Обширная потеря генов в пластоме голопаразитического растения Cistanche Tubulosa (Orobanchaceae)
Mar 04, 2022
Контактное лицо: Одри Ху Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Электронная почта:audrey.hu@wecistanche.com
Ванци Сюам, Хаймей Ченам, Ликсия Тиана, Мэй Цзянга, Цяоцяо Янга, Лицян Ванга, Башир Ахмадб и Линьфан Хуанга аКей
АННОТАЦИЯ
Обширная потеря фотосинтетических генов и быстрая скорость эволюции происходят в пластомах паразитических растений. Голопаразитическое растениеЦистанхе трубчатаяOrobanchaceae является важным лекарственным ресурсом, который распространен в засушливых районах. В этом исследовании был секвенирован, собран и проанализирован полный пластом C. Tubulosa. Общий пластом C. Tubulosa имел длину 75 375 п.н. и состоял из пары инвертированных повторов (IRs, 6 593 п.н.), большого однокопийного участка (LSC, 32 470 п.н.) и небольшого однокопийного участка (SSC, 29 719 п.н.). Он содержал 24 интактных гена, кодирующих белок, девять псевдогенов и 44 отсутствующих гена. Кроме того, все гены, кодирующие белки, связанные с фотосинтезом и производством энергии, были псевдогенизированы или утеряны. Четыре гена рРНК и 24 гена тРНК были интактными, тогда как пять генов тРНК отсутствовали. Филогенетическое дерево показало, что C. Tubulosa была тесно связана с C. phelypaea. Наши результаты могут улучшить понимание организации пластома, классификации и эволюции паразитических растений.
Orobanchaceae — это особое семейство, в которое входят растения всех уровней роста, состоящие из непаразитических, гемипаразитических и голопаразитических растений (Xi et al. 2013).Цистанхе трубчатая, холопаразитическое растение семейства Orobanchaceae, поглощает воду, а также органические и неорганические питательные вещества из корней своих хозяев. Цистанхе трубчатая традиционно используется в качестве питательных трав. Из C. Tubulosa было выделено множество соединений, в том числе фенилэтаноидные гликозиды, углеводы, лигнаны, иридоиды, эхинакозид, вербаскозид, хлорогеновая кислота, актеозид и лютеолиз (Yong and Peng-Fei 2009; Fu et al. 2018; Gao et al. 2019). Эти выделенные соединения продемонстрировали множество фармакологических эффектов, таких как нейропротекторное, иммуномодулирующее, омолаживающее, противовоспалительное, противоостеопорозное, гепатопротекторное, антиоксидантное, антибактериальное, противоопухолевое и улучшающее толерантность к глюкозе действие. Морикава и др., 2019). По сравнению с более чем 3000 пластомов автотрофных организмов, которые можно получить из базы данных Национального центра биотехнологической информации, данные о пластомах растений-паразитов ограничены. Чтобы изобразить характеристику потери генов и дать новое представление об общем эволюционном процессе, мы проанализировали пластом C. Tubulosa.
Свежие листья чешуи C. Tubulosa были собраны в префектуре Хотан (Синьцзян-Уйгурский автономный район), Китай (78°1203600 в.д., 36°1901200 с.ш.). Ваучерные образцы были депонированы в гербарии Института развития лекарственных растений Китайской академии медицинских наук Пекинского союзного медицинского колледжа (IMD) под инвентарными номерами XJ20170502. Приблизительно 500 нг ДНК использовали для создания библиотеки с размером вставки 400 п.н. и секвенировали в соответствии с инструкциями производителя для платформы HiSeq 4000. Чистые чтения с парными концами были отфильтрованы от всех пластомов растений, зарегистрированных в базе данных GenBank, с использованием BLASTn с порогом e-значения 1e — 5. Извлеченные чтения были собраны с помощью SPAdes (v. 3.10.1) (Банкевич и др.). др. 2012). Граничная область была подтверждена с использованием пар праймеров, охватывающих граничную область, с последующей ПЦР-амплификации областей и секвенированием по Сэнгеру продукции ПЦР. Гены были аннотированы с помощью веб-сервиса CpGAVAS2 (Shi et al. 2019) и отредактированы вручную с помощью редактора генома Apollo (Lewis et al. 2002). Круговая карта пластома была создана с использованием OrganellarGenomeDRAW (Lohse et al. 2013), а содержимое GC было проанализировано с использованием CGView Server (Grant and Stothard 2008). По сравнению с непаразитическим растением Orobanchaceae Rehmannia glutinosa (NC_034308), гены, которые были похожи на известные гены, кодирующие белок, но были укорочены или содержали одну или несколько мутаций сдвига рамки считывания, были классифицированы как псевдогены (Cusimano and Wicke 2016; Xi et al. др. 2013). Сборка генома и результаты аннотации были депонированы в GenBank под номерами доступа MN614130.
Пластом C. Tubulosa имел длину 75 375 п.н. и имел типичную четырехчастную структуру, включающую пару IR (6593 п.н.), разделенных участками LSC (32 470 п.н.) и SSC (29 719 п.н.). Общее содержание GC составляло 34,95 процента, а область SSC имела более высокое содержание GC (38,00 процента), чем область IR (33,22 процента) и LSC (32,86 процента). В пластоме C. Tubulosa сохранилось 27 интактных генов, кодирующих белок, девять генов стали псевдогенами, а 44 гена полностью отсутствовали. Все гены, связанные с кодированием фотосинтетических белков, были псевдогенизированы или утеряны, что подтверждает голопаразитический образ жизни C. Tubulosa. Все четыре рРНК были универсально локализованы в области SSC. Всего осталось 24 тРНК, и до пяти тРНК было потеряно в ходе эволюции.
Для анализа филогенетического положения C. Tubulosa в семействе Orobanchaceae было построено молекулярное эволюционное дерево с использованием 36 видов. Двенадцать общих белковых последовательностей были объединены и выровнены с использованием программы ClustalW (Thompson et al. 2002). Филогенетическое дерево было построено с использованием программного обеспечения рандомизированного ускоренного максимального правдоподобия (RAxML) (Stamatakis 2014) и метода ML с использованием Arabidopsis thaliana и Nicotiana tabacum в качестве внешних групп. Филогенетическое дерево показало, что C. Tubulosa и C. phelypaea были сгруппированы вместе (рис. 1).
чай цистанче
использованная литература
Банкевич А., Нурк С., Антипов Д., Гуревич А.А., Дворкин М., Куликов А.С., Лесин В.М., Николенко С.И., Фам С., Пржибельский А.Д., и соавт. 2012. SPAdes: новый алгоритм сборки генома и его приложения для секвенирования отдельных клеток. J Компьютерная биология. 19(5):455–477.
Cusimano N, Wicke S. 2016. Массивный внутриклеточный перенос генов во время редукции пластидного генома у незеленых Orobanchaceae. Новый Фитол. 210 (2): 680–693.
Фу Зи, Фан Икс, Ван Икс, Гао Икс. 2018.Цистанх Херба: обзор его химических, фармакологических и фармакокинетических свойств. J Этнофармакол. 219: 233–247.
Gao Y, Guo LN, Ma SC, Liu J, Zheng J, Zan K. 2019. Сравнительные исследования трех видов Cistanche на основе хроматограммы, специфичной для UPLC, и определения основных компонентов. Чжунго Чжун Яо За Чжи. 44 (17): 3749–3757.
Грант Дж. Р., Стотард П. 2008. Сервер CGView: инструмент сравнительной геномики для кольцевых геномов. Нуклеиновые Кислоты Res. 36 (веб-сервер): W181–W184.
Льюис С.Э., Сирл С.М.Дж., Харрис Н., Гибсон М., Айер В., Рихтер Дж., Вил С., Байрактароглу Л., Бирни Э., Кросби М.А. и соавт. 2002. Apollo: редактор аннотаций последовательности. Геном биол. 3(12): ИССЛЕДОВАНИЕ0082.
Lohse M, Drechsel O, Kahlau S, Bock R. 2013. OrganellarGenomeDRAW — набор инструментов для создания физических карт пластидных и митохондриальных геномов и визуализации наборов данных экспрессии. Нуклеиновые Кислоты Res. 41 (проблема с веб-сервером): W575–W581.
Морикава Т., Се Х., Пан Ю., Ниномия К., Юань Д., Цзя Х., Йошикава М., Накамура С., Мацуда Х., Мураока О. 2019. Обзор биологически активных натуральных продуктов из пустынизаводЦистанхе трубчатая. Хим Фарм Бык. 67 (7): 675–689.
Shi L, Chen H, Jiang M, Wang L, Wu X, Huang L, Liu C. 2019. CPGAVAS2, интегрированный аннотатор и анализатор последовательностей пластомов. Нуклеиновые Кислоты Res. 47(В1): В65–В73.
Стаматакис А. 2014. RAxML версии 8: инструмент для филогенетического анализа и пост-анализа больших филогений. Биоинформатика. 30 (9): 1312–1313.
Томпсон Дж.Д., Гибсон Т.Дж., Хиггинс Д.Г. 2002. Множественное выравнивание последовательностей с использованием 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. Полная последовательность хлоропластного генома голопаразитаЦистанхе пустынная(Orobanchaceae) обнаруживает потерю генов и горизонтальный перенос генов от своего хозяина Haloxylon ammodendron (Chenopodiaceae). ПЛОС Один. 8(3):e58747
Yong J, Peng-Fei T. 2009. Анализ химических компонентов видов Cistanche. Дж. Хроматогр А. 1216(11):1970–1979.
