การสูญเสียยีนอย่างกว้างขวางในพลาสโตมของพืช Holoparasitic Cistanche Tubulosa (Orobnchaceae)

Wanqi Xu, Haimei Chen, Lixia Tian, ​​Mei Jiang, Qiaoqiao Yang, Liqiang Wang, บาชีร์ อาหมัด & เหลียง ฮวง

เพื่ออ้างอิงบทความนี้: 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 และ LinFang Huanga

aKey Research Laboratory of Traditional Chinese Medicine Resources Protection from Ministry of Education, Engineering Research Center of Chinese Medicine Resource, National Administration of Traditional Chinese Medicine, Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Sciences, Peking Union Medical College, Beijing, China; ดีกว่าสำหรับเทคโนโลยีชีวภาพและจุลชีววิทยา University of Peshawar, Peshawar, Pakistan

บทคัดย่อ

การสูญเสียยีนสังเคราะห์แสงอย่างกว้างขวางและอัตราการวิวัฒนาการอย่างรวดเร็วเกิดขึ้นในพลาสโตมของพืชกาฝาก พืชโฮโลปาราซิติกCistanche tubulosaของ Orobanchaceae เป็นแหล่งสมุนไพรที่สำคัญที่กระจายอยู่ในพื้นที่แห้งแล้ง ในการศึกษานี้ พลาสซึมที่สมบูรณ์ของค. ทูบูโลซาได้รับการจัดลำดับ ประกอบ และวิเคราะห์ พลาสซึมทั้งหมดของค. ทูบูโลซามีความยาว 75,375 bp ประกอบด้วยการทำซ้ำแบบกลับหัว (IRs, 6,593 bp) พื้นที่สำเนาเดียวขนาดใหญ่ (LSC, 32,470 bp) และพื้นที่สำเนาเดียวขนาดเล็ก (SSC, 29,719 bp) ประกอบด้วยยีนเข้ารหัสโปรตีนที่ครบถ้วน 24 ยีน ยีนเทียม 9 ตัว และยีนที่หายไป 44 ยีน นอกจากนี้ ยีนเข้ารหัสโปรตีนทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสงและการผลิตพลังงาน ถูกจำลองหรือสูญเสียไป ยีน rRNA สี่ตัวและยีน tRNA 24 ยีนไม่เสียหายในขณะที่ยีน tRNA ห้าตัวหายไป ต้นไม้สายวิวัฒนาการระบุว่าค. ทูบูโลซามีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับ C. phelypaea ผลลัพธ์ของเราอาจช่วยเพิ่มความเข้าใจเกี่ยวกับการจัดโครงสร้าง การแบ่งประเภท และวิวัฒนาการของพืชกาฝาก

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมกรุณาติดต่อ:Joanna.jia@wecistanche.com

Cistanche deserticola มีเอฟเฟกต์มากมาย คลิกที่นี่เพื่อทราบข้อมูลเพิ่มเติม

Orobanchaceae เป็นตระกูลพิเศษที่ประกอบด้วยพืชที่มีพฤติกรรมการเจริญเติบโตทุกระดับซึ่งประกอบด้วยพืชที่ไม่ใช่ปรสิต กึ่งปรสิต และโฮโลปาราซิติก (Xi et al. 2013)CistancheTubulosa ซึ่งเป็นพืชโฮโลปาราซิติกของ Orobanchaceae ดูดซับน้ำและสารอาหารอินทรีย์และอนินทรีย์จากรากของโฮสต์Cistanche tubulosaนิยมใช้เป็นสมุนไพรบำรุง สารประกอบจำนวนมากถูกแยกออกจาก C. tubulosa รวมทั้ง phenylethanoid glycosides, คาร์โบไฮเดรต, ลิกแนน, อิริดอยด์,เอ็กไคนาโคไซด์, verbascoside, กรดคลอโรจีนิก, แอกทิโอไซด์ และ luteolysis (Yong and Peng-Fei 2009; Fu et al. 2018; Gao et al. 2019) สารประกอบที่แยกได้เหล่านี้มีผลทางเภสัชวิทยามากมาย เช่น ฤทธิ์ป้องกันระบบประสาท ภูมิคุ้มกัน ต่อต้านการชราภาพ ต้านการอักเสบ ต้านโรคกระดูกพรุน ปกป้องตับ ต่อต้านอนุมูลอิสระ ต้านแบคทีเรีย ต้านเนื้องอก และฤทธิ์ปรับปรุงความทนทานต่อกลูโคส ( โมริกาว่า et al. 2019). เมื่อเทียบกับพลาสโตมของสิ่งมีชีวิต autotrophic มากกว่า 3000 ชนิดที่หาได้จากฐานข้อมูลของศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ ข้อมูลจากพลาสโตมของพืชกาฝากนั้นมีจำกัด เพื่อแสดงลักษณะของการสูญเสียยีนและให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับกระบวนการวิวัฒนาการโดยรวม เราได้วิเคราะห์พลาสโตมของ C. tubulosa

CistancheDeserticola มีผลกระทบมากมายต่อมีภูมิคุ้มกันระบบ

ใบเกล็ดสดของค. ทูบูโลซารวบรวมจากจังหวัดโฮตัน (เขตปกครองตนเองซินเจียงอุยกูร์), จีน (78○1203600E, 36○1901200N) ตัวอย่างบัตรกำนัลถูกฝากไว้ในสมุนไพรของสถาบันพัฒนาพืชสมุนไพร สถาบันวิทยาศาสตร์การแพทย์จีน วิทยาลัยการแพทย์สหภาพปักกิ่ง (IMD) พร้อมหมายเลขภาคยานุวัติ XJ20170502 DNA ประมาณ 500 ng ถูกใช้เพื่อสร้างไลบรารีที่มีขนาดแทรก 400 bp และจัดลำดับตามคำแนะนำของผู้ผลิตสำหรับแพลตฟอร์ม HiSeq 4000 การอ่านปลายคู่ที่สะอาดหมดจดถูกกรองเทียบกับพลาสโตมของพืชทั้งหมดที่บันทึกไว้ในฐานข้อมูล GenBank โดยใช้ BLASTn ที่มีค่าคัทออฟ 1e — 5 การอ่านที่แยกออกมานั้นประกอบขึ้นโดยใช้ SPAdes (v. 3.10.1) (Bankevich et al. 2555). ขอบเขตของขอบเขตได้รับการตรวจสอบโดยใช้คู่ไพรเมอร์ซึ่งขยายขอบเขตตามขอบเขตด้วยการขยาย PCR ของภูมิภาคและการจัดลำดับ Sanger ของการผลิต PCR ยีนได้รับคำอธิบายประกอบโดยใช้บริการเว็บ CpGAVAS2 (Shi et al. 2019) และแก้ไขด้วยตนเองโดยใช้โปรแกรมแก้ไขจีโนม Apollo (Lewis et al. 2002) แผนที่วงกลมของพลาสโตมถูกสร้างขึ้นโดยใช้ OrganellarGenomeDRAW (Lohse et al. 2013) และวิเคราะห์เนื้อหา GC โดยใช้ CGView Server (Grant and Stothard 2008) เมื่อเทียบกับพืชที่ไม่ใช่ปรสิตของ

แอคทีโอไซด์ในcistancheสุขภาพของทูบูโลซ่าประโยชน์

Orobanchaceae Rehmannia glutinosa (NC_034308) ยีนที่คล้ายกับยีนเข้ารหัสโปรตีนที่รู้จัก แต่ถูกตัดทอนหรือมีการกลายพันธุ์ของเฟรมชิฟท์ตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไป จัดเป็น pseudogenes (Cusimano และ Wicke 2016; Xi et al. 2013) ผลการประกอบจีโนมและคำอธิบายประกอบถูกฝากไว้ใน GenBank โดยมีหมายเลขภาคยานุวัติ MN614130

พลาสซึมของค. ทูบูโลซามีความยาว 75,375 bp และแสดงโครงสร้างควอดริพาร์ไทต์ทั่วไป ซึ่งรวมถึง IRs คู่หนึ่ง (6593 bp) ที่คั่นด้วย LSC (32,470 bp) และบริเวณ SSC (29,719 bp) เนื้อหา GC ทั้งหมดเท่ากับ 34.95 เปอร์เซ็นต์ และภูมิภาค SSC มีเนื้อหา GC ที่สูงกว่า (38.00 เปอร์เซ็นต์ ) มากกว่าภูมิภาค IR (33.22 เปอร์เซ็นต์ ) และ LSC (32.86 เปอร์เซ็นต์ ) พลาสซึมของค. ทูบูโลซาเก็บยีนการเข้ารหัสโปรตีนไว้ 27 ยีนเก้ายีนกลายเป็นยีนเทียมและยีน 44 ยีนหายไปอย่างสมบูรณ์ ยีนทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการเข้ารหัสโปรตีนสังเคราะห์แสงถูกจำลองหรือสูญหายไป ซึ่งสนับสนุนวิถีชีวิตแบบโฮโลปาราซิติกของ C. tubulosa rRNA ทั้งสี่มีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในระดับสากลในภูมิภาค SSC ยังคงมี tRNA ทั้งหมด 24 ตัว และ tRNA มากถึงห้าตัวหายไปตลอดวิวัฒนาการ

เพื่อวิเคราะห์ตำแหน่งสายวิวัฒนาการของค. ทูบูโลซาภายในตระกูล Orobanchaceae ต้นไม้วิวัฒนาการระดับโมเลกุลถูกสร้างขึ้นโดยใช้ 36 สายพันธุ์ ลำดับโปรตีนที่ใช้ร่วมกันสิบสองลำดับถูกต่อกันและจัดตำแหน่งโดยใช้โปรแกรม ClustalW (Thompson et al. 2002) ต้นไม้สายวิวัฒนาการถูกสร้างขึ้นโดยใช้ซอฟต์แวร์ Randomized Accelerated Maximum Likelihood (RAxML) (Stamatakis 2014) และ ML

วิธีการ โดยมี Arabidopsis thaliana และ Nicotiana tabacum เป็นกลุ่มนอก ต้นไม้สายวิวัฒนาการแสดงให้เห็นว่าค. ทูบูโลซาและ C. phelypaea ถูกรวมกลุ่มเข้าด้วยกัน (รูปที่ 1)

CistancheDeserticola มีผลมากมายต่อไตโรค

คำชี้แจงการเปิดเผยข้อมูล

ผู้เขียนไม่ได้รายงานความขัดแย้งทางผลประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้น

เงินทุน

งานนี้ได้รับการสนับสนุนโดย National Natural Science Foundation of China [81473315, U1812403-1-1], the National Science & Technology Fundamental Resources Investigation Program of China [2018FY100701] และ CAMS Innovation Fund for Medical Sciences [{{4} }I2M-3-015] ซึ่งได้รับการตอบรับเป็นอย่างดี

คำชี้แจงความพร้อมใช้งานของข้อมูล

ข้อมูลที่สนับสนุนข้อค้นพบของการศึกษานี้ฝากไว้ใน GenBank โดยมีหมายเลขภาคยานุวัติ MN614130 https://www.ncbi.nlm. nih.gov/nuccore/MN614130.1/.

อ้างอิง

Bankevich A, Nurk S, Antipov D, Gurevich AA, Dvorkin M, Kulikov AS, Lesin VM, Nikolenko SI, Pham S, Prjibelski AD และอื่น ๆ 2012. SPAdes: อัลกอริธึมการประกอบจีโนมใหม่และการประยุกต์ใช้ในการจัดลำดับเซลล์เดียว เจ คอมพิวเตอร์ ไบโอล. 19(5):455–477.

ไมโทคอนเดรีย DNA PART B 2681

Cusimano N, Wicke S. 2016. การถ่ายโอนยีนภายในเซลล์จำนวนมากในระหว่างการลดจีโนมของ plastid ใน Orobanchaceae ที่ไม่เป็นสีเขียว นิวไฟทอล 210(2):680–693.

Fu Z, Fan X, Wang X, Gao X. 2018. Cistanches Herba: ภาพรวมของคุณสมบัติทางเคมี เภสัชวิทยา และเภสัชจลนศาสตร์ เจ เอธโนฟาร์มาคอล. 219:233–247.

Gao Y, Guo LN, Ma SC, Liu J, Zheng J, Zan K. 2019 การศึกษาเปรียบเทียบของ Cistanche สามชนิดตามโครมาโตแกรมจำเพาะของ UPLC และการกำหนดส่วนประกอบหลัก จงกั๋วจงเหยาซาจื่อ. 44(17):3749–3757.

Grant JR, Stothard P. 2008 เซิร์ฟเวอร์ CGView: เครื่องมือเปรียบเทียบจีโนมสำหรับจีโนมแบบวงกลม กรดนิวคลีอิก 36(เว็บเซิร์ฟเวอร์): W181–W184.

Lewis SE, Searle SMJ, Harris N, Gibson M, Iyer V, Richter J, Wiel C, Bayraktaroglu L, Birney E, Crosby MA และอื่น ๆ 2002 Apollo: ตัวแก้ไขคำอธิบายประกอบตามลำดับ จีโนม ไบโอล. 3(12): RESEARCH0082.

Lohse M, Drechsel O, Kahlau S, Bock R. 2013 OrganellarGenomeDRAW-ชุดเครื่องมือสำหรับสร้างแผนที่ทางกายภาพของจีโนมพลาสติดและยล และการแสดงชุดข้อมูลการแสดงออก กรดนิวคลีอิก 41(ปัญหาเว็บเซิร์ฟเวอร์): W575–W581

Morikawa T, Xie H, Pan Y, Ninomiya K, Yuan D, Jia X, Yoshikawa M, Nakamura S, Matsuda H, Muraoka O. 2019 การทบทวนผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพจากพืชทะเลทราย Cistanche tubulosa เคมีฟาร์มบูล. 67(7):675–689.

Shi L, Chen H, Jiang M, Wang L, Wu X, Huang L, Liu C. 2019. CPGAVAS2 ซึ่งเป็นเครื่องบันทึกและวิเคราะห์ลำดับพลาสโตมแบบบูรณาการ กรดนิวคลีอิก 47(W1): ส65–ส73

Stamatakis A. 2014. RAxML เวอร์ชัน 8: เครื่องมือสำหรับการวิเคราะห์สายวิวัฒนาการและหลังการวิเคราะห์ของสายวิวัฒนาการขนาดใหญ่ ชีวสารสนเทศศาสตร์ 30(9): 1312–1313.

ทอมป์สัน เจดี, กิ๊บสัน ทีเจ, ฮิกกินส์ ดีจี. 2002. การจัดตำแหน่งหลายลำดับโดยใช้ ClustalW และ ClustalX Curr Protoc ชีวสารสนเทศศาสตร์ บทที่ 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 ลำดับจีโนมคลอโรพลาสที่สมบูรณ์ของโฮโลพาราไซต์ Cistanche deserticola (Orobanchaceae) เผยให้เห็นการสูญเสียยีนและแนวนอน การถ่ายโอนยีนจากโฮสต์ของมัน Haloxylon ammodendron (Chenopodiaceae) ป.ล. หนึ่ง 8(3):e58747

Yong J, Peng-Fei T. 2009. การวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีใน Cistanche

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