Didelis genų praradimas holoparazitinio augalo Cistanche Tubulosa (Orobanchaceae) plastome
Mar 04, 2022
Kontaktai: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 El. paštas:audrey.hu@wecistanche.com
Wanqi Xuam, Haimei Chenam, Lixia Tiana, Mei Jianga, Qiaoqiao Yanga, Liqiang Wanga, Bashir Ahmadb ir LinFang Huanga aKey
SANTRAUKA
Parazitinių augalų plastomose vyksta platus fotosintezės genų praradimas ir greitas evoliucijos greitis. Holoparazitinis augalasCistanche tubulosaOrobanchaceae yra svarbus medicinos šaltinis, platinamas sausringose vietovėse. Šiame tyrime buvo sekvenuota, surinkta ir ištirta visa C. tubulosa plastoma. Bendra C. tubulosa plastoma buvo 75 375 bp ilgio, sudaryta iš apverstų pasikartojimų poros (IR, 6 593 bp), didelės vienos kopijos srities (LSC, 32 470 bp) ir mažos vienos kopijos srities (SSC, 29 719 bp). Jame buvo 24 nepažeisti baltymus koduojantys genai, devyni pseudogenai ir 44 trūkstami genai. Be to, visi baltymus koduojantys genai, susiję su fotosinteze ir energijos gamyba, buvo pseudogenizuoti arba prarasti. Keturi rRNR genai ir 24 tRNR genai buvo nepažeisti, tuo tarpu trūko penkių tRNR genų. Filogenetinis medis parodė, kad C. tubulosa buvo glaudžiai susijusi su C. phelypaea. Mūsų rezultatai gali pagerinti supratimą apie plastomų organizaciją, klasifikaciją ir parazitinių augalų evoliuciją.
Orobanchaceae yra ypatinga šeima, kurią sudaro visų lygių augimo elgsenos augalai, susidedantys iš neparazitinių, pusparazitinių ir holoparazitinių augalų (Xi ir kt., 2013).Cistanche tubulosa, holoparazitinis Orobanchaceae augalas, sugeria vandenį ir organinę bei neorganinę mitybą iš savo šeimininkų šaknų. Cistanche tubulosa tradiciškai naudojama kaip maitinančios žolės. Iš C. tubulosa buvo išskirta daug junginių, įskaitant feniletanoidinius glikozidus, angliavandenius, lignanus, iridoidus, echinakozidą, verbaskozidą, chlorogeno rūgštį, akteozidą ir liuteolizę (Yong ir Peng-Fei 2009; Fu et al. 2018; Gao ir kt. . 2019). Šie izoliuoti junginiai pasižymėjo gausiu farmakologiniu poveikiu, pavyzdžiui, neuroprotekciniu, imunomoduliuojančiu, senėjimą stabdančiu, priešuždegiminiu, anti-osteoporoze, hepatoprotekciniu, antioksidaciniu, antibakteriniu, priešnavikiniu ir gliukozės toleranciją gerinančiu poveikiu. Morikawa ir kt., 2019). Palyginti su daugiau nei 3000 autotrofinių organizmų plastomų, kuriuos galima gauti iš Nacionalinio biotechnologijų informacijos centro duomenų bazės, duomenys iš parazitinių augalų plastomų yra riboti. Norėdami pavaizduoti genų praradimo ypatybes ir suteikti naujų įžvalgų apie bendrą evoliucijos procesą, išanalizavome C. tubulosa plastomą.
Švieži C. tubulosa žvynų lapai buvo surinkti iš Hotano prefektūros (Sindziango Uigūrų autonominis regionas), Kinija (78○1203600E, 36○1901200N). Kuponų pavyzdžiai buvo deponuoti Kinijos medicinos mokslų akademijos Pekino sąjungos medicinos koledžo (IMD) vaistinių augalų plėtros instituto herbariuje, kurių registracijos numeriai yra XJ20170502. Maždaug 500 ng DNR buvo panaudota bibliotekai, kurios intarpo dydis yra 400 bp, sukurti ir sekvenuota pagal gamintojo instrukcijas, skirtas HiSeq 4000 platformai. Švarūs suporuotų galų rodmenys buvo filtruojami prieš visas augalų plastomas, įrašytas į GenBank duomenų bazę, naudojant BLASTn su e-vertės riba 1e–5. Išskirti rodmenys buvo surinkti naudojant SPAdes (v. 3.10.1) (Bankevich ir kt. al. 2012). Ribinė sritis buvo patvirtinta naudojant pradmenų poras, apimančias ribinę sritį, po to regionų PGR amplifikacija ir PGR gamybos Sanger seka. Genai buvo anotuoti naudojant CpGAVAS2 žiniatinklio paslaugą (Shi et al. 2019) ir redaguoti rankiniu būdu naudojant Apollo genomo redaktorių (Lewis ir kt., 2002). Plastomo apskritimo žemėlapis buvo sukurtas naudojant OrganellarGenomeDRAW (Lohse ir kt., 2013), o GC turinys buvo analizuojamas naudojant CGView Server (Grant ir Stothard 2008). Palyginti su neparazitiniu Orobanchaceae Rehmannia glutinosa (NC_034308) augalu, genai, kurie buvo panašūs į žinomus baltymus koduojančius genus, bet buvo sutrumpinti arba turi vieną ar daugiau kadrų poslinkio mutacijų, buvo klasifikuojami kaip pseudogenai (Cusimano ir Wicke 2016; Xi ir kt. al. 2013). Genomo surinkimo ir anotacijų rezultatai buvo deponuoti „GenBank“ su registracijos numeriais MN614130.
C. tubulosa plastoma buvo 75 375 bp ilgio ir rodė tipišką keturšalę struktūrą, įskaitant porą IR (6593 bp), atskirtų LSC (32 470 bp) ir SSC (29 719 bp) sritimis. Bendras GC kiekis buvo 34,95 proc., o SSC regione GC kiekis buvo didesnis (3800 proc.) nei IR (33,22 proc.) ir LSC (32{14}} proc.) regione. C. tubulosa plastoma išlaikė 27 nepažeistus baltymus koduojančius genus, devyni genai tapo pseudogenais, o 44 genų visiškai trūko. Visi genai, susiję su fotosintetinių baltymų kodavimu, buvo pseudogenizuoti arba prarasti, o tai palaiko holoparazitinį C. tubulosa gyvenimo būdą. Visos keturios rRNR buvo visuotinai lokalizuotos SSC regione. Iš viso liko 24 tRNR, o evoliucijos metu buvo prarasta iki penkių tRNR.
Norint išanalizuoti C. tubulosa filogenetinę padėtį Orobanchaceae šeimoje, buvo sukurtas molekulinis evoliucinis medis, naudojant 36 rūšis. Dvylika bendrų baltymų sekų buvo sujungtos ir suderintos naudojant ClustalW programą (Thompson ir kt., 2002). Filogenetinis medis buvo sukurtas naudojant Randomized Accelerated Maximum Likelihood (RAxML) programinę įrangą (Stamatakis 2014) ir ML metodą, kurių išorinės grupės buvo Arabidopsis thaliana ir Nicotiana tabacum. Filogenetinis medis parodė, kad C. tubulosa ir C. phelypaea buvo sugrupuoti (1 pav.).
cistanche arbata
Nuorodos
Bankevich A, Nurk S, Antipov D, Gurevich AA, Dvorkin M, Kulikov AS, Lesin VM, Nikolenko SI, Pham S, Prjibelski AD ir kt. 2012. SPAdes: naujas genomo surinkimo algoritmas ir jo taikymai vienos ląstelės sekos nustatymui. J Comput Biol. 19(5):455–477.
Cusimano N, Wicke S. 2016. Masyvus intracelulinis genų perdavimas plastido genomo mažinimo metu nežaliuose Orobanchaceae. Naujasis Phytol. 210(2):680–693.
Fu Z, Fan X, Wang X, Gao X. 2018 m.Cistanches Herba: jo chemijos, farmakologinės ir farmakokinetikos savybių apžvalga. J Etnopharmacol. 219:233–247.
Gao Y, Guo LN, Ma SC, Liu J, Zheng J, Zan K. 2019. Trijų Cistanche rūšių lyginamieji tyrimai remiantis UPLC specifine chromatograma ir pagrindinių komponentų nustatymu. Zhongguo Zhong Yao Za Zhi. 44(17):3749–3757.
Grant JR, Stothard P. 2008. CGView serveris: lyginamoji genomikos priemonė žiediniams genomams. Nucleic Acids Res. 36 (žiniatinklio serveris): W181–W184.
Lewis SE, Searle SMJ, Harris N, Gibson M, Iyer V, Richter J, Wiel C, Bayraktaroglu L, Birney E, Crosby MA ir kt. 2002. Apollo: sekos anotacijų redaktorius. Genome Biol. 3(12): TYRIMAS0082.
Lohse M, Drechsel O, Kahlau S, Bock R. 2013. OrganellarGenomeDRAW – įrankių rinkinys, skirtas fiziniams plastidų ir mitochondrijų genomų žemėlapiams generuoti ir raiškos duomenų rinkiniams vizualizuoti. Nucleic Acids Res. 41 (žiniatinklio serverio problema): W575–W581.
Morikawa T, Xie H, Pan Y, Ninomiya K, Yuan D, Jia X, Yoshikawa M, Nakamura S, Matsuda H, Muraoka O. 2019. Biologiškai aktyvių natūralių produktų iš dykumos apžvalgaaugalasCistanche tubulosa. Chem Pharm Bull. 67(7):675–689.
Shi L, Chen H, Jiang M, Wang L, Wu X, Huang L, Liu C. 2019. CPGAVAS2, integruotas plastomų sekos anotatorius ir analizatorius. Nucleic Acids Res. 47(W1): W65–W73.
Stamatakis A. 2014. RAxML versija 8: stambių filogenijų filogenetinės analizės ir postanalizės įrankis. Bioinformatika. 30(9): 1312–1313.
Thompson JD, Gibson TJ, Higgins DG. 2002. Kelių sekų derinimas naudojant ClustalW ir ClustalX. Curr Protoc Bioinformatika. 2 skyrius: 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. Pilna holoparazito chloroplasto genomo sekaCistanche deserticola(Orobanchaceae) atskleidžia genų praradimą ir horizontalų genų perkėlimą iš šeimininko Haloxylon ammodendron (Chenopodiaceae). PLoS One. 8(3):e58747
Yong J, Peng-Fei T. 2009. Cistanche rūšių cheminių sudedamųjų dalių analizė. J Chromatogr A. 1216(11):1970–1979.
