Kehilangan Gen yang meluas dalam Plastome Tumbuhan Holoparasit Cistanche Tubulosa (Orobanchaceae)

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

Untuk memetik artikel ini: 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 dan LinFang Huanga

Makmal Penyelidikan Utama Perlindungan Sumber Perubatan Tradisional Cina daripada Kementerian Pendidikan, Pusat Penyelidikan Kejuruteraan Sumber Perubatan Cina, Pentadbiran Kebangsaan Perubatan Tradisional Cina, Institut Pembangunan Tumbuhan Ubat, Akademi Sains Perubatan China, Kolej Perubatan Kesatuan Peking, Beijing, China; lebih baik untuk Bioteknologi dan Mikrobiologi, Universiti Peshawar, Peshawar, Pakistan

ABSTRAK

Kehilangan gen fotosintesis yang meluas dan kadar evolusi yang cepat berlaku dalam plastom tumbuhan parasit. Tumbuhan holoparasitCistanche tubulosaOrobanchaceae merupakan sumber perubatan penting yang diedarkan di kawasan gersang. Dalam kajian ini, plastom lengkap bagiC. tubulosatelah disusun, disusun dan dianalisis. Jumlah plastom daripadaC. tubulosaadalah 75,375 bp panjang, yang terdiri daripada sepasang ulangan terbalik (IR, 6,593 bp), wilayah salinan tunggal yang besar (LSC, 32,470 bp), dan wilayah salinan tunggal kecil (SSC, 29,719 bp). Ia mengandungi 24 gen pengekodan protein utuh, sembilan pseudogenes, dan 44 gen yang hilang. Di samping itu, semua gen pengekodan protein, yang berkaitan dengan fotosintesis dan pengeluaran tenaga, telah dipalsukan atau hilang. Empat gen rRNA dan 24 gen tRNA adalah utuh manakala lima gen tRNA hilang. Pokok filogenetik menunjukkan bahawaC. tubulosaberkait rapat dengan C. phelypaea. Keputusan kami boleh meningkatkan pemahaman tentang organisasi plastome, klasifikasi dan evolusi tumbuhan parasit.

Untuk maklumat lanjut sila hubungi:Joanna.jia@wecistanche.com

Cistanche deserticola mempunyai banyak kesan, klik di sini untuk mengetahui lebih lanjut

Orobanchaceae ialah keluarga istimewa yang terdiri daripada semua tumbuhan tingkah laku pertumbuhan peringkat yang terdiri daripada tumbuhan bukan parasit, hemiparasit dan holoparasit (Xi et al. 2013).Cistanchetubulosa, tumbuhan holoparasit dari Orobanchaceae, menyerap air dan nutrisi organik dan bukan organik daripada akar perumahnya.Cistanche tubulosadigunakan secara tradisional sebagai herba berkhasiat. Banyak sebatian telah diasingkan daripada C. tubulosa, termasuk glikosida phenylethanoid, karbohidrat, lignan, iridoid,echinacoside, verbascoside, asid klorogenik, acteoside, dan luteolisis (Yong dan Peng-Fei 2009; Fu et al. 2018; Gao et al. 2019). Sebatian terpencil ini telah mempamerkan kesan farmakologi yang banyak, seperti neuroprotektif, imunomodulator, anti-penuaan, anti-radang, anti-osteoporosis, hepatoprotection, anti-oksidatif, anti-bakteria, anti-tumor dan kesan peningkatan toleransi glukosa ( Morikawa et al. 2019). Berbanding dengan lebih daripada 3000 plastom organisma autotrof yang boleh diperolehi daripada pangkalan data Pusat Maklumat Bioteknologi Kebangsaan, data daripada plastom tumbuhan parasit adalah terhad. Untuk menggambarkan ciri kehilangan gen dan memberikan pandangan baharu tentang keseluruhan proses evolusi, kami menganalisis plastom C. tubulosa.

Cistanchedeserticola mempunyai banyak kesan padaimunsistem

Daun skala segarC. tubulosatelah dikumpulkan dari Wilayah Hotan (Wilayah Autonomi Uygur Xinjiang), China (78○1203600E, 36○1901200N). Spesimen baucar telah disimpan di herbarium Institut Pembangunan Tumbuhan Ubat, Akademi Sains Perubatan China, Kolej Perubatan Kesatuan Peking (IMD), dengan nombor penyertaan XJ20170502. Kira-kira 500 ng DNA telah digunakan untuk membina perpustakaan dengan saiz sisipan 400 bp dan disusun mengikut arahan pengilang untuk platform HiSeq 4000. Bacaan berpasangan bersih telah ditapis terhadap semua plastom tumbuhan yang direkodkan dalam pangkalan data GenBank dengan menggunakan BLASTn dengan potongan nilai 1e — 5. Bacaan yang diekstrak telah dipasang menggunakan SPAdes (v. 3.10.1) (Bankevich et al. 2012). Rantau sempadan telah disahkan menggunakan pasangan primer yang merentangi kawasan sempadan diikuti oleh penguatan PCR bagi kawasan dan penjujukan Sanger bagi pengeluaran PCR. Gen telah dijelaskan dengan menggunakan perkhidmatan web CpGAVAS2 (Shi et al. 2019) dan diedit secara manual menggunakan editor genom Apollo (Lewis et al. 2002). Peta bulatan plastom dijana menggunakan OrganellarGenomeDRAW (Lohse et al. 2013), dan kandungan GC dianalisis menggunakan Pelayan CGView (Grant dan Stothard 2008). Berbanding dengan tumbuhan bukan parasit

Acteosidedalamcistanchekesihatan tubulosafaedah

Orobanchaceae Rehmannia glutinosa (NC_034308), gen yang serupa dengan gen pengekodan protein yang diketahui tetapi dipenggal atau mengandungi satu atau lebih mutasi anjakan bingkai, diklasifikasikan sebagai pseudogenes (Cusimano dan Wicke 2016; Xi et al. 2013). Hasil pemasangan dan anotasi genom telah disimpan dalam GenBank, dengan nombor penyertaan MN614130.

Plastom daripadaC. tubulosaadalah 75,375 bp panjang dan menunjukkan struktur kuadripartit biasa, termasuk sepasang IR (6593 bp) yang dipisahkan oleh rantau LSC (32,470 bp) dan SSC (29,719 bp). Jumlah kandungan GC ialah 34.95 peratus dan rantau SSC mempunyai kandungan GC yang lebih tinggi (38.00 peratus ) daripada rantau IR (33.22 peratus ) dan LSC (32.86 peratus). Plastom daripadaC. tubulosamengekalkan 27 gen pengekodan protein utuh, sembilan gen menjadi pseudogenes, dan 44 gen hilang sepenuhnya. Semua gen yang berkaitan dengan pengekodan protein fotosintetik telah pseudogenised atau hilang, yang menyokong gaya hidup holoparasit C. tubulosa. Keempat-empat rRNA secara universal disetempat di rantau SSC. Sebanyak 24 tRNA kekal, dan sehingga lima tRNA telah hilang sepanjang evolusi.

Untuk menganalisis kedudukan filogenetik bagiC. tubulosadalam keluarga Orobanchaceae, pokok evolusi molekul telah dibina menggunakan 36 spesies. Dua belas urutan protein yang dikongsi disatukan dan diselaraskan menggunakan program ClustalW (Thompson et al. 2002). Pokok filogenetik telah dibina menggunakan perisian Randomized Accelerated Maximum Likelihood (RAxML) (Stamatakis 2014) dan ML

kaedah, dengan Arabidopsis thaliana dan Nicotiana tabacum sebagai kumpulan luar. Pokok filogenetik menunjukkan bahawaC. tubulosadan C. phelypaea dikumpulkan bersama (Rajah 1).

Cistanchedeserticola mempunyai banyak kesan padabuah pinggangpenyakit

Kenyataan pendedahan

Tiada potensi konflik kepentingan dilaporkan oleh pengarang.

Pembiayaan

Kerja ini disokong oleh National Natural Science Foundation of China [81473315, U1812403-1-1], National Science & Technology Fundamental Resources Investigation Programme of China [2018FY100701] dan CAMS Innovation Fund for Medical Sciences [{{4} }I2M-3-015], yang amat dihargai.

Pernyataan ketersediaan data

Data yang menyokong penemuan kajian ini disimpan di GenBank, dengan nombor penyertaan MN614130. https://www.ncbi.nlm. nih.gov/nuccore/MN614130.1/.

Rujukan

Bankevich A, Nurk S, Antipov D, Gurevich AA, Dvorkin M, Kulikov AS, Lesin VM, Nikolenko SI, Pham S, Prjibelski AD, et al. 2012. SPAdes: algoritma pemasangan genom baharu dan aplikasinya pada penjujukan sel tunggal. J Comput Biol. 19(5):455–477.

DNA MITOCHONDRIAL BAHAGIAN B 2681

Cusimano N, Wicke S. 2016. Pemindahan gen intraselular secara besar-besaran semasa pengurangan genom plastid dalam Orobanchaceae bukan hijau. Phytol baru. 210(2):680–693.

Fu Z, Fan X, Wang X, Gao X. 2018. Cistanches Herba: gambaran keseluruhan sifat kimia, farmakologi dan farmakokinetiknya. J Ethnopharmacol. 219:233–247.

Gao Y, Guo LN, Ma SC, Liu J, Zheng J, Zan K. 2019. Kajian perbandingan tiga spesies Cistanche berdasarkan kromatogram khusus UPLC dan penentuan komponen utama. Zhongguo Zhong Yao Za Zhi. 44(17):3749–3757.

Grant JR, Stothard P. 2008. Pelayan CGView: alat genomik perbandingan untuk genom bulat. Asid Nukleik Res. 36(Pelayan Web): 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: editor anotasi jujukan. Biol Genom. 3(12): PENYELIDIKAN0082.

Lohse M, Drechsel O, Kahlau S, Bock R. 2013. OrganellarGenomeDRAW-suai alat untuk menjana peta fizikal genom plastid dan mitokondria dan menggambarkan set data ekspresi. Asid Nukleik Res. 41(Isu Pelayan Web): W575–W581.

Morikawa T, Xie H, Pan Y, Ninomiya K, Yuan D, Jia X, Yoshikawa M, Nakamura S, Matsuda H, Muraoka O. 2019. Kajian semula produk semula jadi aktif secara biologi daripada tumbuhan padang pasir 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, annotator dan penganalisis jujukan plastom bersepadu. Asid Nukleik Res. 47(W1): W65–W73.

Stamatakis A. 2014. RAxML versi 8: alat untuk analisis filogenetik dan pasca analisis filogeni besar. Bioinformatik. 30(9): 1312–1313.

Thompson JD, Gibson TJ, Higgins DG. 2002. Penjajaran jujukan berbilang menggunakan ClustalW dan ClustalX. Curr Protoc Bioinformatik. Bab 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. Urutan genom kloroplas lengkap holoparasit Cistanche deserticola (Orobanchaceae) mendedahkan kehilangan gen dan mendatar pemindahan gen daripada perumah Haloxylon ammodendron (Chenopodiaceae). PLoS One. 8(3):e58747

Yong J, Peng-Fei T. 2009. Analisis juzuk kimia dalam Cistanche

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