Ulatuslik geenikadu holoparasiitse taime Cistanche Tubulosa (Orobanchaceae) plastoomis

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

Selle artikli tsiteerimiseks: 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 ja LinFang Huanga

aKey Traditsioonilise Hiina meditsiini ressursside uurimislabor Haridusministeeriumi kaitse, Hiina meditsiini inseneriuuringute keskus, traditsioonilise hiina meditsiini riiklik administratsioon, ravimtaimede arendamise instituut, Hiina meditsiiniteaduste akadeemia, Pekingi liidu meditsiinikolledž, Peking, Hiina; parem biotehnoloogia ja mikrobioloogia jaoks, Peshawari ülikool, Peshawar, Pakistan

ABSTRAKTNE

Parasiittaimede plastoomides esineb ulatuslik fotosünteesi geenikadu ja kiire evolutsioonikiirus. Holoparasiitne taimCistanche tubulosaOrobanchaceae on oluline meditsiiniline ressurss, mida levitatakse kuivades piirkondades. Selles uuringus on täielik plastoomC. tubulosaon järjestatud, kokku pandud ja analüüsitud. Kogu plastoomC. tubulosaoli 75 375 bp pikkune, mis koosnes paarist ümberpööratud kordustest (IR, 6593 bp), suurest ühekoopialisest piirkonnast (LSC, 32 470 bp) ja väikesest ühe koopia piirkonnast (SSC, 29 719 bp). 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 sedaC. tubulosaoli tihedalt seotud C. phelypaeaga. Meie tulemused võivad parandada arusaamist parasiittaimede plastoomide organisatsioonist, klassifikatsioonist ja arengust.

Lisateabe saamiseks võtke ühendust:Joanna.jia@wecistanche.com

Cistanche deserticolal on palju mõjusid, lisateabe saamiseks klõpsake siin

Orobanchaceae on eriline perekond, mis hõlmab kõiki kasvukäitumisega taimi, mis koosnevad mitteparasiitsetest, hemiparasiitsetest ja holoparasiitsetest taimedest (Xi et al. 2013).Cistanchetubulosa, Orobanchaceae holoparasiitne taim, imab vett ning orgaanilist ja anorgaanilist toitu oma peremeeste juurtest.Cistanche tubulosakasutatakse traditsiooniliselt toitvate ürtidena. C. tubulosast on eraldatud palju ühendeid, sealhulgas fenüületanoidglükosiide, süsivesikuid, lignaane, iridoide,ehhinakosiid, verbascoside, klorogeenhape, akteosiid ja luteolüüs (Yong ja Peng-Fei 2009; Fu et al. 2018; Gao jt 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.

Cistanchedeserticolal on palju mõjusidimmuunnesüsteem

Värsked soomuslehedC. tubulosakoguti Hotani prefektuurist (Xinjiangi Uiguuri autonoomne piirkond), Hiina (78○1203600E, 36○1901200N). Voucheri näidised deponeeriti Hiina Meditsiiniteaduste Akadeemia, Peking Unioni meditsiinikolledži (IMD) 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 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

Akteosiidsissecistanchetubulosa terviskasu

Orobanchaceae Rehmannia glutinosa (NC_034308), geenid, mis sarnanesid teadaolevate valke kodeerivate geenidega, kuid olid kärbitud või sisaldasid üht või mitut kaadrinihke mutatsiooni, klassifitseeriti pseudogeenideks (Cusimano ja Wicke 2016; Xi et al. 2013). Genoomi kokkupaneku ja annotatsiooni tulemused deponeeriti GenBanki registreerimisnumbritega MN614130.

plastoomC. tubulosaoli 75 375 aluspaari pikkune ja sellel oli tüüpiline neljapoolne struktuur, sealhulgas paar IR-i (6593 aluspaari), mis olid eraldatud LSC (32 470 bp) ja SSC (29 719 bp) 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. plastoomC. tubulosasäilitas 27 puutumatut valku kodeerivat geeni, üheksa geeni muutusid pseudogeenideks ja 44 geeni puudusid 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.

Analüüsida fülogeneetilist asenditC. tubulosaOrobanchaceae perekonnas konstrueeriti molekulaarne evolutsioonipuu, kasutades 36 liiki. 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 abil.

meetodil, kusjuures välisrühmadena on Arabidopsis thaliana ja Nicotiana tabacum. Fülogeneetiline puu näitas sedaC. tubulosaja C. phelypaea rühmitati kokku (joonis 1).

Cistanchedeserticolal on palju mõjusidneerudhaigus

Avalikustamisavaldus

Autor(id) ei teatanud võimalikust huvide konfliktist.

Rahastamine

Seda tööd toetasid Hiina riiklik loodusteaduste fond [81473315, U1812403-1-1], Hiina riiklik teaduse ja tehnoloogia põhiressursside uurimisprogramm [2018FY100701] ja CAMSi meditsiiniteaduste innovatsioonifond [{{4} }I2M-3-015], mida täname.

Andmete kättesaadavuse avaldus

Selle uuringu tulemusi toetavad andmed on hoiustatud GenBanki registreerimisnumbritega MN614130. https://www.ncbi.nlm. nih.gov/nuccore/MN614130.1/.

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.

MITOKONDRIALNE DNA OSA B 2681

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 keemiast, farmakoloogiast ja farmakokineetikast. 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 looduslikest toodetest kõrbetaimest 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, 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. Täielik holoparasiidi Cistanche deserticola (Orobanchaceae) kloroplasti genoomi järjestus paljastab geenikaotuse ja horisontaalse geeniülekanne selle peremehelt Haloxylon ammodendron (Chenopodiaceae). PLoS One. 8(3):e58747

Yong J, Peng-Fei T. 2009. Cistanche keemiliste koostisosade analüüs

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