Extensa Perda de Genes no Plastomo da Planta Holoparasita Cistanche Tubulosa (Orobanchaceae)

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Wanqi Xuam, Haimei Chenam, Lixia Tiana, Mei Jianga, Qiaoqiao Yanga, Liqiang Wanga, Bashir Ahmadb e LinFang Huanga aKey

ABSTRATO

Extensa perda de genes fotossintéticos e rápida taxa evolutiva ocorrem nos plastomas de plantas parasitas. A planta holoparasitaCistanche tubulosade Orobanchaceae é um importante recurso medicinal que se distribui em áreas áridas. Neste estudo, o plastoma completo de C. tubulosa foi sequenciado, montado e analisado. O plastoma total de C. tubulosa tinha 75.375 pb de comprimento, consistindo em um par de repetições invertidas (IRs, 6.593 pb), uma grande região de cópia única (LSC, 32.470 pb) e uma pequena região de cópia única (SSC, 29.719 pb). Continha 24 genes codificadores de proteínas intactos, nove pseudogenes e 44 genes ausentes. Além disso, todos os genes codificadores de proteínas, relacionados à fotossíntese e à produção de energia, foram pseudogenizados ou perdidos. Quatro genes de rRNA e 24 genes de tRNA estavam intactos, enquanto cinco genes de tRNA estavam faltando. A árvore filogenética indicou que C. tubulosa estava intimamente relacionada com C. phelypaea. Nossos resultados podem melhorar a compreensão da organização do plastoma, classificação e evolução de plantas parasitas.

Cistanche tubulosa

Orobanchaceae é uma família especial que compreende plantas de comportamento de crescimento em todos os níveis, consistindo de plantas não parasitárias, hemiparasitárias e holoparasitárias (Xi et al. 2013).Cistanche tubulosa, uma planta holoparasitária da família Orobanchaceae, absorve água e nutrição orgânica e inorgânica das raízes de seus hospedeiros. Cistanche tubulosa é tradicionalmente usado como ervas nutritivas. Muitos compostos foram isolados de C. tubulosa, incluindo glicosídeos feniletanoides, carboidratos, lignanas, iridóides, echinacoside, verbascoside, ácido clorogênico, acteoside e luteólise (Yong e Peng-Fei 2009; Fu et al. 2018; Gao et al. . 2019). Esses compostos isolados exibiram efeitos farmacológicos abundantes, como neuroprotetores, imunomoduladores, anti-senescência, anti-inflamatórios, anti-osteoporose, hepatoproteção, antioxidantes, antibacterianos, antitumorais e de melhora da tolerância à glicose. Morikawa et al. 2019). Em comparação com os mais de 3.000 plastomas de organismos autotróficos que podem ser obtidos no banco de dados do Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia, os dados dos plastomas de plantas parasitas são limitados. Para descrever a característica das perdas gênicas e fornecer novos insights sobre o processo evolutivo geral, analisamos o plastoma de C. tubulosa.

Extrato de Cistanche

Folhas de escamas frescas de C. tubulosa foram coletadas da Prefeitura de Hotan (Região Autônoma de Xinjiang Uygur), China (78○1203600E, 36○1901200N). Os espécimes de comprovante foram depositados no herbário do Instituto de Desenvolvimento de Plantas Medicinais, Academia Chinesa de Ciências Médicas, Peking Union Medical College (IMD), com números de acesso XJ20170502. Aproximadamente 500 ng de DNA foram usados ​​para construir uma biblioteca com um tamanho de inserção de 400 pb e sequenciado de acordo com as instruções do fabricante para a plataforma HiSeq 4000. As leituras limpas de extremidade pareada foram filtradas contra todos os plastomas de plantas registrados no banco de dados GenBank usando BLASTn com um valor de corte de 1e - 5. As leituras extraídas foram montadas usando SPAdes (v. 3.10.1) (Bankevich et al. 2012). A região de fronteira foi validada usando pares de primers abrangendo a região de fronteira seguida de amplificação por PCR das regiões e sequenciamento de Sanger da produção de PCR. Os genes foram anotados usando o serviço web CpGAVAS2 (Shi et al. 2019) e editados manualmente usando o editor de genoma Apollo (Lewis et al. 2002). O mapa circular do plastoma foi gerado usando OrganellarGenomeDRAW (Lohse et al. 2013), e o conteúdo de GC foi analisado usando CGView Server (Grant e Stothard 2008). Em comparação com a planta não parasitária de Orobanchaceae Rehmannia glutinosa (NC_034308), genes que eram semelhantes a genes codificadores de proteínas conhecidos, mas truncados ou continham uma ou mais mutações de deslocamento de quadro, foram classificados como pseudogenes (Cusimano e Wicke 2016; Xi et al. 2013). Os resultados da montagem e anotação do genoma foram depositados no GenBank, com os números de acesso MN614130.

Extrato de Cistanche tubulosa

O plastoma de C. tubulosa tinha 75.375 pb de comprimento e apresentava uma estrutura quadripartida típica, incluindo um par de IRs (6.593 pb) separados pela região LSC (32.470 pb) e SSC (29.719 pb). O conteúdo total de GC foi de 34,95 por cento e a região SSC teve um conteúdo de GC maior (38,{10}} por cento) do que a região de IR (33,22 por cento) e LSC (32,{14}} por cento). O plastoma de C. tubulosa reteve 27 genes codificadores de proteínas intactos, nove genes tornaram-se pseudogenes e 44 genes estavam completamente ausentes. Todos os genes relacionados à codificação de proteínas fotossintéticas foram pseudogenizados ou perdidos, o que sustenta o estilo de vida holoparasitário de C. tubulosa. Todos os quatro rRNAs foram universalmente localizados na região SSC. Um total de 24 tRNAs permaneceu e até cinco tRNAs foram perdidos ao longo da evolução.

Para analisar a posição filogenética de C. tubulosa dentro da família Orobanchaceae, uma árvore evolutiva molecular foi construída com 36 espécies. Doze sequências de proteínas compartilhadas foram concatenadas e alinhadas usando o programa ClustalW (Thompson et al. 2002). A árvore filogenética foi construída usando o software Randomized Accelerated Maximum Likelihood (RAxML) (Stamatakis 2014) e o método ML, tendo Arabidopsis thaliana e Nicotiana tabacum como grupos externos. A árvore filogenética mostrou que C. tubulosa e C. phelypaea foram agrupadas (Figura 1).

chá de cistache

Referências

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