2.6 Análise de DEGs relacionados ao metabolismo e acumulação de polissacarídeos

Cistanche Deserticolacontém principalmenteglicose, galactose, frutose, ramnose, arabinose e manosecomo seus principais monossacarídeos. Esses monossacarídeos passam por catálise porglicosiltransferasese outras enzimas para sintetizarCistânquiaPolissacarídeos.

 

Cistanche Deserticola

 

Este estudo analisou oCaminhos de metabolismo do polissacarídeoe oDegs enriquecidos nessas viasemCistanche Deserticolade diferentes plantas hospedeiras. Através da análise do seguinteCaminhos Kegg, foram identificadas enzimas e genes importantes na biossíntese de polissacarídeos:

Metabolismo de galactose (KO00052)

Metabolismo de manose e frutose (KO00051)

Metabolismo de açúcar de açúcar e nucleotídeo amino (KO00520)

Metabolismo de amido e sacarose (KO00500)

Um total de13 enzimas relacionadas à biossíntese de polissacarídeose vários genes enzimáticos importantes foram identificados, incluindo:

-Amilase (BAM)

Glicose -1- fosfato adenililtransferase (GLGC)

Hexoquinase (HK)

-Fructofuranosidase (SACA)

Sacarose-fosfato hidrolase (spp)

Glicose -6- fosfato isomerase (GPI)

UDP-glicose desidrogenase (UGDH)

Manose -1- fosfato guaniltransferase (gmpp)

Galactinol sintase (GOLS)

-Galactosidase (lacZ)

Manose -6- fosfato isomerase (mpi)

UDP-glucuronato descarboxilase (UXS)

Fosfofructoquinase dependente de pirofosfato (PFP)

Essas enzimas desempenham papéis significativos noBiossíntese deCistânquiaPolissacarídeos.

A Mapa de calor de cluster hierárquicofoi gerado usando dados de expressão de DEG processados ​​porDeseq2. Os resultados mostraram umdiferença significativana expressão gênica entreHaloxilon-Cistânquiae ATRPLEX-Cistânquia. Especificamente:

Haloxilon-Cistânquiaexibidoexpressão significativamente maiordeSaca, HK e Lacz.

Atriplex-Cistânquiaexibidoexpressão significativamente maiordeUGDH, GMPP e GOLS.

Cistanche Deserticola

 

2.7 Validação qRT-PCR

Para verificar oConfiabilidade dos dados de sequenciamento do transcriptoma, QRT-PCRfoi realizado usandoActb(-actina) como umGene de limpeza. SeisGenes enzimáticos -chaveenvolvido emCistânquiaA biossíntese de polissacarídeos foi selecionada aleatoriamente para validação.

Os resultados da qRT-PCR foram expressos comolog₂ (fc)e mostrou que opadrões de expressão de DEGs em diferentes derivados de hospedeiroCistânquiaforam consistentes com os resultados do sequenciamento do transcriptoma:

GMPP, PFP e UGDH foram regulados positivamente.

Lacz foi regulado negativamente.

Essas descobertas confirmam oalta confiabilidade dos dados do transcriptoma, apoiando a precisão da análise de expressão gênica diferencial emCistanche Deserticola.

3 discussão e conclusão

Cistanche Deserticolaé uma planta medicinal perene doOrobanchaceaefamília. Devido ao seuambiente de crescimento únicoealto valor medicinal, é conhecido como o"Ginseng do deserto."Isso écompostos bioativosincluir principalmenteglicosídeos feniletanóides, flavonóides, polissacarídeos e betaína[9]. Atualmente, a pesquisa sobre esta planta medicinal se concentrou principalmente emingredientes ativos e efeitos farmacológicos, enquanto estuda nonível genéticopermanecer limitado. Em particular, existempoucos relatóriosnoAnálise genética de diferenças metabólicasempolissacarídeos, flavonóides e glicosídeos feniletanóides.

OAnotação do banco de dados NRde Unigenes indicaram queCistanche Deserticola, qualnão tem um genoma de referência, está mais intimamente relacionado aPaulownia(Scrophulariaceae), uma planta com um genoma sequenciado [10]. Análise de expressão diferencial dos unigenes anotados identificados14.089 genes expressos significativamente diferencialmente (DEGs). Isso sugere que otranscriptomos deCistanche DeserticolaparasitandoAmmodendro de HaloxyloneAtriplex canescensexibir diferenças significativas, provavelmente devido avariações no metabolismo da planta hospedeiraeComunidades microbianas da rizosfera [11].

NoBanco de dados KEGG, 3.998 Unigenesforam mapeados117 vias metabólicas, entre os quais1.386 grausforam enriquecidos em vias relacionadas aoBiossíntese de polissacarídeos, ácidos graxos, aminoácidos e flavonóides. Esses genes estão envolvidos em diferentesProdutos metabólicos deCistanche Deserticolae regular oacumulação de polissacarídeos e flavonóides. Diferenças emPadrões de enriquecimento e níveis de expressão em diferentes plantas hospedeiraslevar aVariações nas funções biológicas e no metabolismo do composto ativo [12].

Este estudo identificou20 gs codificando 13 enzimas principaisenvolvido emBiossíntese de polissacarídeosnoCistanche Deserticolatranscriptoma. Essas enzimas e degsRegular os processos-chave na biossíntese de sacarose, glicose, frutose e polissacarídeos derivados de galactose. Emvias metabólicas relacionadas ao polissacarídeo, incluindoMetabolismo da galactoseeMetabolismo de amido-sucrose, principais enzimas comolacz, saca, bam, hk, spp e ugdhforam identificados.

EmHaloxilon-parasitizarCistanche Deserticola, oníveis de expressão de saca, hk e laczforam significativamentemais altodo que emAtriplex-parasitizarCistanche Deserticola.

Por outro lado, oníveis de expressão de UGDH, GMPP e GOLSforam significativamentemais altoemAtriplex-parasitizarCistanche Deserticola.

Estudos transcriptômicos fornecem informações mais profundas sobre o crescimento, desenvolvimento e acumulação de metabólitos secundários de plantas e acumulação[13]. Estudos anteriores usaram transcriptômica para analisarCaminhos de biossíntese de polissacarídeosemCodonopsis Pilosula, Poria Cocos, Lycium Barbarum, Dioscorea Opposita, Polygonatum sibiricum, Polygonatum cyrtonema e Dendrobium officinale[14]. Além disso, as técnicas transcriptômicas foram amplamente aplicadas para estudarMetabolismo de carboidratos em batatas, melões e mulberries [15-16].

Por exemplo:

Ji et al.[17] analisaram a correlação entreAcumulação de polissacarídeos e características transcriptômicasem diferentetecidos deCodonopsis pilosula. Eles encontraram issosacarose -1- fructosiltransferase (1- sst) e fructan -1- exohydrolase (1- feh), principais enzimas envolvidas emBiossíntese de Frutan, eramaltamente expresso nas raízes, sugerindo que essas enzimas são asreguladores primáriosdoalto teor de polissacarídeo emCodonopsis pilosularaízes, conforme confirmado por análise de HPLC.

Tao e outros.[18] conduzidoSequenciamento de transcriptomapara identificarGenes enzimáticos -chaveafetandoconteúdo de polissacarídeoem três diferentesEspécies Polygonatum (P. Kingianum, P. sibiricum, eP. Cyrtonema). Eles encontraram isso-fructofuranosidase (SACA) Expressãoeracorrelacionado positivamentecomconteúdo de polissacarídeo, e issoSacaaçõessemelhanças estruturais e funcionaiscomfrutosiltransferases, tornando -o umfator -chave que influencia a variação de polissacarídeo entre as espécies de Polygonatum.

Liu et al.[19] Combinadotranscriptômica e metabolômicaPara explorar o porquêtetraplóideDendrobium officinaletem maior teor de polissacarídeo do que diplóideDendrobium officinale. O estudo deles revelou queFamílias de genes Cesa/CSL, Sweet e BGLUeramsignificativamente reguladoemplantas tetraplóides, indicando issoAlta expressão desses degs acumulando o acúmulo de polissacarídeos.

Ma et al.[20] analisou oMecanismos regulatórios da biossíntese de polissacarídeos da parede celularemLycium BarbarumdeQinghai, Gansu e Ningxia. Comparado a Qinghai e Gansu,Ningxia cultivadaL. Barbarumtiveconteúdo significativamente maior de galactose na parede celular, provavelmente devido aomaior expressão de genes de pectato liase e pectinesterase.

Lu et al.[21] conduzidoSequenciamento de transcriptomaem trêsEspécies Polygonatum (P. Cyrtonema, P. sibiricum, eP. Kingianum), analisandoOs principais genes enzimáticos nas vias de biossíntese de polissacarídeos. Eles identificaram135 graus codificando 18 enzimas principais, com13 genes (incluindo GMPP, MPI, SACA e Frutokinase SCRK) mostrando os níveis de expressão mais altos emPolygonatum cyrtonema.

Este estudo expande o entendimento deMetabolismo de polissacarídeos em plantas medicinais parasitasporCom base em pesquisas anteriores sobre diferentes espécies de plantas medicinais e suas vias metabólicas. Ele fornece areferência valiosaPara mais investigações sobre oMecanismos regulatórios do metabolismo de polissacarídeos em plantas medicinais dependentes do hospedeiro [22].

Atualmente,Pesquisa de sequenciamento de alto rendimentoCistanche DeserticolaO transcriptoma permanece em seus estágios iniciais. Este estudo conduziu umAnálise abrangente de expressão gênicadeCistanche Deserticolaparasita em duas plantas hospedeiras diferentes eGenes enzimáticos -chave identificados envolvidos no metabolismo do polissacarídeo. Essas descobertas têmimplicações importantespara oSeleção e avaliação de novas plantas hospedeiras paraCistanche Deserticolaefornecer uma base teórica para o estudo da regulação molecular da biossíntese de polissacarídeos e a melhoria genética deCistanche Deserticola.