2. del RNA-Seq 2. DEL Sestavljanje transkriptoma De Novo in odkritje gena mesnatega stebla Cistanche Deserticola

KLIKNITE TUKAJ ZA 1. DEL

Za več informacij se obrnite na:Joanna.jia@wecistanche.com

Razprave

V zadnjih letih se je rastlinska genomika hitro razvila z uporabo tehnologije sekvenciranja naslednje generacije, medtem ko je bilo malo vrst raziskav osredotočenih na genomiko puščavskih zdravilnih rastlin [57]. Nujno je treba opraviti genomske ali transkriptomske raziskave, da bi razumeli njegovo prilagoditev na okolje suše in slanosti ter pot biosinteze glavnih bioaktivnih komponent. De novo odkritje transkriptoma za nekatere zdravilne rastline,

Cistancheizvleček ima številne učinke

kot so Panax ginseng [58], Ginkgo biloba [59] in Glycyrrhiza uralensis [60], so bili prvič izkoriščeni s platformo Roche 454 zaradi njene dolge dolžine branja. Zaradi učinkovite zmožnosti sestavljanja s kratkimi branji, zlasti prednostnih branj na koncu parov [23, 61], se sekvenciranje in sestavljanje transkriptomov na osnovi Illumina pogosto uporablja tudi za model [20, 22, 62–64] in nemodel organizmi [17, 19, 21, 65, 66]. V tej študiji smo ustvarili približno 8G 101 bp seznanjenih končnih odčitkov in izdelali daljša unigenska zaporedja s povprečno dolžino 725 bp. Obsežni podatki o transkriptomih, specifičnih za deblo, bi lahko zagotovili uporabne referenčne podatke in jih uporabili za rudarjenje sekundarne presnove bioaktivnih komponentC. deserticola. 81,62 odstotka skupnih neobdelanih odčitkov je prestalo stroge filtre kakovosti (vključno z obrezovanjem adapterja in zavračanjem nizkokakovostnih odčitkov) pred sestavljanjem, kar kaže na visoko kakovost naših podatkov o zaporedju, pri čemer je bilo uporabnih 82,08 odstotkov visokokakovostnih odčitkov. za sestavljanje. Drugi odčitki, ki jih ni bilo mogoče uporabiti za sestavljanje, so lahko posledica napake zaporedja [67], parametrov sestavljanja [23] itd. Ta neuporabljena visokokakovostna branja so ostala koristna za izboljšanje sestavljanja de novo v kombinaciji z daljšimi branji z druge platforme (kot je Roche 454) v prihodnosti.

Cistanchedeserticola ima številne učinke

Veliko število sestavljenih transkriptov (30.098) je pokazalo veliko podobnosti zaporedij z znanimi geni v javnih bazah podatkov, kar kaže na to, da so naši podatki o seznanjenih koncih, ki temeljijo na Illumini, pokrivali znaten del transkriptovC. deserticola. Transkripti brez zadetkov BLAST so lahko posledica 3' ali 5' neprevedenih regij, nekodirajoče RNA [23] ali novih genskih zaporedijC. deserticola.Izraženi transkripti so bili označeni s številnimi kategorijami GO in potmi KEGG (tabeli 3 in 4), v katerih je bilo veliko transkriptov dodeljenih sekundarnim potem, povezanim s presnovo. Kot vemo, lahko fenilpropanoid deluje kot inducibilne protimikrobne spojine z veliko koristjo za podzemni življenjski slog [1] in deluje tudi kot signalna molekula v interakcijah med rastlino in mikrobom poleg svoje medicinske uporabnosti [68, 69]. Terpenoid se uporablja za biosintezo bioaktivnih komponent (kot je 6- deoksikatalpol) [70]. Ugotovili smo, da so geni, vključeni v poti biosinteze fenilpropanoidnega in terpenoidnega ogrodja, zelo številni vC. deserticola. Še pomembneje je, da je odkritje dobro predstavljenih poti biosinteze lignina (slika 3) pokazalo aktiven presnovni proces lignina vC. deserticolasteblo. Ugotovljeno je bilo, da so vsi znani encimski geni, vključeni v biosintezo lignina (slika 3), izraženi, štirje ključni encimi, vključno s PAL, CCR, HCT in F5H, pa so imeli nižjo ekspresijo (FPKM 26,47, 3,89, 3,4 oziroma 3,83) v primerjavi z drugi encimski geni (tabela 6). Ne glede na to, ali bi lahko sprememba izražanja teh treh genov vplivala na proizvodnjo lignina v C. deserticola, je vredno nadaljnje študije. PAL je ključni encim v biosintezi lignina in je vključen tudi v biosintezo fenilpropanoida, resveratrola, flavonoida in kumarina [71–74]. Odkrili smo štiri različne gene PALC. deserticolagenom (S2 sl.), ki je sovpadal s tistim PAL, je kodirala majhna večgenska družina [39, 43, 45–49] in dodatno dokazala, da lahko igra pomembno vlogo pri presnovnem pretoku ogljika.

PhG je primarna aktivna sestavina vC. deserticola. Geni, vključeni v biosintezo feniletanola, so pomembni za kakovostC. deserticola. Ugotovili smo dve različni poti biosinteze feniletanola in 17 encimskih genov, vključenih v biosintezo PhG vC. deserticolasteblo. Na podlagi strukturne formule intermediatov in katalitičnih lastnosti ustreznih encimov so bili prvič izpeljani tudi možni procesi po kofeinski/ferulinski kislini (slika 3), pri katerih bi se kavna/ferulna kislina najprej oksidirala v derivat fenilpiruvata; nato so karboksilno skupino odvzele dekarboksilaze; končno je bila aldehidna skupina pretvorjena nazaj v alkoholno skupino z dehidrogenazo. To je prva uporaba tehnologije zaporedja na seznanjenem koncu Illumina za raziskovanje celotnega transkriptomaC. deserticolain za sestavljanje odčitkov RNA-seq brez referenčnega genoma. Ta študija bo zagotovila uporabne vire in genske sekvence za funkcionalne raziskave genomike in proteomike na C. deserticola v prihodnosti.

Cistanchetubulosa ima številne učinke

Sklepi

V tej študiji smo profilirali transkriptomC. deserticolasteblo na podlagi podatkov o visoko zmogljivem sekvenciranju, identificirali gene, ki sodelujejo v biosinteznih poteh lignina, in tudi prvič sklepali o potencialni biosintezni poti PhG, kar bo zagotovo pospešilo razumevanje dvoumnih fizioloških procesov in velike medicinske vrednosti na molekularni ravni . Do zdaj je to prvi poskus de novo sestavljanja celotnega transkriptomaC. deserticolastebla in za odkrivanje poti biosinteze zdravilnih komponent z uporabo podatkovnih nizov sekvenciranja, ki temeljijo na Illumini. Naša študija lahko spodbuja razvoj naravnih zdravil in izbiro kultivarjev z zdravilnimi lastnostmi.

Podporne informacije

S1 Slika Korelacija med podatki o ekspresiji RNA-seq dveh ponovljenihC. deserticolavzorcev. Narisali smo normalizirano število branj dveh ponovitev (2013-letni vzorec in 2014-letni vzorec) in visoka korelacija je pokazala ponovljivost naših podatkov RNA-seq.

(TIF)

S2 Fig. Filogenetske analize genov PAL vC. deserticola. Filogenetske razdalje med znanim genom PAL in sestavljenimi potencialnimi sekvencami PAL pri C. deserticola.

(TIF)

Nabor podatkov S1. Vsa zaporedja primerjev za 10 izbranih genov so povezana s potjo biosinteze ligninov.

(XLSX)

Nabor podatkov S2. Vsi izraženi prepisi z opombo so sestavljeniC. deserticolatranskriptom stebla.

(XLSX)

Nabor podatkov S3. GO anotacija vseh izraženih prepisov vC. deserticolatranskriptom stebla.

(XLSX)

Nabor podatkov S4. Opomba poti KEGG vseh izraženih transkriptov s predvidenim ORF v

C. deserticolatranskriptom stebla.

(XLSX)

Nabor podatkov S5. Bistveno spremenjene poti KEGG medC. deserticolain riž (tkiva kalusa in listov).

(XLSX)

Cistancheizvleček ima številne učinke

Zahvala

Avtorji bi se radi zahvalili Dongmei Tianu za pomoč pri analizi zaporedja podatkov.

Avtorski prispevki

Zasnoval in oblikoval poskuse: SS YL XW. Izvedel poskuse: YL XW TC MSGS. Analiziral podatke: YL XW TC. Prispevani reagenti/materiali/orodja za analizo: FY CL QT. Napisal prispevek: YL XW SS. Popravil rokopis: SH JY.

Reference

1. Li X, Zhang TC, Qiao Q, Ren ZM, Zhao JY, Yonezawa T, et al. (2013) Celotno zaporedje genoma kloroplasta holoparazita Cistanche deserticola (Orobanchaceae) razkriva izgubo genov in vodoravni prenos genov iz njegovega gostitelja Haloxylon ammodendron (Chenopodiaceae). PLoS ONE 8: e58747. doi: 10.1371/journal.pone.0058747 PMID: 23554920

2. Cheng XY, Zhou HY, Cui X, Ni W in Liu CZ (2006) Izboljšanje biosinteze feniletanoidnih glikozidov v celičnih suspenzijskih kulturah Cistanche deserticola s hitozanskim elicitorjem. Journal of Biotechnology 121: 253–260. PMID: 16143416

3. Song J, Feng GU, Tian CY in Zhang FS (2005) Strategije za prilagoditev Suaeda phytophthora, Haloxylon ammodendron in Haloxylon persicum na slano okolje v fazi kalitve semen. Annals of Botany 96: 399–405. PMID: 16002418

4. Tu PF, He YP in Lou ZC (1994) Herbalološke študije oRou Cong Rong(Herba Cistanchis). Kitajska akademska revija 19: 1–5.

5. Tu PF, He YP in Lou ZC (1994) Raziskava in zaščita zdravilnih virov puščavskega jabolka (Cistanche deserticola). Kitajska akademska revija 25: 205–208.