Обширна загуба на ген в пластома на холопаразитно растение Cistanche Tubulosa (Orobanchaceae)

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

За да цитирате тази статия: 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 и LinFang Huanga

Ключова изследователска лаборатория за защита на ресурсите на традиционната китайска медицина от Министерството на образованието, Център за инженерни изследвания на ресурси за китайска медицина, Национална администрация по традиционна китайска медицина, Институт за развитие на лечебни растения, Китайска академия на медицинските науки, Медицински колеж на Пекинския съюз, Пекин, Китай; по-добър за биотехнология и микробиология, Пешаварски университет, Пешавар, Пакистан

РЕЗЮМЕ

Обширна загуба на фотосинтетичен ген и бърза еволюционна скорост се наблюдават в пластомите на паразитни растения. Холопаразитното растениеCistanche tubulosaна Orobanchaceae е важен медицински ресурс, който е разпространен в сухите райони. В това изследване пълният пластом наC. tubulosaе секвениран, сглобен и анализиран. Общият пластом наC. tubulosaе с дължина 75 375 bp, състояща се от двойка обърнати повторения (IRs, 6 593 bp), голяма област с едно копие (LSC, 32 470 bp) и малка област с едно копие (SSC, 29 719 bp). Той съдържаше 24 непокътнати гени, кодиращи протеини, девет псевдогена и 44 липсващи гена. В допълнение, всички гени, кодиращи протеини, които са свързани с фотосинтезата и производството на енергия, са псевдогенизирани или загубени. Четири rRNA гена и 24 tRNA гена бяха непокътнати, докато пет tRNA гена липсваха. Филогенетичното дърво показва товаC. tubulosaе тясно свързан с C. phelypaea. Нашите резултати могат да подобрят разбирането на организацията на пластома, класификацията и еволюцията на паразитните растения.

За повече информация моля свържете се с:Joanna.jia@wecistanche.com

Cistanche deserticola има много ефекти, щракнете тук, за да научите повече

Orobanchaceae е специално семейство, което включва всички нива на растеж на растенията, състоящи се от непаразитни, полупаразитни и холопаразитни растения (Xi et al. 2013).Цистанчеtubulosa, холопаразитно растение от Orobanchaceae, абсорбира вода и органични и неорганични хранителни вещества от корените на своите гостоприемници.Cistanche tubulosaтрадиционно се използва като подхранваща билка. Много съединения са изолирани от C. tubulosa, включително фенилетаноидни гликозиди, въглехидрати, лигнани, иридоиди,ехинакозид, вербаскозид, хлорогенна киселина, актеозид и лутеолиза (Yong и Peng-Fei 2009; Fu et al. 2018; Gao et al. 2019). Тези изолирани съединения са показали изобилие от фармакологични ефекти, като невропротективни, имуномодулиращи, против стареене, противовъзпалителни, против остеопороза, хепатопротекция, антиоксидантни, антибактериални, антитуморни и подобряващи глюкозния толеранс ефекти ( Морикава и др. 2019). В сравнение с повече от 3000 пластома на автотрофни организми, които могат да бъдат получени от базата данни на Националния център за биотехнологична информация, данните от пластомите на паразитни растения са ограничени. За да изобразим характеристиките на загубите на гени и да предоставим нови прозрения за цялостния еволюционен процес, ние анализирахме пластома на C. tubulosa.

Цистанчеdeserticola има много ефекти върхуимуннасистема

Пресни люспести листа отC. tubulosaбяха събрани от префектура Хотан (автономен регион Синдзян Уйгур), Китай (78○1203600E, 36○1901200N). Екземплярите от ваучери бяха депозирани в хербариума на Института за развитие на лечебните растения, Китайската академия на медицинските науки, Медицинския колеж на Пекинския съюз (IMD), с номера за достъп XJ20170502. Приблизително 500 ng ДНК бяха използвани за конструиране на библиотека с размер на вмъкване от 400 bp и секвенирани съгласно инструкциите на производителя за HiSeq 4000 платформа. Чистите четения от сдвоени краища бяха филтрирани срещу всички пластоми на растения, записани в базата данни на GenBank, като се използва BLASTn с граница на стойността от 1e — 5. Извлечените четения бяха събрани с помощта на SPAdes (v. 3.10.1) (Bankevich et al. 2012). Граничният регион беше валидиран с помощта на двойки праймери, обхващащи граничния регион, последвано от PCR амплификация на регионите и Sanger секвениране на PCR производството. Гените бяха анотирани с помощта на уеб услугата CpGAVAS2 (Shi et al. 2019) и редактирани ръчно с помощта на редактора на генома Apollo (Lewis et al. 2002). Кръговата карта на пластома беше генерирана с помощта на OrganellarGenomeDRAW (Lohse et al. 2013), а GC съдържанието беше анализирано с помощта на CGView Server (Grant и Stothard 2008). В сравнение с непаразитното растение на

Актеозидвцистанчеtubulosa здравеползи

Orobanchaceae Rehmannia glutinosa (NC_034308), гени, които са подобни на познатите гени, кодиращи протеини, но съкратени или съдържат една или повече мутации с изместване на рамката, са класифицирани като псевдогени (Cusimano and Wicke 2016; Xi et al. 2013). Резултатите от сглобяването на генома и анотациите бяха депозирани в GenBank с номера за достъп MN614130.

Пластомът наC. tubulosaе с дължина 75 375 bp и показва типична четиристранна структура, включваща двойка IR (6593 bp), разделени от LSC (32 470 bp) и SSC (29 719 bp) регион. Общото съдържание на GC беше 34,95 процента и SSC регионът имаше по-високо съдържание на GC (38.00 процента) от IR (33,22 процента) и LSC (32.86 процента) региона. Пластомът наC. tubulosaзапазиха 27 непокътнати гени, кодиращи протеини, девет гена станаха псевдогени и 44 гена липсваха напълно. Всички гени, свързани с кодирането на фотосинтетични протеини, са псевдогенизирани или загубени, което поддържа холопаразитния начин на живот на C. tubulosa. И четирите рРНК бяха универсално локализирани в SSC региона. Общо 24 тРНК останаха и до пет тРНК бяха загубени по време на еволюцията.

Да се ​​анализира филогенетичната позиция наC. tubulosaв рамките на семейство Orobanchaceae е конструирано молекулярно еволюционно дърво с помощта на 36 вида. Дванадесет споделени протеинови последователности бяха свързани и подравнени с помощта на програмата ClustalW (Thompson et al. 2002). Филогенетичното дърво е конструирано с помощта на софтуера Randomized Accelerated Maximum Likelihood (RAxML) (Stamatakis 2014) и ML

метод, с Arabidopsis thaliana и Nicotiana tabacum като външни групи. Филогенетичното дърво показва товаC. tubulosaи C. phelypaea бяха групирани заедно (Фигура 1).

Цистанчеdeserticola има много ефекти върхубъбрекзаболяване

Декларация за разкриване

Авторът(ите) не съобщава за потенциален конфликт на интереси.

Финансиране

Тази работа беше подкрепена от Националната природонаучна фондация на Китай [81473315, U1812403-1-1], Националната програма за изследване на фундаменталните ресурси на науката и технологиите на Китай [2018FY100701] и CAMS Innovation Fund for Medical Sciences [{{4} }I2M-3-015], които са признати с благодарност.

Декларация за наличност на данни

Данните, които подкрепят констатациите от това проучване, са депозирани в GenBank с номера за достъп MN614130. https://www.ncbi.nlm. nih.gov/nuccore/MN614130.1/.

Препратки

Банкевич А, Нурк С, Антипов Д, Гуревич АА, Дворкин М, Куликов А.С., Лесин В.М., Николенко С.И., Фам С., Пржибелски АД и др. 2012. SPAdes: нов алгоритъм за сглобяване на геном и неговите приложения за секвениране на една клетка. J Comput Biol. 19(5):455–477.

МИТОХОНДРИАЛНА ДНК ЧАСТ B 2681

Cusimano N, Wicke S. 2016. Масивен вътреклетъчен генен трансфер по време на намаляване на пластидния геном в незелени Orobanchaceae. Нов фитол. 210 (2): 680–693.

Fu Z, Fan X, Wang X, Gao X. 2018. Cistanches Herba: преглед на неговата химия, фармакология и фармакокинетика. J Ethnopharmacol. 219: 233-247.

Gao Y, Guo LN, Ma SC, Liu J, Zheng J, Zan K. 2019. Сравнителни изследвания на три вида Cistanche въз основа на UPLC специфична хроматограма и определяне на основните компоненти. Zhongguo Zhong Yao Za Zhi. 44 (17): 3749–3757.

Grant JR, Stothard P. 2008. CGView Server: инструмент за сравнителна геномика за кръгови геноми. Nucleic Acids Res. 36 (уеб сървър): 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: редактор на анотация на последователност. Genome Biol. 3 (12): ИЗСЛЕДВАНЕ0082.

Lohse M, Drechsel O, Kahlau S, Bock R. 2013. OrganellarGenomeDRAW-пакет от инструменти за генериране на физически карти на пластидни и митохондриални геноми и визуализиране на набори от данни за експресия. Nucleic Acids Res. 41 (Проблем с уеб сървъра): W575–W581.

Morikawa T, Xie H, Pan Y, Ninomiya K, Yuan D, Jia X, Yoshikawa M, Nakamura S, Matsuda H, Muraoka O. 2019. Преглед на биологично активни природни продукти от пустинно растение 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, интегриран анотатор и анализатор на пластомна последователност. Nucleic Acids Res. 47(W1): W65–W73.

Stamatakis A. 2014. RAxML версия 8: инструмент за филогенетичен анализ и пост-анализ на големи филогении. Биоинформатика. 30 (9): 1312–1313.

Томпсън JD, Гибсън TJ, Хигинс DG. 2002. Подравняване на множество последователности с помощта на ClustalW и ClustalX. Curr Protoc Биоинформатика. Глава 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. Пълна последователност на хлоропластния геном на холопаразит Cistanche deserticola (Orobanchaceae) разкрива загуба на ген и хоризонтална трансфер на ген от неговия гостоприемник Haloxylon ammodendron (Chenopodiaceae). PLoS One. 8(3):e58747

Yong J, Peng-Fei T. 2009. Анализ на химическите съставки в Cistanche

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