Pèrdua gènica extensa al plastom de la planta holoparàsita Cistanche Tubulosa (Orobanchaceae)
Mar 04, 2022
Contacte: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Correu electrònic:audrey.hu@wecistanche.com
Wanqi Xuam, Haimei Chenam, Lixia Tiana, Mei Jianga, Qiaoqiao Yanga, Liqiang Wanga, Bashir Ahmadb i LinFang Huanga aKey
RESUM
En els plastomes de plantes paràsites es produeix una pèrdua extensa de gens fotosintètics i una ràpida taxa d'evolució. La planta holoparàsitaCistanche tubulosad'Orobanchaceae és un important recurs medicinal que es distribueix en zones àrides. En aquest estudi, s'ha seqüenciat, muntat i analitzat el plastoma complet de C. tubulosa. El plastoma total de C. tubulosa tenia 75.375 pb de longitud, que consistia en un parell de repeticions invertides (IR, 6.593 pb), una gran regió d'una sola còpia (LSC, 32.470 pb) i una petita regió d'una còpia única (SSC, 29.719 pb). Contenia 24 gens que codificaven proteïnes intactes, nou pseudogens i 44 gens que faltaven. A més, tots els gens que codificaven proteïnes, que estaven relacionats amb la fotosíntesi i la producció d'energia, es van pseudogenitzar o es van perdre. Quatre gens d'ARNr i 24 gens d'ARNt estaven intactes, mentre que faltaven cinc gens d'ARNt. L'arbre filogenètic va indicar que C. tubulosa estava estretament relacionat amb C. phelypaea. Els nostres resultats poden millorar la comprensió de l'organització, classificació i evolució dels plastomes de les plantes paràsites.
Orobanchaceae és una família especial que comprèn plantes de comportament de creixement de tots els nivells que consisteixen en plantes no paràsites, hemiparàsites i holoparàsites (Xi et al. 2013).Cistanche tubulosa, una planta holoparàsita de les Orobanchaceae, absorbeix aigua i nutrició orgànica i inorgànica de les arrels dels seus hostes. Cistanche tubulosa s'utilitza tradicionalment com a herbes nutritives. S'han aïllat molts compostos de C. tubulosa, inclosos glicòsids feniletanoides, hidrats de carboni, lignans, iridoides, equinacòsid, verbascòsid, àcid clorogènic, acteòsid i luteòlisi (Yong i Peng-Fei 2009; Fu et al. 2018; Gao et al. 2019). Aquests compostos aïllats han mostrat abundants efectes farmacològics, com ara efectes neuroprotectors, immunomoduladors, antisenescència, antiinflamatoris, antiosteoporosis, hepatoprotectors, antioxidants, antibacterians, antitumorals i de millora de la tolerància a la glucosa. Morikawa et al. 2019). En comparació amb els més de 3000 plastomes d'organismes autòtrofs que es poden obtenir de la base de dades del Centre Nacional d'Informació Biotecnològica, les dades dels plastomes de plantes paràsites són limitades. Per descriure les característiques de les pèrdues de gens i proporcionar noves idees sobre el procés evolutiu global, vam analitzar el plastoma de C. tubulosa.
Es van recollir fulles fresques de C. tubulosa a la prefectura de Hotan (Regió Autònoma Uigur de Xinjiang), Xina (78○1203600E, 36○1901200N). Els exemplars de val es van dipositar a l'herbari de l'Institut de Desenvolupament de Plantes Medicinals, Acadèmia Xinesa de Ciències Mèdiques, Peking Union Medical College (IMD), amb els números d'adhesió XJ20170502. Es van utilitzar aproximadament 500 ng d'ADN per construir una biblioteca amb una mida d'inserció de 400 pb i seqüenciada segons les instruccions del fabricant per a la plataforma HiSeq 4000. Les lectures netes de parelles es van filtrar contra tots els plastomes de plantes registrats a la base de dades GenBank mitjançant BLASTn amb un tall de valor e d'1e - 5. Les lectures extretes es van reunir mitjançant SPAdes (v. 3.10.1) (Bankevich et al. al. 2012). La regió límit es va validar mitjançant parells d'imprimadors que abasten la regió límit seguit de l'amplificació per PCR de les regions i la seqüenciació de Sanger de la producció de PCR. Els gens es van anotar mitjançant el servei web CpGAVAS2 (Shi et al. 2019) i es van editar manualment mitjançant l'editor del genoma Apollo (Lewis et al. 2002). El mapa circular del plastoma es va generar mitjançant OrganellarGenomeDRAW (Lohse et al. 2013) i el contingut de GC es va analitzar mitjançant CGView Server (Grant i Stothard 2008). En comparació amb la planta no parasitària d'Orobanchaceae Rehmannia glutinosa (NC_034308), els gens que eren similars als gens que codificaven proteïnes coneguts però que truncaven o contenien una o més mutacions de canvi de marc es van classificar com a pseudogens (Cusimano i Wicke 2016; Xi et al. al. 2013). El conjunt del genoma i els resultats de l'anotació es van dipositar a GenBank, amb els números d'adhesió MN614130.
Extracte de Cistanche tubulosa
El plastoma de C. tubulosa tenia una longitud de 75.375 pb i mostrava una estructura quadripartida típica, incloent un parell d'IR (6593 pb) separats per la regió LSC (32.470 pb) i SSC (29.719 pb). El contingut total de GC era del 34,95 per cent i la regió SSC tenia un contingut de GC més alt (38,00 per cent) que la regió IR (33,22 per cent) i LSC (32,86 per cent). El plastoma de C. tubulosa va retenir 27 gens que codificaven proteïnes intactes, nou gens es van convertir en pseudogens i 44 gens estaven desapareguts completament. Tots els gens relacionats amb la codificació de proteïnes fotosintètiques es van pseudogenitzar o es van perdre, la qual cosa dóna suport a l'estil de vida holoparasitari de C. tubulosa. Els quatre ARNr es van localitzar universalment a la regió SSC. Es van quedar un total de 24 ARNt i es van perdre fins a cinc ARNt al llarg de l'evolució.
Per analitzar la posició filogenètica de C. tubulosa dins de la família Orobanchaceae, es va construir un arbre evolutiu molecular amb 36 espècies. Es van concatenar i alinear dotze seqüències de proteïnes compartides mitjançant el programa ClustalW (Thompson et al. 2002). L'arbre filogenètic es va construir mitjançant el programari Randomized Accelerated Maximum Likelihood (RAxML) (Stamatakis 2014) i el mètode ML, amb Arabidopsis thaliana i Nicotiana tabacum com a grups externs. L'arbre filogenètic va mostrar que C. tubulosa i C. phelypaea estaven agrupats (figura 1).
té de cistanche
Referències
Bankevich A, Nurk S, Antipov D, Gurevich AA, Dvorkin M, Kulikov AS, Lesin VM, Nikolenko SI, Pham S, Prjibelski AD, et al. 2012. SPAdes: un nou algorisme d'assemblatge del genoma i les seves aplicacions a la seqüenciació unicel·lular. J Comput Biol. 19(5):455–477.
Cusimano N, Wicke S. 2016. Transferència massiva de gens intracel·lulars durant la reducció del genoma plastid a Orobanchaceae no verdes. Nou Phytol. 210(2):680–693.
Fu Z, Fan X, Wang X, Gao X. 2018.Cistanches Herba: una visió general de la seva propietat química, farmacocinètica i farmacocinètica. J Etnofarmacol. 219:233–247.
Gao Y, Guo LN, Ma SC, Liu J, Zheng J, Zan K. 2019. Estudis comparatius de tres espècies de Cistanche basats en el cromatograma específic de la UPLC i la determinació dels components principals. Zhongguo Zhong Yao Za Zhi. 44(17):3749–3757.
Grant JR, Stothard P. 2008. El servidor CGView: una eina de genòmica comparativa per a genomes circulars. Àcids nucleics Res. 36 (servidor 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: un editor d'anotacions de seqüències. Genoma Biol. 3(12): RECERCA0082.
Lohse M, Drechsel O, Kahlau S, Bock R. 2013. OrganellarGenomeDRAW-un conjunt d'eines per generar mapes físics de genomes plastids i mitocondrials i visualitzar conjunts de dades d'expressió. Àcids nucleics Res. 41 (problema del servidor web): W575–W581.
Morikawa T, Xie H, Pan Y, Ninomiya K, Yuan D, Jia X, Yoshikawa M, Nakamura S, Matsuda H, Muraoka O. 2019. Una revisió de productes naturals biològicament actius d'un desertplantaCistanche tubulosa. Chem Pharm Bull. 67(7):675–689.
Shi L, Chen H, Jiang M, Wang L, Wu X, Huang L, Liu C. 2019. CPGAVAS2, un analitzador i anotador de seqüències de plastomes integrats. Àcids nucleics Res. 47(W1): W65–W73.
Stamatakis A. 2014. RAxML versió 8: una eina per a l'anàlisi filogenètica i postanàlisi de grans filogènies. Bioinformàtica. 30(9): 1312–1313.
Thompson JD, Gibson TJ, Higgins DG. 2002. Alineació de seqüències múltiple mitjançant ClustalW i ClustalX. Curr Protoc Bioinformàtica. Capítol 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. Complete chloroplast genome sequence of holopasiteCistanche deserticola(Orobanchaceae) revela la pèrdua de gens i la transferència horitzontal de gens del seu hoste Haloxylon ammodendron (Chenopodiaceae). PLoS One. 8(3):e58747
Yong J, Peng-Fei T. 2009. Anàlisi de constituents químics en espècies de Cistanche. J Chromatogr A. 1216(11):1970–1979.
