Opsežan gubitak gena u plastomu holoparazitske biljke Cistanche Tubulosa (Orobanchaceae)

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

Da citiraju ovaj članak: 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 i LinFang Huanga

Ključna istraživačka laboratorija za zaštitu resursa tradicionalne kineske medicine od Ministarstva obrazovanja, Inženjerski istraživački centar resursa kineske medicine, Nacionalna uprava za tradicionalnu kinesku medicinu, Institut za razvoj ljekovitog bilja, Kineska akademija medicinskih nauka, Peking Union Medical College, Peking, Kina; bolje za biotehnologiju i mikrobiologiju, Univerzitet u Pešavaru, Pešavar, Pakistan

SAŽETAK

Veliki gubitak fotosintetskih gena i brza brzina evolucije javljaju se u plastomesima parazitskih biljaka. Holoparazitska biljkaCistanche tubulosaOrobanchaceae je važan medicinski resurs koji je rasprostranjen u sušnim područjima. U ovoj studiji, kompletan plastom odC. tubulosaje sekvencioniran, sastavljen i analiziran. Ukupni plastome odC. tubulosabio je dug 75.375 bp, koji se sastojao od para obrnutih ponavljanja (IRs, 6.593 bp), velikog regiona sa jednom kopijom (LSC, 32.470 bp) i malog regiona sa jednom kopijom (SSC, 29.719 bp). Sadržao je 24 intaktna gena za kodiranje proteina, devet pseudogena i 44 gena koja nedostaju. Osim toga, svi geni koji kodiraju proteine, a koji su bili povezani s fotosintezom i proizvodnjom energije, bili su pseudogenizirani ili izgubljeni. Četiri rRNA gena i 24 tRNA gena su netaknuta, dok je nedostajalo pet gena tRNA. Filogenetsko stablo je na to ukazivaloC. tubulosabio je usko povezan sa C. phelypaea. Naši rezultati mogu poboljšati razumijevanje organizacije plastoma, klasifikacije i evolucije parazitskih biljaka.

Za više informacija kontaktirajte:Joanna.jia@wecistanche.com

Cistanche deserticola ima mnogo efekata, kliknite ovde da saznate više

Orobanchaceae je posebna porodica koja obuhvata sve biljke koje se ponašaju na nivou rasta koje se sastoje od neparazitskih, hemiparazitskih i holoparazitskih biljaka (Xi et al. 2013).Cistanchetubulosa, holoparazitska biljka Orobanchaceae, upija vodu i organsku i neorgansku ishranu iz korijena svojih domaćina.Cistanche tubulosatradicionalno se koristi kao hranljivo bilje. Iz C. tubulosa je izolovano mnogo jedinjenja, uključujući feniletanoidne glikozide, ugljene hidrate, lignane, iridoide,echinacoside, verbascoside, hlorogena kiselina, akteozid i luteoliza (Yong i Peng-Fei 2009; Fu et al. 2018; Gao et al. 2019). Ova izolovana jedinjenja su pokazala obilne farmakološke efekte, kao što su neuroprotektivni, imunomodulatorni, anti-senescencijski, protuupalni, anti-osteoporozni, hepatoprotektivni, antioksidativni, antibakterijski, antitumorski i efekti poboljšanja tolerancije glukoze ( Morikawa i dr. 2019.). U poređenju sa više od 3000 plastoma autotrofnih organizama koji se mogu dobiti iz baze podataka Nacionalnog centra za biotehnološku informaciju, podaci iz plastoma parazitskih biljaka su ograničeni. Da bismo prikazali karakteristike gubitka gena i pružili novi uvid u cjelokupni evolucijski proces, analizirali smo plastome C. tubulosa.

Cistanchedeserticola ima mnogo efekata naimunsistem

Svježi listovi ljuskeC. tubulosaprikupljeni su iz prefekture Hotan (Autonomna regija Xinjiang Uygur), Kina (78○1203600E, 36○1901200N). Uzorci vaučera deponovani su u herbarijum Instituta za razvoj lekovitog bilja, Kineske akademije medicinskih nauka, Peking Union Medical College (IMD), sa pristupnim brojevima XJ20170502. Otprilike 500 ng DNK je korišteno za konstruiranje biblioteke s veličinom umetanja od 400 bp i sekvencionirano prema uputama proizvođača za HiSeq 4000 platformu. Čista očitavanja uparenih krajeva filtrirana su na sve plastome biljaka zabilježenih u bazi podataka GenBank korištenjem BLASTn-a sa vrijednošću od 1e — 5. Izvučena očitanja su sastavljena pomoću SPAdes-a (v. 3.10.1) (Bankevich et al. 2012). Granični region je validiran korišćenjem parova prajmera koji obuhvataju granični region, nakon čega je usledila PCR amplifikacija regiona i Sanger sekvenciranje PCR proizvodnje. Geni su označeni korištenjem web servisa CpGAVAS2 (Shi et al. 2019) i uređivani ručno pomoću uređivača genoma Apollo (Lewis et al. 2002). Mapa kruga plastoma generisana je korišćenjem OrganellarGenomeDRAW (Lohse et al. 2013), a GC sadržaj je analiziran pomoću CGView servera (Grant i Stothard 2008). U poređenju sa neparazitskom biljkom

Acteosideincistanchezdravlje tubulosabenifits

Orobanchaceae Rehmannia glutinosa (NC_034308), geni koji su bili slični poznatim genima za kodiranje proteina, ali su skraćeni ili sadržavali jednu ili više mutacija sa pomakom okvira, klasificirani su kao pseudogeni (Cusimano i Wicke 2016; Xi et al. 2013). Sklop genoma i rezultati napomena deponovani su u GenBank, sa pristupnim brojevima MN614130.

Plastome ofC. tubulosabio je dug 75,375 bp i pokazao je tipičnu kvadripartitnu strukturu, uključujući par IR (6593 bp) razdvojenih LSC (32,470 bp) i SSC (29,719 bp) regiona. Ukupni GC sadržaj je bio 34,95 posto i SSC regija je imala veći GC sadržaj (38.00 posto) od IR (33,22 posto) i LSC (32.86 posto) regiona. Plastome ofC. tubulosazadržao je 27 intaktnih gena koji kodiraju proteine, devet gena je postalo pseudogeno, a 44 gena su potpuno nedostajala. Svi geni koji se odnose na kodiranje fotosintetskih proteina su pseudogenizirani ili izgubljeni, što podržava holoparazitski način života C. tubulosa. Sve četiri rRNA su univerzalno lokalizirane u SSC regiji. Ukupno su ostale 24 tRNK, a do pet tRNA je izgubljeno tokom evolucije.

Analizirati filogenetski položajC. tubulosaunutar porodice Orobanchaceae, konstruirano je molekularno evolucijsko stablo koristeći 36 vrsta. Dvanaest zajedničkih proteinskih sekvenci je spojeno i poravnato korišćenjem ClustalW programa (Thompson et al. 2002). Filogenetsko stablo je konstruirano korištenjem softvera Randomized Accelerated Maximum Likelihood (RAxML) (Stamatakis 2014) i ML

metodom, sa Arabidopsis thaliana i Nicotiana tabacum kao vanjskim grupama. Filogenetsko stablo je to pokazaloC. tubulosai C. phelypaea su grupisane zajedno (Slika 1).

Cistanchedeserticola ima mnogo efekata nabubregbolest

Izjava o objelodanjivanju

Autor(i) nije prijavio potencijalni sukob interesa.

Finansiranje

Ovaj rad su podržali Kineska Nacionalna fondacija za prirodne nauke [81473315, U1812403-1-1], Kineski nacionalni program za istraživanje osnovnih resursa nauke i tehnologije [2018FY100701] i CAMS Inovacijski fond za medicinske nauke [{{4} }I2M-3-015], na čemu se zahvaljujemo.

Izjava o dostupnosti podataka

Podaci koji podržavaju nalaze ove studije deponovani su u GenBank, sa pristupnim brojevima MN614130. https://www.ncbi.nlm. nih.gov/nuccore/MN614130.1/.

Reference

Bankevich A, Nurk S, Antipov D, Gurevich AA, Dvorkin M, Kulikov AS, Lesin VM, Nikolenko SI, Pham S, Prjibelski AD, et al. 2012. SPAdes: novi algoritam za sklapanje genoma i njegove primjene na jednoćelijsko sekvenciranje. J Comput Biol. 19(5):455–477.

MITOHONDRIJALNA DNK DIO B 2681

Cusimano N, Wicke S. 2016. Masivni intracelularni prijenos gena tokom redukcije genoma plastida u nezelenim Orobanchaceae. New Phytol. 210(2):680–693.

Fu Z, Fan X, Wang X, Gao X. 2018. Cistanches Herba: pregled njegove hemije, farmakologije i farmakokinetike. J Ethnopharmacol. 219:233–247.

Gao Y, Guo LN, Ma SC, Liu J, Zheng J, Zan K. 2019. Komparativne studije tri vrste Cistanche na osnovu UPLC specifičnog hromatograma i određivanja glavnih komponenti. Zhongguo Zhong Yao Za Zhi. 44(17):3749–3757.

Grant JR, Stothard P. 2008. CGView Server: komparativni genomički alat za kružne genome. Nukleinske kiseline Res. 36 (Web server): 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. Apollo: uređivač napomena sekvence. Genome Biol. 3(12): ISTRAŽIVANJE0082.

Lohse M, Drechsel O, Kahlau S, Bock R. 2013. OrganellarGenomeDRAW – paket alata za generiranje fizičkih mapa genoma plastida i mitohondrija i vizualizaciju skupova podataka ekspresije. Nukleinske kiseline Res. 41 (problem sa web serverom): W575–W581.

Morikawa T, Xie H, Pan Y, Ninomiya K, Yuan D, Jia X, Yoshikawa M, Nakamura S, Matsuda H, Muraoka O. 2019. Pregled biološki aktivnih prirodnih proizvoda iz pustinjske biljke 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, integrirani anotator i analizator sekvence plastoma. Nukleinske kiseline Res. 47(W1): W65–W73.

Stamatakis A. 2014. RAxML verzija 8: alat za filogenetičku analizu i post-analizu velikih filogenija. Bioinformatika. 30(9): 1312–1313.

Thompson JD, Gibson TJ, Higgins DG. 2002. Višestruko poravnanje sekvenci koristeći ClustalW i ClustalX. Curr Protoc Bioinformatics. Poglavlje 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. Kompletna sekvenca genoma kloroplasta holoparazita Cistanche deserticola (Orobanchaceae) otkriva gubitak gena i horizontalno prijenos gena sa svog domaćina Haloxylon ammodendrona (Chenopodiaceae). PLoS One. 8(3):e58747

Yong J, Peng-Fei T. 2009. Analiza hemijskih sastojaka u Cistancheu

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