2. DIO Regulatorni odnos između varijacije kvaliteta i okoliša Cistanche Deserticola u tri ekotipa na osnovu analize mikrobioma tla
Mar 03, 2022
Za više informacija kontaktirajte:Joanna.jia@wecistanche.com
korelacije među ključnim obiljem mikrobne zajednice, sadržajem PhGs i ekološkim faktorima.Redundantna analiza jezgra, obilja mikrobioma biomarkera, sadržaja PhGs i ekoloških faktora izvršena je na nivou reda, a reanaliza je izvršena na osnovu efekata. Prilagođena interpretacija varijanse iznosila je 82,70 posto (Tabela S7). Spingomonadales je objasnio 45,7 posto sadržaja PhGs (p=0.002). Pseudonocardiales je objasnio 22,4 posto sadržaja PhGs (p=0.01). 2′-acetilakteozid je značajno pozitivno korelirao sa Pseudonocardiales i Oceanospirillales i negativno korelirao sa Sphingomonadales (slika 5a). Ehinakozid je bio značajno pozitivan na Sphingomonadales.
Cistancheekstrakt može spriječitiAlchajmerova bolestbolest
Korelaciona analiza je sprovedena za obilje biomarkera,PhGsadržaj (Sl. S3 i Tabela S5), i ekološki faktori (Tabela S6). Rezultati korelacionih mreža (slika 5b) otkrili su da je 2′-acetilakteozid u značajnoj pozitivnoj korelaciji sa Oceanospirillales, Rhizobiales i Thiotrichales, dok je u negativnoj korelaciji sa Pseudonocardiales i Nitrosomonadales u svim uzorcima tla. Toplotna mapa (sl. 5c–e) otkrila je da je A pored stola negativno korelirao s prosječnim godišnjim pritiskom vodene pare u fiziološkom alkalnomkorelacije među ključnim obiljem mikrobne zajednice, sadržajem PhGs i ekološkim faktorima.Suvišna analiza jezgra, obilje mikrobioma biomarkera,PhGssadržaja, i ekoloških faktora izvršena je na nivou reda, a reanaliza je izvršena na osnovu efekata. Prilagođena interpretacija varijanse iznosila je 82,70 posto (Tabela S7). Spingomonadales je objasnio 45,7 posto sadržaja PhGs (p=0.002). Pseudonocardiales je objasnio 22,4 posto sadržaja PhGs (p=0.01). 2′-acetilakteozid je značajno pozitivno korelirao sa Pseudonocardiales i Oceanospirillales i negativno korelirao sa Sphingomonadales (slika 5a). Ehinakozid je bio značajno pozitivan na Sphingomonadales.
Korelaciona analiza je sprovedena za biomarker abun I land. U međuvremenu, cistanozid A bio je u značajnoj pozitivnoj korelaciji sa Micrococcales i negativnom korelacijom sa Rhizobiales u slano-alkalnom zemljištu (slika 5c). Na travnjacima, 2′-acetillakteozid je imao negativnu korelaciju sa prosječnom godišnjom temperaturom (slika 5d). U pjeskovitom zemljištu, tubulozid A je imao negativnu korelaciju sa Nitrosomonadales (slika 5e).
prediktivnu funkciju bakterijskog mikrobioma u tri ekotipa C. deserticola.Funkcionalni profili bakterijskog mikrobioma su predviđeni na osnovu broja kopija gena 16S rRNA dešifrovanih bakterijskih taksona koristeći Tax4Fun prema KEGG Ortholog grupama (KOs). Rezultati funkcionalnog predviđanja (slika 6) pokazali su da je funkcionalni metabolizam mikrobioma tla u tri ekotipa C. deserticola identičan. Među metabolizmima, ugljikohidrati, aminokiseline, kofaktori, vitamini i metabolizam energije bili su u izobilju. Membranski transport i transdukcija signala također su bili u izobilju u obradi informacija o okolišu.
Cistancheekstrakt imaprotuupalnosvojstva
Diskusija
Naš prethodni rad je pokazao da se sekvenca psbA okreta i 2′-acetilakteozid mogu koristiti kao molekularni i hemijski markeri za razlikovanjeC. deserticaiz Xinjianga i Unutrašnje Mongolije27. Terenskim istraživanjima smo otkrili da C. desertica naseljava uglavnom tri tipa staništa, uključujući slano-alkalno zemljište kod jezera Ebinur, pješčano zemljište oko Alexa lige i srednje pustinjske travnjake. Metabolički profili tri ekotipa C. desertica su također pokazali da se 2′-acetilakteozid može koristiti kao hemijski marker za razlikovanje tri ekotipa1. Razgovarali smo o varijaciji kvaliteta C. deserticola i mehanizmu njegovog formiranja s obzirom na dimenzije nasljeđa, metabolizma i klimatskih faktora. Stoga, iz mikro perspektive, analiza korelacione mreže
obilje mikrobioma,PhGssadržaji i ekološki faktori su provedeni kako bi se rasvijetlila karakteristika mikrobne zajednice tla tri ekotipaC. deserticolai njihov odnos sa varijacijama kvaliteta.
vode. Osim toga, Bacillalescan proizvodi bogate metaboličke proizvode za sintetizaciju raznih organskih kiselina, enzima, fizioloških aktivnosti i drugih supstanci, kao i niz drugih nutrijenata koji se mogu lako iskoristiti33. Zajedničke ekološke karakteristike tri ekotipa C. deserticolasu suša i dezertifikacija tla. Tlo oko jezera Ebinur je takođe praćeno slano-alkalnim stresom. To može biti razlog da osnovne mikrobne zajednice tla tri ekotipa imaju određene karakteristike suše, otpornosti na sol, alkalne otpornosti i otpornosti na stres.
Cistancheekstrakt može odoletiradijacije
Mikrobni faktori koji utiču na varijaciju PhG u tri ekotipa C. deserticola.Slika S3 prikazuje okvirni dijagram sadržaja PhG u tri ekotipa C. deserticola. Slika otkriva da je sadržaj 2′-acetilakteozida veći u zaslanjenim alkalnim zemljištima nego u travnjacima i pješčanim zemljištima, što je u skladu s prethodnim rezultatima1. Redundantna analiza i rezultati mreže asocijacija pokazuju da je Oceanospirillales značajno pozitivno koreliran sa 2'-acetilakteozidom. Oceanospirillales, najviši biomarker u smislu LDA rezultata u slano-alkalnom zemljištu, posebno su obogaćeni. Ove bakterije su metabolički i morfološki raznolike, od kojih neke mogu rasti u prisutnosti kisika, dok je drugima potrebna anaerobna sredina34. Oceanospirillales su red Proteobacteria koji se sastoji od dvije porodice. Morski spiril je često endosimbiont crva koji jedu kosti (Osedax)35. Većina Oceanospirillales preferira ili zahtijeva visoku koncentraciju soli za rast. Unatoč rastu u različitim nišama, Oceanospirillales crpe energiju razgradnjom raznih organskih proizvoda. Stoga su visoki salinitet i alkalnost glavni razlozi za obogaćivanje Oceanospirillales u slano-alkalnom kopnu. Ovaj rezultat snažno sugerira da je najveći sadržaj 2′-acetilakteozida u fiziološkoj lužini povezan s obogaćivanjem Oceanospirillales. Međutim, regulatorni odnos između Oceanospirillales i 2′-acetilakteozida je još uvijek prazan i potrebna su daljnja istraživanja.
Ukupni sadržaji sedam PhG su najveći na travnjacima, među kojima je ehinakozid dominantan PhG. Echinacoside je u značajnoj pozitivnoj korelaciji sa Sphingomonadales, koji je sekvenca unutar alfa-proteusa i čini porodicu Erythrobacteraceae i Sphingomonadaceae. Obje porodice su uobičajene u prirodi, posebno u tlu, okeanima i slatkoj vodi36. Sphingomonadales ima širok raspon metaboličkih kapaciteta za aromatične spojeve, a neki sojevi mogu sintetizirati vrijedne ekstracelularne biopolimere37. Svi ranije poznati pripadnici klase Sphingomonas su aerobni i hemijski organski. Jedini izuzetak je fakultativni anaerobni etanol fermentator, koji se koristi za proizvodnju fermentirane pulpe pića. Određene vrste iz roda Rhodobacter, porphyrin i Staphylococcus aureus, kao i određene vrste iz roda Sphingomonas, imaju hlorofil a i stoga su izborni fotoorganotrofi (energija koja se stvara fotosintezom)38. Najbolji kvalitet C. deserticola na travnjacima može biti posljedica bogate raznolikosti mikrobne zajednice i metaboličkih funkcija biomarkera (Sphingomonadales). Ovo otkriće pruža novi uvid u studiju o varijaciji kvaliteta C. deserticola u različitim ekotipovima.
Predviđanje profila metaboličke funkcije mikrobioma tla tri ekotipa C. deserticola.Profili metaboličke funkcije (slika 6 i datoteka S1) mikrobioma tla C. deserticola u tri ekotipa su po prvi put demonstrirani u ovoj studiji. Što se tiče metabolizma, metabolizam ugljikohidrata (metabolizam škroba i saharoze,ko00500; metabolizam amino šećera i nukleotida šećera, ko00520) i metabolizam aminokiselina (metabolizam arginina i prolina, ko00330; glicin, serin i metabolizam ko00330; metabolizam glicina, serina i treonina, metabolizam ko00026) su visoko izraženi u ko00026 mikrobiomi. Metabolizam ugljikohidrata odgovoran je za stvaranje, razgradnju i konverziju ugljikohidrata u tijelu. Ugljikohidrati su osnova mnogih važnih metaboličkih puteva39. Ugljikohidrati kao što je glukoza dio su višestrukih metaboličkih puteva među vrstama. Ugljikohidrate sintetiziraju biljke iz atmosfere fotosintezom i mogu se koristiti kao supstrati za ćelijsko disanje40. Biljke i mikroorganizmi apsorbiraju amonijak, amonijevu sol, nitrit, nitrat i drugi neorganski dušik iz okoline kako bi sintetizirali proteine i tvari koje sadrže dušik. Neki mikrobi mogu pretvoriti N2 iz zraka u amonijačni dušik da bi sintetizirali aminokiseline41. Metabolička funkcija mikrobioma tla obogaćena je primarnim metabolizmom. Ovo obogaćivanje sugerira da mikrobiomi mogu osigurati ishranu biljkama i promovirati njihov rast pod sušom i drugim stresovima.
Profili metaboličkih funkcija su takođe pokazali da su u obradi informacija o životnoj sredini, membranski transport (ABC transporteri, ko02010) i transdukcija signala (dvokomponentni sistem, ko02020) visoko obogaćeni mikrobiomima. Membranski transport je skup mehanizama koji reguliraju prolaz otopljenih tvari, poput jona i malih molekula, kroz biofilm, koji je dvosloj lipida ugrađenih u proteine. Regulacija ukrštanja membrana pripisuje se propusnosti selektivnih membrana, karakteristika biofilma koja omogućava odvajanje tvari različitih kemijskih svojstava. Drugim riječima, ove membrane mogu biti propusne za neke tvari, ali ne i za druge42. Među ovim membranama, put ABC transportera bio je visoko obogaćen mikrobiomima tla. ATP-binding box (ABC) transporteri univerzalno postoje u mikroorganizmima kao što su bakterije i jedna su od najvećih porodica proteina poznatih danas. Ovi transporteri vezuju ATP hidrolizu kako bi učestvovali u aktivnom transportu različitih supstrata kao što su joni, peptidi, lipidi, lekovi, šećeri, proteini i steroli. Struktura ABC transportera kod prokariota obično se sastoji od tri dijela. Generalno, dva intaktna membranska proteina svaki imaju po šest transmembranskih fragmenata: dva periferna proteina koji vezuju i hidroliziraju ATP, i jedan periferni (ili lipoproteinski) supstrat vezujućeg proteina. Kao što je uočeno u genomima mnogih bakterija i arheja, mnogi geni ove tri komponente formiraju operone43. Suša, salinitet i alkalni stres promovirali su funkciju membranskog transporta, posebno poboljšanje aktivne transportne funkcije mikrobioma tla.
Transdukcija signala je proces u kojem se kemijski ili fizički signal prenosi kroz ćeliju kao niz molekularnih događaja. Najčešća je fosforilacija proteina katalizirana protein kinazom. Dvokomponentni sistem je signalni put koji regulira mnoge karakteristike bakterija, kao što su toksičnost, patogenost, simbioza, pokretljivost, apsorpcija nutrijenata, proizvodnja sekundarnih metabolita, metabolička regulacija i dioba stanica. Ovi sistemi regulišu fiziološke procese na osnovu parametara sredine ili ćelija, omogućavajući im da se prilagode promenljivim uslovima44. Prenos signala mikrobioma u tlu je potaknut sušom ili fiziološkim i alkalnim stresom.
CistancheExtract CanAntioksidans
zaključak
Ova studija je prva koja predstavlja mikrobiome tla tri ekotipa C. deserticola. Dobijaju se sljedeći zaključci: (1) mikrobna zajednica tla na travnjacima je najzastupljenija među tri staništa. (2) Utvrđeni su i biomarkeri tri ekotipa: Oceanospirillales (slano-alkalno zemljište), Sphingomonadales (travnjak) i Propionibacteriales (pješčano zemljište). (3) Analiza jezgre mikrobioma pokazala je da su mikrobne zajednice tla C. deserticola uglavnom imale sušu, otpornost na sol, alkalnu otpornost i otpornost na stres, kao što su Micrococcales i Bacillales. (4) Korelaciona analiza je pokazala da je 2′-acetilakteozid u pozitivnoj korelaciji sa Oceanospirillales, a echinacoside u značajnoj pozitivnoj korelaciji sa Sphingomonadales. (5) Tax4Fun predviđa da su profili metaboličke funkcije tri ekotipa mikrobioma tla obogaćeni metabolizmom i obradom informacija o okolišu.
Reference
1. Zheng, S., Jiang, X., Wu, L., Wang, Z. & Huang, L. Hemijska i genetska diskriminacija cistanches herba zasnovana na UPLC-QTOF/MS i DNK barkodiranju. Plus One 9, e98061 (2014).
2. Li, Z. et al. Ekološko modeliranje Cistanche deserticola YC Ma u Alxi, Kina. Naučni izvještaji 9, 13134, https://doi.org/10.1038/ s41598-019-48397-6 (2019).
3. Joseph, E. et al. Struktura, varijacija i sastavljanje mikrobioma riže povezanih s korijenom. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 112, E911 (2015).
4. Jansson, JK & Hofmockel, KS Mikrobiom tla i klimatske promjene. Recenzije o prirodi. Mikrobiologija, https://doi.org/10.1038/ s41579-019-0265-7 (2019).
5. Wang, X. et al. Poređenje hemijskih profila i antioksidativnih aktivnosti različitih dijelova uzgojenog Cistanche deserticola korištenjem tečne hromatografije ultra učinkovite kvadrupolne masene spektrometrije vremena-proleta i 1,1-difenil-2- esencije na bazi pikrilhidrazila. Molecules 22, 2011 (2017).
6. Yang, L. et al. Povoljni efekti ukupne frakcije feniletanoidnog glikozida izolovane iz Cistanche deserticola na mikrostrukturu kostiju kod pacova sa ovarijektomijom. Oksidativna medicina i ćelijska dugovječnost 2019, 2370862, https://doi. org/10.1155/2019/2370862 (2019).
7. Liu, W. et al. Od (1)H NMR zasnovane neciljane do strategije ciljane metabolomike zasnovane na LC-MS za dubinska poređenja kamilice između četiri vrste Cistanche. Časopis za farmaceutsku i biomedicinsku analizu 162, 16–27, https://doi.org/10.1016/j. jpba.2018.09.013 (2019).
8. Chen, H. et al. Osnovni mikrobiom ljekovite biljke Salvia miltiorrhiza sjemenke: bogat rezervoar korisnih mikroba za sekundarni metabolizam? Međunarodni časopis za molekularne nauke 19, 672 (2018).
9. Sonnenburg, JL & Backhed, F. Interakcije dijete-mikrobiota kao moderatori ljudskog metabolizma. Nature 535, 56–64, https://doi. org/10.1038/nature18846 (2016).
10. Ju, F. & Zhang, T. 16S rRNA gen visoke propusne moći sekvencioniranje podataka o mikrobnoj raznolikosti i interakcijama. Primijenjena mikrobiologija i biotehnologija 99, 4119–4129 (2015).
11. Cui, J.-L., Vijayakumar, V. & Zhang, G. Odvajanje skupova endofita gljivica u korijenskoj parazitskoj biljci Cynomorium songaricum i njenom domaćinu Nitraria tangutorum. Granice u mikrobiologiji 9, 666 (2018).
12. Fan, P., Liu, P., Song, P., Chen, X. & Ma, X. Umjereno ograničenje proteina u ishrani mijenja sastav crijevne mikrobiote i poboljšava funkciju barijere ileuma u modelu odrasle svinje. Naučni izvještaji 7, 43412 (2017).
13. Munyaka, PM et al. Mo1774 Prenatalni tretman antibioticima povećava osjetljivost potomstva na eksperimentalni kolitis: Uloga crijevne mikrobiote. Plus One 10, e0142536 (2015).
14. Zhao, Y. et al. Utjecaj intenziteta miješanja na performanse i mikrobnu dinamiku jednog vertikalnog reaktora koji integrira acidogene i metanogene faze u digestiji lignocelulozne biomase. Tehnologija bioresursa 238, 542–551 (2017).
15. Cole, JR et al. Projekat Ribosomalne baze podataka: poboljšana poravnanja i novi alati za analizu rRNA. (2009).
16. Edgar, RC UPARSE: visoko precizne OTU sekvence iz očitavanja mikrobnog amplikona. Prirodne metode 10, 996 (2013).
17. Yu, W. et al. Poređenje nivoa raznolikosti bakterija u slatkovodnim, međuplimnim močvarama i morskim sedimentima korištenjem miliona Illumina oznaka. Applied & Environmental Microbiology 78, 8264 (2012).
18. Jiang, XT et al. Illumina sekvencioniranje 16S rRNA oznake otkrilo je prostorne varijacije bakterijskih zajednica u močvarnom području mangrova. Mikrobna ekologija 66, 96–104 (2013).
19. Sanner, MF Python: programski jezik za integraciju i razvoj softvera. Journal of Molecular Graphics & Modeling
17, 57–61 (1999).
20. Caporaso, JG et al. QIIME omogućava analizu podataka sekvencioniranja visoke propusnosti zajednice. Nat Methods 7, 335–336, https://doi. org/10.1038/nmeth.f.303 (2010).
21. Chong, J., Liu, P., Zhou, G. & Xia, J. Upotreba MicrobiomeAnalyst-a za sveobuhvatnu statističku, funkcionalnu i meta-analizu podataka o mikrobiomu. Protokoli prirode, 1–23 (2020).
22. Dhariwal, A. et al. MicrobiomeAnalyst: web-bazirani alat za sveobuhvatnu statističku, vizualnu i meta-analizu podataka o mikrobiomu. Istraživanje nukleinskih kiselina 45, W180–W188 (2017).
23. Šmilauer, P. & Lepš, J. Multivarijantna analiza ekoloških podataka korištenjem CANOCO 5. (Cambridge university press (2014).
24. Shannon, P. et al. Cytoscape: softversko okruženje za integrisane modele biomolekularnih interakcijskih mreža. Genome Research 13, 2498–2504 (2003).
25. Asshauer, KP, Wemheuer, B., Daniel, R. & Meinicke, P. Tax4Fun: predviđanje funkcionalnih profila iz metagenomskih podataka 16S rRNA. Bioinformatics (Oxford, Engleska) 31, 2882–2884, https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btv287 (2015).
26. Koo, H. et al. Poređenje dvaju bioinformatičkih alata korištenih za karakterizaciju mikrobne raznolikosti i prediktivnih funkcionalnih atributa mikrobnih prostirki iz jezera Obersee, Antarktik. Časopis za mikrobiološke metode 140, 15–22 (2017).
27. Huang, L., Zheng, S., Wu, L., Jiang, X. & Chen, S. Ekotipovi Cistanche deserticola na osnovu hemijskog sastava i molekularnih osobina. Scientia Sinica Vitae 44, 318–328 (2014).
28. Gabriele, B. & Kornelia, S. Biljne vrste i tip tla kooperativno oblikuju strukturu i funkciju mikrobnih zajednica u rizosferi. Fems Microbiology Ecology 68, 1–13 (2010).
29. Parte, AC LPSN–popis prokariotskih imena sa statusom u nomenklaturi. Istraživanje nukleinskih kiselina 42, 613–616 (2014).
30. Pirog, T., Grinberg, T. & Malashenko, YR Zaštitne funkcije egzopolisaharida koje proizvodi Acinetobacter sp. Microbiology (New York, NY) 66, 279–283 (1997).
31. Liu, Y.-H. et al. Raznolikost, distribucija u zajednici i aktivnosti promocije rasta endofita povezanih sa halofitom Lycium ruthenicum Murr. 3 Biotech 9, 144 (2019).
32. Staley, Bryant, Pfennig, Holt & JG Bergeyjev priručnik za sistematsku bakteriologiju - tom 4. Bergeysov priručnik za sistematsku bakteriologiju 38, 89–100 (1989).
33. Pasqua, RD et al. Utjecaj različitih izvora lignoceluloze na ekspresiju gena endo-1,4- -glukanaze i enzimsku aktivnost Bacillus amyloliquefaciens B31C. Bioresursi 9 (2014).
34. Pot, B. & Gillis, M. Oceanospirillum. (2015).
35. Euzeby, JP Lista imena bakterija koja stoje u nomenklaturi: fascikla dostupna na Internetu. Međunarodni časopis za sistematsku bakteriologiju 47, 590–592, https://doi.org/10.1099/00207713-47-2-590 (1997).
36. Balkwill, DL, Fredrickson, JK & Romine, MF Sphingomonas i srodni rodovi. Prokarioti 7, 605–629 (2003).
37. Takeuchi, M., Hamana, K. & Hiraishi, A. Prijedlog roda Sphingomonas sensu stricto i tri nova roda, Sphingobium, Novosphingobium i Sphingopyxis, na osnovu filogenetske i hemotaksonomske analize. International Journal of Systematic & Evolutionary Microbiology 51, 1405–1417 (2001).
38. Saori, S. & Akira, H. Novosphingobium naphthalenivorans sp. nov., bakterija koja razgrađuje naftalen, izolirana iz okruženja kontaminiranih polihloriranim dioksinom. Journal of General & Applied Microbiology 53, 221–228 (2007).
39. Alánt, O., Pulay, I., Esztergályos, J. & Bodnár, A. Utjecaj operacije na metabolizam ugljikohidrata. Acta Chirurgica Academiae Scientiarum Hungaricae 16, 307 (1975).
40. Grey, GM Varenje i apsorpcija ugljikohidrata. Encyclopedia of Gastroenterology 58, 275–278 (2004).
41. Coon, MJ & Robinson, WG Amino AcidMetabolism. (2003).
42. Purves, WK, Orians, G., Heller, C. & Sadava, D. Vida, LaCiencia de la Biologia. 8ª edición. Panamericana (2009).
43. Schneider, E. & Hunke, S. ATP-binding-casette (ABC) transportni sistemi: Funkcionalni i strukturni aspekti ATP-hidrolizirajućih podjedinica/domena. Fems Microbiology Reviews 22, 1–20 (1998).
44. Kleerebezem, M., Quadri, LE, Kuipers, OP & Vos, WM De. Sensing kvoruma pomoću peptidnih feromona i dvokomponentnih sistema za transdukciju signala u Gram-pozitivnim bakterijama. Molekularna mikrobiologija 24, 895–904 (2010).
