Extensa pérdida de genes en el plastoma de la planta holoparásita Cistanche Tubulosa (Orobanchaceae)

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

Para citar este artículo: 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 y LinFang Huanga

aLaboratorio de Investigación Clave de Protección de Recursos de Medicina Tradicional China del Ministerio de Educación, Centro de Investigación de Ingeniería de Recursos de Medicina China, Administración Nacional de Medicina Tradicional China, Instituto de Desarrollo de Plantas Medicinales, Academia China de Ciencias Médicas, Facultad de Medicina de la Unión de Pekín, Beijing, China; mejor para Biotecnología y Microbiología, Universidad de Peshawar, Peshawar, Pakistán

RESUMEN

En los plastomas de las plantas parásitas se produce una gran pérdida de genes fotosintéticos y una rápida tasa de evolución. La planta holoparásitaCistanche tubulosade Orobanchaceae es un importante recurso medicinal que se distribuye en zonas áridas. En este estudio, el plastoma completo deC. tubulosaha sido secuenciado, ensamblado y analizado. El plastoma total deC. tubulosatenía una longitud de 75 375 pb y consistía en un par de repeticiones invertidas (IR, 6593 pb), una región grande de copia única (LSC, 32 470 pb) y una región pequeña de copia única (SSC, 29 719 pb). Contenía 24 genes codificadores de proteínas intactos, nueve pseudogenes y 44 genes faltantes. Además, todos los genes que codifican proteínas, que estaban relacionados con la fotosíntesis y la producción de energía, se pseudogenizaron o se perdieron. Cuatro genes de ARNr y 24 genes de ARNt estaban intactos, mientras que faltaban cinco genes de ARNt. El árbol filogenético indica queC. tubulosaestaba estrechamente relacionado con C. phelypaea. Nuestros resultados pueden mejorar la comprensión de la organización, clasificación y evolución de los plastomas de las plantas parásitas.

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Orobanchaceae es una familia especial que comprende plantas de comportamiento de crecimiento de todos los niveles que consisten en plantas no parásitas, hemiparásitas y holoparásitas (Xi et al. 2013).Cistanchetubulosa, una planta holoparásita de las Orobanchaceae, absorbe agua y nutrientes orgánicos e inorgánicos de las raíces de sus huéspedes.Cistanche tubulosase utiliza tradicionalmente como hierbas nutritivas. Se han aislado muchos compuestos de C. tubulosa, incluidos glucósidos feniletanoides, carbohidratos, lignanos, iridoides,echinacósido, verbascoside, ácido clorogénico, acteósido y luteólisis (Yong y Peng-Fei 2009; Fu et al. 2018; Gao et al. 2019). Estos compuestos aislados han exhibido abundantes efectos farmacológicos, tales como efectos neuroprotectores, inmunomoduladores, antisenescencia, antiinflamatorios, antiosteoporóticos, hepatoprotectores, antioxidantes, antibacterianos, antitumorales y mejoradores de la tolerancia a la glucosa ( Morikawa et al. 2019). En comparación con los más de 3000 plastomas de organismos autótrofos que se pueden obtener de la base de datos del Centro Nacional de Información Biotecnológica, los datos de los plastomas de plantas parásitas son limitados. Para representar la característica de las pérdidas de genes y proporcionar nuevos conocimientos sobre el proceso evolutivo general, analizamos el plastoma de C. tubulosa.

Cistanchedeserticola tiene muchos efectos sobre elinmunesistema

Hojas frescas de escamas deC. tubulosase recolectaron de la Prefectura de Hotan (Región Autónoma de Xinjiang Uygur), China (78○1203600E, 36○1901200N). Los especímenes de prueba se depositaron en el herbario del Instituto de Desarrollo de Plantas Medicinales, Academia China de Ciencias Médicas, Facultad de Medicina de la Unión de Pekín (IMD), con números de acceso XJ20170502. Se usaron aproximadamente 500 ng de ADN para construir una biblioteca con un tamaño de inserción de 400 pb y se secuenciaron de acuerdo con las instrucciones del fabricante para la plataforma HiSeq 4000. Las lecturas limpias de extremos emparejados se filtraron contra todos los plastomas de plantas registrados en la base de datos GenBank usando BLASTn con un valor de corte de 1e — 5. Las lecturas extraídas se ensamblaron usando SPAdes (v. 3.10.1) (Bankevich et al. 2012). La región límite se validó utilizando pares de cebadores que abarcaban la región límite seguido de amplificación por PCR de las regiones y secuenciación de Sanger de la producción de PCR. Los genes se anotaron con el servicio web CpGAVAS2 (Shi et al. 2019) y se editaron manualmente con el editor de genoma Apollo (Lewis et al. 2002). El mapa circular del plastoma se generó con OrganellarGenomeDRAW (Lohse et al. 2013) y el contenido de GC se analizó con CGView Server (Grant y Stothard 2008). En comparación con la planta no parásita de

Acteósidoencistanchesalud tubulosabeneficios

Orobanchaceae Rehmannia glutinosa (NC_034308), genes que eran similares a los genes codificadores de proteínas conocidos pero truncados o contenían una o más mutaciones de cambio de marco, se clasificaron como pseudogenes (Cusimano y Wicke 2016; Xi et al. 2013). Los resultados de ensamblaje y anotación del genoma se depositaron en GenBank, con números de acceso MN614130.

El plastoma deC. tubulosatenía una longitud de 75 375 pb y mostraba una estructura cuatripartita típica, que incluía un par de IR (6593 pb) separados por la región LSC (32 470 pb) y SSC (29 719 pb). El contenido total de GC fue del 34,95 por ciento y la región SSC tuvo un contenido de GC más alto (38,00 por ciento) que la región IR (33,22 por ciento) y LSC (32,86 por ciento). El plastoma deC. tubulosaretuvo 27 genes codificantes de proteínas intactos, nueve genes se convirtieron en pseudogenes y 44 genes faltaban por completo. Todos los genes relacionados con la codificación de proteínas fotosintéticas se pseudogenizaron o se perdieron, lo que respalda el estilo de vida holoparásito de C. tubulosa. Los cuatro rRNA se localizaron universalmente en la región SSC. Quedaron un total de 24 ARNt y se perdieron hasta cinco ARNt a lo largo de la evolución.

Analizar la posición filogenética deC. tubulosadentro de la familia Orobanchaceae, se construyó un árbol evolutivo molecular utilizando 36 especies. Se concatenaron y alinearon doce secuencias de proteínas compartidas usando el programa ClustalW (Thompson et al. 2002). El árbol filogenético se construyó utilizando el software Randomized Accelerated Maximum Likelihood (RAxML) (Stamatakis 2014) y el ML

método, con Arabidopsis thaliana y Nicotiana tabacum como grupos externos. El árbol filogenético mostró queC. tubulosay C. phelypaea se agruparon (Figura 1).

Cistanchedeserticola tiene muchos efectos sobreriñónenfermedad

Declaración de divulgación

Los autores no informaron ningún posible conflicto de intereses.

Fondos

Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China [81473315, U1812403-1-1], el Programa Nacional de Investigación de Recursos Fundamentales de Ciencia y Tecnología de China [2018FY100701] y el Fondo de Innovación CAMS para Ciencias Médicas [{{4} }I2M-3-015], que agradecemos.

Declaración de disponibilidad de datos

Los datos que respaldan los hallazgos de este estudio están depositados en GenBank, con números de acceso MN614130. https://www.ncbi.nlm. nih.gov/nuccore/MN614130.1/.

Referencias

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