6593 bp), suurest ühekoopialisest piirkonnast (LSC, 32 470 bp) ja väikesest ühe koopia piirkonnast (SSC, 29 719 aluspaari). See sisaldas 24 puutumatut valku kodeerivat geeni, üheksat pseudogeeni ja 44 puuduvat geeni. Lisaks pseudogeniseeriti või kadusid kõik valke kodeerivad geenid, mis olid seotud fotosünteesi ja energiatootmisega. Neli rRNA geeni ja 24 tRNA geeni olid puutumata, samas kui viis tRNA geeni puudusid. Fülogeneetiline puu näitas, et C. tubulosa oli tihedalt seotud C. phelypaeaga. Meie tulemused võivad parandada arusaamist parasiittaimede plastoomide organisatsioonist, klassifikatsioonist ja arengust.
Orobanchaceae on eriline perekond, mis hõlmab kõiki kasvukäitumisega taimi, mis koosnevad mitteparasiitsetest, hemiparasiitsetest ja holoparasiitsetest taimedest (Xi et al. 2013).Cistanche tubulosa, Orobanchaceae holoparasiitne taim, imab vett ning orgaanilist ja anorgaanilist toitainet oma peremeeste juurtest. Cistanche tubulosa’t kasutatakse traditsiooniliselt toitvate ürtidena. C. tubulosast on eraldatud palju ühendeid, sealhulgas fenüületanoidglükosiide, süsivesikuid, lignaane, iridoide, ehhinakosiid, verbaskosiidi, klorogeenhapet, akteosiid ja luteolüüsi (Yong ja Peng-Fei 2009; Fu et al. 2018; Gao et al. . 2019). Nendel isoleeritud ühenditel on olnud rohkesti farmakoloogilisi toimeid, nagu neuroprotektiivne, immunomoduleeriv, vananemisvastane, põletikuvastane, osteoporoosivastane, hepatoprotektiivne, antioksüdatiivne, antibakteriaalne, kasvajavastane ja glükoositaluvust parandav toime. Morikawa jt 2019). Võrreldes enam kui 3000 autotroofsete organismide plastoomiga, mida saab riiklikust biotehnoloogiateabe keskuse andmebaasist, on parasiittaimede plastoomide andmed piiratud. Et kujutada geenikadude tunnuseid ja anda uusi teadmisi üldisest evolutsiooniprotsessist, analüüsisime C. tubulosa plastoomi.
C. tubulosa värsked soomuslehed koguti Hotani prefektuurist (Xinjiangi Uiguuri autonoomne piirkond), Hiina (78○1203600E, 36○1901200N). Voucheri näidised deponeeriti Pekingi Liidu meditsiinikolledži (IMD) Hiina Meditsiiniteaduste Akadeemia ravimtaimede arendamise instituudi herbaariumi registreerimisnumbritega XJ20170502. Ligikaudu 500 ng DNA-d kasutati 400 bp inserdi suuruse raamatukogu konstrueerimiseks ja sekveneeriti vastavalt tootja juhistele HiSeq 4000 platvormi jaoks. Puhtad paarisotsa lugemised filtreeriti kõigi GenBanki andmebaasi salvestatud taimede plastoomide vastu, kasutades BLASTn-i e-väärtuse piirväärtusega 1e–5. Ekstraheeritud lugemised pandi kokku SPAde (v. 3.10.1) abil (Bankevich et al. 2012). Piirpiirkond valideeriti, kasutades praimeripaare, mis katavad piiripiirkonda, millele järgnes piirkondade PCR amplifikatsioon ja PCR produktsiooni Sangeri sekveneerimine. Geenid märgiti CpGAVAS2 veebiteenuse (Shi et al. 2019) abil ja redigeeriti käsitsi Apollo genoomiredaktoriga (Lewis et al. 2002). Plastoomi ringkaart genereeriti OrganellarGenomeDRAW abil (Lohse et al. 2013) ja GC sisu analüüsiti CGView Serveriga (Grant ja Stothard 2008). Võrreldes mitteparasiitse taimega Orobanchaceae Rehmannia glutinosa (NC_034308) klassifitseeriti pseudogeenideks geenid, mis sarnanesid teadaolevate valke kodeerivate geenidega, kuid olid kärbitud või sisaldasid ühte või mitut kaadrinihke mutatsiooni (Cusimano ja Wicke 2016; Xi et al. 2013). Genoomi kokkupaneku ja annotatsiooni tulemused deponeeriti GenBanki registreerimisnumbritega MN614130.
C. tubulosa plastoom oli 75 375 aluspaari pikkune ja sellel oli tüüpiline neljapoolne struktuur, sealhulgas paar IR-i (6593 aluspaari), mis olid eraldatud LSC (32 470 aluspaari) ja SSC (29 719 aluspaari) piirkonnaga. GC kogusisaldus oli 34,95 protsenti ja SSC piirkonnas oli GC sisaldus kõrgem (38.00 protsenti ) kui IR (33,22 protsenti) ja LSC (32.{14}} protsenti) piirkonnas. C. tubulosa plastoom säilitas 27 puutumatut valku kodeerivat geeni, üheksa geeni muutusid pseudogeenideks ja 44 geeni puudus täielikult. Kõik fotosünteetiliste valkude kodeerimisega seotud geenid pseudogeniseeriti või kadusid, mis toetab C. tubulosa holoparasiitilist elustiili. Kõik neli rRNA-d paiknesid üldiselt SSC piirkonnas. Kokku jäi alles 24 tRNA-d ja kogu evolutsiooni käigus kadus kuni viis tRNA-d.
C. tubulosa fülogeneetilise positsiooni analüüsimiseks Orobanchaceae perekonnas konstrueeriti 36 liigist koosnev molekulaarne evolutsioonipuu. Kaksteist jagatud valgujärjestust ühendati ja joondati, kasutades ClustalW programmi (Thompson et al. 2002). Fülogeneetiline puu konstrueeriti Randomized Accelerated Maximum Likelihood (RAxML) tarkvara (Stamatakis 2014) ja ML-meetodi abil, kusjuures välirühmadeks olid Arabidopsis thaliana ja Nicotiana tabacum. Fülogeneetiline puu näitas, et C. tubulosa ja C. phelypaea olid rühmitatud (joonis 1).
cistanche tee
Viited
Bankevich A, Nurk S, Antipov D, Gurevich AA, Dvorkin M, Kulikov AS, Lesin VM, Nikolenko SI, Pham S, Prjibelski AD jt. 2012. SPAdes: uus genoomi kokkupaneku algoritm ja selle rakendused üherakulise järjestuse määramisel. J Comput Biol. 19(5):455–477.
Cusimano N, Wicke S. 2016. Massiivne intratsellulaarne geeniülekanne plastiidi genoomi vähendamisel mitterohelistes Orobanchaceae'is. Uus Phytol. 210(2):680–693.
Fu Z, Fan X, Wang X, Gao X. 2018.Cistanches Herba: ülevaade selle keemilistest, farmakoloogilistest ja farmakokineetika omadustest. J Etnopharmacol. 219:233–247.
Gao Y, Guo LN, Ma SC, Liu J, Zheng J, Zan K. 2019. Kolme Cistanche liigi võrdlevad uuringud UPLC spetsiifilise kromatogrammi ja põhikomponentide määramise põhjal. Zhongguo Zhong Yao Za Zhi. 44(17):3749–3757.
Grant JR, Stothard P. 2008. CGView server: võrdlev genoomika tööriist ringgenoomide jaoks. Nucleic Acids Res. 36 (veebiserver): W181–W184.
Lewis SE, Searle SMJ, Harris N, Gibson M, Iyer V, Richter J, Wiel C, Bayraktaroglu L, Birney E, Crosby MA jt. 2002. Apollo: jada annotatsiooni toimetaja. Genome Biol. 3(12): UURIMUS0082.
Lohse M, Drechsel O, Kahlau S, Bock R. 2013. OrganellarGenomeDRAW-tööriistade komplekt plastiidide ja mitokondriaalsete genoomide füüsiliste kaartide genereerimiseks ja ekspressiooniandmete kogumite visualiseerimiseks. Nucleic Acids Res. 41 (veebiserveri probleem): W575–W581.
Morikawa T, Xie H, Pan Y, Ninomiya K, Yuan D, Jia X, Yoshikawa M, Nakamura S, Matsuda H, Muraoka O. 2019. Ülevaade bioloogiliselt aktiivsetest loodustoodetest kõrbesttaimCistanche tubulosa. Chem Pharm Bull. 67(7):675–689.
Shi L, Chen H, Jiang M, Wang L, Wu X, Huang L, Liu C. 2019. CPGAVAS2, integreeritud plastoomijärjestuse annotaator ja analüsaator. Nucleic Acids Res. 47 (1): 65–73.
Stamatakis A. 2014. RAxML versioon 8: tööriist suurte fülogeneeside fülogeneetiliseks analüüsiks ja järelanalüüsiks. Bioinformaatika. 30(9): 1312–1313.
Thompson JD, Gibson TJ, Higginsi peadirektoraat. 2002. Mitme järjestuse joondamine ClustalW ja ClustalX abil. Curr Protoc Bioinformaatika. 2. peatükk: 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. Holoparasiidi täielik kloroplasti genoomi järjestusCistanche deserticola(Orobanchaceae) näitab geenikadu ja horisontaalset geeniülekannet peremeesorganismilt Haloxylon ammodendron (Chenopodiaceae). PLoS One. 8(3):e58747
Yong J, Peng-Fei T. 2009. Cistanche liikide keemiliste koostisosade analüüs. J Chromatogr A. 1216(11):1970–1979.