Perda genética extensiva no Plastome da Planta Holoparasitic Cistanche Tubulosa (Orobanchaceae)

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

Para citar este artigo: 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 e LinFang Huanga

aKey Research Laboratory of Traditional Chinese Medicine Resources Protection from Ministry of Education, Engineering Research Center of Chinese Medicine Resource, National Administration of Traditional Chinese Medicine, Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing Union Medical College, Beijing, China; melhor para Biotecnologia e Microbiologia, Universidade de Peshawar, Peshawar, Paquistão

ABSTRAIR

A extensa perda de genes fotossintéticos e a rápida taxa evolutiva ocorrem nos plastomes das plantas parasitárias. A planta holoparasiticaCistanche tubulosade Orobanchaceae é um importante resour-ces medicinal que são distribuídos em áreas áridas. Neste estudo, o plastome completo deC. tubulosafoi sequenciado, montado e analisado. O plastome total deC. tubulosatinha 75.375 bp de comprimento, consistindo de um par de repetições invertidas (IRs, 6.593 bp), uma grande região de cópia única (LSC, 32.470 bp) e uma pequena região de cópia única (SSC, 29.719 bp). Continha 24 genes intactos de codificação de proteínas, nove pseudogenes e 44 genes desaparecidos. Além disso, todos os genes de codificação de proteínas, relacionados à fotossíntese e à produção de energia, foram pseudogenizados ou perdidos. Quatro genes de rRNA e 24 genes tRNA estavam intactos enquanto, enquanto cinco genes tRNA estavam faltando. A árvore filogenética indicou queC. tubulosaestava intimamente relacionado com C. phelypaea. Nossos resultados podem melhorar a compreensão da organização, classificação e evolução das plantas parasitárias.

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Orobanchaceae é uma família especial que compreende todas as plantas de comportamento de crescimento de nível constituídas por plantas não parasitárias, hemiparasíticas e holoparasitárias (Xi et al. 2013).Cistanchetubulosa, uma planta holoparasitária do Orobanchaceae, absorve água e nutrição orgânica e inorgânica das raízes de seus hospedeiros.Cistanche tubulosaé tradicionalmente usado como ervas nutritivas. Muitos compostos foram isolados de C. tubulosa, incluindo feniletanoides glicídeos, carboidratos, lignans, iridoids,echinacoside,verbascoside, ácido clorogênico, acteoside e luteólise (Yong e Peng-Fei 2009; Fu et al. 2018; Gao et al. 2019). Esses compostos isolados apresentaram efeitos farmacológicos abundantes, como efeitos neuroprotetores, imunomodulatórios, anti-senescência, anti-inflamatórios, anti-osteoporose, hepatoprotection, antioxidante, antibacteriano, anti-tumor e efeitos de melhoramento da tolerância à glicose (Morikawa et al. 2019). Em comparação com os mais de 3.000 plastomes de organismos autotróficos que podem ser obtidos do banco de dados do Centro Nacional de Informações de Biotecnologia, os dados dos plastomes das plantas parasitárias são limitados. Para retratar a característica das perdas genéticas e fornecer novas percepções sobre o processo evolutivo global, analisamos o plastome de C. tubulosa.

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Folhas de escala fresca deC. tubulosaforam coletados da prefeitura de Hotan (Região Autônoma de Xinjiang Uygur), China (78º1203600E, 3601901200N). Os espécimes do voucher foram depositados no herbário do Instituto de Desenvolvimento de Plantas Medicinais, Academia Chinesa de Ciências Médicas, Faculdade de Medicina da União de Pequim (IMD), com números de adesão XJ20170502. Aproximadamente 500 ng DNA foi usado para construir uma biblioteca com um tamanho de inserção de 400 bp e sequenciado de acordo com as instruções do fabricante para a plataforma HiSeq 4000. As leituras de ponta emparelhadas limpas foram filtradas contra todos os plastomes de plantas registradas no banco de dados do GenBank usando BLASTn com um corte de valor de 1e — 5. As leituras extraídas foram montadas utilizando SPAdes (v. 3.10.1) (Bankevich et al. 2012). A região de fronteira foi validada utilizando pares de primer que abrangem a região de fronteira, seguido pela amplificação pcr das regiões e sequenciamento 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 genomas apollo (Lewis et al. 2002). O mapa de círculo do plastome foi gerado utilizando OrganellarGenomeDRAW (Lohse et al. 2013), e o conteúdo GC foi analisado utilizando o CGView Server (Grant and Stothard 2008). Em comparação com a planta não parasitária de

Acteosideemcistanchesaúde de tubulosaBenefícios

Orobanchaceae Rehmannia glutinosa (NC_034308), genes semelhantes aos genes conhecidos de codificação de proteínas, mas truncados ou continham uma ou mais mutações de frameshift, foram classificados como pseudogenes (Cusimano e Wicke 2016; Xi et al. 2013). Os resultados de montagem e anotação do genoma foram depositados no GenBank, com números de adesão MN614130.

O plastome deC. tubulosatinha 75.375 bp de comprimento e apresentava uma estrutura quadripartite típica, incluindo um par de IRs (6593 bp) separados por LSC (32.470 bp) e SSC (29.719 bp). O teor total de GC foi de 34,95% e a região de SSC apresentou maior teor de GC (38,00%) do que a região de IR (33,22%) e LSC (32,86%) O plastome deC. tubulosaretiveram 27 genes intactos de codificação de proteínas, nove genes se tornaram pseudogenes, e 44 genes estavam faltando completamente. Todos os genes relacionados à codificação de proteínas fotossintéticas foram pseudogenizados ou perdidos, o que suporta o estilo de vida holoparasítico de C. tubulosa. Todos os quatro rRNAs foram universalmente localizados na região do SSC. Um total de 24 tRNAs permaneceram, e até cinco tRNAs foram perdidos ao longo da evolução.

Para analisar a posição filogenética deC. tubulosadentro da família Orobanchaceae, uma árvore evolutiva molecular foi construída usando 36 espécies. Doze sequências de proteína compartilhadas foram concatenadas e alinhadas utilizando o programa ClustalW (Thompson et al. 2002). A árvore filogenética foi construída usando o software Randomized Accelerated Maximum Likelihood (RAxML) (Stamatakis 2014) e o ML

método, com Arabidopsis thaliana e Nicotiana tabacum como os grupos outgroups. A árvore filogenética mostrou queC. tubulosae C. phelypaea foram agrupados (Figura 1).

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Declaração de divulgação

Nenhum potencial conflito de interesses foi relatado pelo autor(s).

Financiamento

Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciência Natural da China [81473315, U1812403-1-1], pelo Programa Nacional de Investigação de Recursos Fundamentais de Ciência & Tecnologia da China [2018FY100701], e pelo CAMS Innovation Fund for Medical Sciences [2016-I2M-3-015], que são reconhecidos com gratidão.

Declaração de disponibilidade de dados

Os dados que suportam os achados deste estudo são depositados no GenBank, com números de adesão MN614130. https://www.ncbi.nlm. nih.gov/nuccore/MN614130.1/.

Referências

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DNA MITOCONDRIAL PARTE B 2681

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