Omfattande genförlust i plastomen hos Holoparasitic Plant Cistanche Tubulosa (Orobanchaceae)

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

För att citera denna artikel: 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 och LinFang Huanga

aKey Research Laboratory of Traditional Chinese Medicine Resources Skydd från utbildningsministeriet, Engineering Research Centre of Chinese Medicine, National Administration of Traditional Chinese Medicine, Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Sciences, Peking Union Medical College, Peking, Kina; bättre för bioteknik och mikrobiologi, University of Peshawar, Peshawar, Pakistan

ABSTRAKT

Omfattande fotosyntetisk genförlust och snabb evolutionär hastighet förekommer i plastomerna hos parasitiska växter. Den holoparasitiska växtenCistanche tubulosaav Orobanchaceae är en viktig medicinsk resurs som finns fördelad i torra områden. I denna studie, den kompletta plastomen avC. tubulosahar sekvenserats, satts ihop och analyserats. Den totala plastomen avC. tubulosavar 75 375 bp lång, bestående av ett par inverterade upprepningar (IRs, 6 593 bp), en stor enkelkopiaregion (LSC, 32 470 bp) och en liten enkelkopiaregion (SSC, 29 719 bp). Den innehöll 24 intakta proteinkodande gener, nio pseudogener och 44 saknade gener. Dessutom pseudogeniserades eller förlorades alla proteinkodande gener, som var relaterade till fotosyntes och energiproduktion. Fyra rRNA-gener och 24 tRNA-gener var intakta medan fem tRNA-gener saknades. Det fylogenetiska trädet indikerade detC. tubulosavar nära besläktad med C. phelypaea. Våra resultat kan förbättra förståelsen av plastomorganisationen, klassificeringen och utvecklingen av parasitiska växter.

För mer information vänligen kontakta:Joanna.jia@wecistanche.com

Cistanche deserticola har många effekter, klicka här för att veta mer

Orobanchaceae är en speciell familj som omfattar växter på alla nivåer av tillväxtbeteende bestående av icke-parasitiska, hemiparasitiska och holoparasitiska växter (Xi et al. 2013).Cistanchetubulosa, en holoparasitisk växt av Orobanchaceae, absorberar vatten och organisk och oorganisk näring från sina värdars rötter.Cistanche tubulosaanvänds traditionellt som närande örter. Många föreningar har isolerats från C. tubulosa, inklusive fenyletanoidglykosider, kolhydrater, lignaner, iridoider,echinakosid, verbascoside, klorogensyra, akteosid och luteolys (Yong och Peng-Fei 2009; Fu et al. 2018; Gao et al. 2019). Dessa isolerade föreningar har uppvisat rikliga farmakologiska effekter, såsom neuroprotektiva, immunmodulerande, anti-åldrande, antiinflammatoriska, anti-osteoporos, leverskydd, antioxidativa, antibakteriella, antitumör- och glukostoleransförbättrande effekter ( Morikawa et al. 2019). Jämfört med de mer än 3000 plastomerna av autotrofa organismer som kan erhållas från National Center for Biotechnology Information-databasen, är data från plastomerna från parasitväxter begränsade. För att skildra egenskaperna hos genförluster och ge nya insikter i den övergripande evolutionsprocessen, analyserade vi plastomen hos C. tubulosa.

Cistanchedeserticola har många effekter påimmunsystemet

Färska fjällblad avC. tubulosasamlades in från Hotan Prefecture (Xinjiang Uygur autonoma regionen), Kina (78○1203600E, 36○1901200N). Kupongproven deponerades i herbariet hos Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Sciences, Peking Union Medical College (IMD), med accessionsnummer XJ20170502. Ungefär 500 ng DNA användes för att konstruera ett bibliotek med en insättningsstorlek på 400 bp och sekvenserades enligt tillverkarens instruktioner för HiSeq 4000-plattformen. De rena avläsningarna av parade ändar filtrerades mot alla plastomer från växter som registrerats i GenBank-databasen genom att använda BLASTn med ett värde cutoff på 1e - 5. De extraherade avläsningarna sattes ihop med hjälp av SPAdes (v. 3.10.1) (Bankevich et al. 2012). Gränsregionen validerades med användning av primerpar som spänner över gränsregionen följt av PCR-amplifiering av regionerna och Sanger-sekvensering av PCR-produktionen. Gener kommenterades med hjälp av webbtjänsten CpGAVAS2 (Shi et al. 2019) och redigerades manuellt med hjälp av Apollo genomredigerare (Lewis et al. 2002). Cirkelkartan för plastom genererades med hjälp av OrganellarGenomeDRAW (Lohse et al. 2013), och GC-innehåll analyserades med CGView Server (Grant och Stothard 2008). I jämförelse med den icke-parasitiska växten av

Akteosidicistanchetubulosa hälsafördelar

Orobanchaceae Rehmannia glutinosa (NC_034308), gener som liknade kända proteinkodande gener men trunkerade eller innehöll en eller flera ramförskjutningsmutationer, klassificerades som pseudogener (Cusimano och Wicke 2016; Xi et al. 2013). Genomsammansättningen och anteckningsresultaten deponerades i GenBank, med accessionsnummer MN614130.

Plastomen avC. tubulosavar 75 375 bp lång och visade en typisk fyrdelad struktur, inklusive ett par IR (6593 bp) åtskilda av LSC (32 470 bp) och SSC (29 719 bp) regioner. Det totala GC-innehållet var 34,95 procent och SSC-regionen hade ett högre GC-innehåll (38,00 procent) än IR- (33,22 procent) och LSC-regionen (32,86 procent). Plastomen avC. tubulosabehöll 27 intakta proteinkodande gener, nio gener blev pseudogener och 44 gener saknades helt. Alla gener relaterade till kodande för fotosyntetiska proteiner pseudogeniserades eller förlorades, vilket stöder den holoparasitiska livsstilen hos C. tubulosa. Alla fyra rRNA var universellt lokaliserade i SSC-regionen. Totalt 24 tRNA återstod, och upp till fem tRNA gick förlorade under hela evolutionen.

Att analysera den fylogenetiska positionen förC. tubulosainom familjen Orobanchaceae konstruerades ett molekylärt evolutionärt träd med hjälp av 36 arter. Tolv delade proteinsekvenser sammanlänkades och anpassades med hjälp av ClustalW-programmet (Thompson et al. 2002). Det fylogenetiska trädet konstruerades med programvaran Randomized Accelerated Maximum Likelihood (RAxML) (Stamatakis 2014) och ML

metod, med Arabidopsis thaliana och Nicotiana tabacum som utgrupper. Det fylogenetiska trädet visade detC. tubulosaoch C. phelypaea grupperades tillsammans (Figur 1).

Cistanchedeserticola har många effekter pånjuresjukdom

Avslöjande uttalande

Ingen potentiell intressekonflikt rapporterades av författaren/författarna.

Finansiering

Detta arbete stöddes av National Natural Science Foundation of China [81473315, U1812403-1-1], National Science & Technology Fundamental Resources Investigation Program of China [2018FY100701] och CAMS Innovation Fund for Medical Sciences [{{4} }I2M-3-015], som tackas tacksamt.

Datatillgänglighetsförklaring

Data som stöder resultaten av denna studie är deponerade i GenBank, med åtkomstnummer MN614130. https://www.ncbi.nlm. nih.gov/nuccore/MN614130.1/.

Referenser

Bankevich A, Nurk S, Antipov D, Gurevich AA, Dvorkin M, Kulikov AS, Lesin VM, Nikolenko SI, Pham S, Prjibelski AD, et al. 2012. SPAdes: en ny genomsammansättningsalgoritm och dess tillämpningar för encellssekvensering. J Comput Biol. 19(5):455–477.

MITOKONDRIELLT DNA DEL B 2681

Cusimano N, Wicke S. 2016. Massiv intracellulär genöverföring under plastidgenomminskning i icke-gröna Orobanchaceae. Ny Phytol. 210(2):680–693.

Fu Z, Fan X, Wang X, Gao X. 2018. Cistanches Herba: en översikt över dess kemi, farmakologi och farmakokinetiska egenskaper. J Etnopharmacol. 219:233–247.

Gao Y, Guo LN, Ma SC, Liu J, Zheng J, Zan K. 2019. Jämförande studier av tre Cistanche-arter baserade på UPLC-specifikt kromatogram och bestämning av huvudkomponenter. Zhongguo Zhong Yao Za Zhi. 44(17):3749–3757.

Grant JR, Stothard P. 2008. CGView Server: ett jämförande genomikverktyg för cirkulära genom. Nucleic Acids Res. 36(webbserver): 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: en sekvenskommentarredigerare. Genome Biol. 3(12): RESEARCH0082.

Lohse M, Drechsel O, Kahlau S, Bock R. 2013. OrganellarGenomeDRAW-en svit av verktyg för att generera fysiska kartor över plastid- och mitokondriella genom och visualisera uttrycksdatauppsättningar. Nucleic Acids Res. 41 (webbserverproblem): W575–W581.

Morikawa T, Xie H, Pan Y, Ninomiya K, Yuan D, Jia X, Yoshikawa M, Nakamura S, Matsuda H, Muraoka O. 2019. En recension av biologiskt aktiva naturliga produkter från en ökenväxt 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, en integrerad plastomsekvensannotator och analysator. Nucleic Acids Res. 47(W1): W65–W73.

Stamatakis A. 2014. RAxML version 8: ett verktyg för fylogenetisk analys och efteranalys av stora fylogenier. Bioinformatik. 30(9): 1312–1313.

Thompson JD, Gibson TJ, Higgins DG. 2002. Multipelsekvensanpassning med ClustalW och ClustalX. Curr Protoc Bioinformatik. Kapitel 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. Komplett kloroplastgenomsekvens av holoparasit Cistanche deserticola (Orobanchaceae) avslöjar genförlust och horisontell genöverföring från dess värd Haloxylon ammodendron (Chenopodiaceae). PLoS One. 8(3):e58747

Yong J, Peng-Fei T. 2009. Analys av kemiska beståndsdelar i Cistanche

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