Perte génétique importante dans le plastome de la plante holoparasite Cistanche Tubulosa (Orobanchaceae)

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

Pour citer cet article : 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 et 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, Peking Union Medical College, Beijing, Chine; mieux pour la biotechnologie et la microbiologie, Université de Peshawar, Peshawar, Pakistan

ABSTRAIT

Une perte importante de gènes photosynthétiques et un taux d’évolution rapide se produisent dans les plastomes des plantes parasites. La plante holoparasiteCistanche tubulosades Orobanchaceae est un important ressource médicinale qui est distribué dans les zones arides. Dans cette étude, le plastome complet deC. tubulosaa été séquencé, assemblé et analysé. Le plastome total deC. tubulosaétait de 75 375 pb de longueur, composée d’une paire de répétitions inversées (RI, 6 593 pb), d’une grande région à copie unique (LSC, 32 470 pb) et d’une petite région à copie unique (SSC, 29 719 pb). Il contenait 24 gènes codant pour des protéines intacts, neuf pseudogènes et 44 gènes manquants. De plus, tous les gènes codant pour les protéines, qui étaient liés à la photosynthèse et à la production d’énergie, ont été pseudogénisés ou perdus. Quatre gènes d’ARNr et 24 gènes d’ARNt étaient intacts pendant que cinq gènes d’ARNt étaient manquants. L’arbre phylogénétique indiquait queC. tubulosaétait étroitement lié à C. phelypaea. Nos résultats peuvent améliorer la compréhension de l’organisation, de la classification et de l’évolution du plastome des plantes parasites.

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Orobanchaceae est une famille spéciale qui comprend des plantes à comportement de croissance à tous les niveaux composées de plantes non parasites, hémiparasites et holoparasites (Xi et al. 2013).Cistanchetubulosa, une plante holoparasite des Orobanchaceae, absorbe l’eau et la nutrition organique et inorganique des racines de ses hôtes.Cistanche tubulosaest traditionnellement utilisé comme herbes nourrissantes. De nombreux composés ont été isolés de C. tubulosa, y compris les glycosides phényléthanoïdes, les glucides, les lignanes, les iridoïdes,échinacoside,verbascoside, l’acide chlorogénique, l’actéoside et la lutéolyse (Yong et Peng-Fei, 2009; Fu et coll., 2018; Gao et coll., 2019). Ces composés isolés ont présenté des effets pharmacologiques abondants, tels que des effets neuroprotecteurs, immunomodulateurs, antisénescence, anti-inflammatoires, anti-ostéoporose, hépatoprotection, antioxydants, antibactériens, antitumoraux et améliorant la tolérance au glucose (Morikawa et al. 2019). Par rapport aux plus de 3000 plastomes d’organismes autotrophes qui peuvent être obtenus à partir de la base de données du National Center for Biotechnology Information, les données des plastomes des plantes parasites sont limitées. Pour décrire les caractéristiques des pertes de gènes et fournir de nouvelles informations sur le processus évolutif global, nous avons analysé le plastome de C. tubulosa.

Cistanchela déserticole a de nombreux effets sur leimmunisésystème

Feuilles d’écailles fraîches deC. tubulosaont été collectés dans la préfecture de Hotan (région autonome ouïgoure du Xinjiang), en Chine (78○1203600E, 36○1901200N). Les spécimens de bons ont été déposés dans l’herbier de l’Institut de développement des plantes médicinales, Académie chinoise des sciences médicales, Collège médical de l’Union de Pékin (IMD), avec les numéros d’acquisition XJ20170502. Environ 500 ng d’ADN ont été utilisés pour construire une bibliothèque avec une taille d’insert de 400 bp et séquencés selon les instructions du fabricant pour la plate-forme HiSeq 4000. Les lectures d’extrémité appariées propres ont été filtrées par rapport à tous les plastomes de plantes enregistrés dans la base de données GenBank en utilisant BLASTn avec un seuil de valeur de 1e à 5. Les lectures extraites ont été assemblées à l’aide de SPAdes (v. 3.10.1) (Bankevich et al. 2012). La région limite a été validée à l’aide de paires d’amorces couvrant la région limite, suivies de l’amplification par PCR des régions et du séquençage de Sanger de la production de PCR. Les gènes ont été annotés à l’aide du service Web CpGAVAS2 (Shi et al. 2019) et modifiés manuellement à l’aide de l’éditeur de génome Apollo (Lewis et al. 2002). La carte circulaire du plastome a été générée à l’aide d’OrganellarGenomeDRAW (Lohse et al. 2013), et le contenu gc a été analysé à l’aide de CGView Server (Grant et Stothard 2008). En comparaison avec la plante non parasite de

Actérosidedanscistanchesanté des tubulosasAvantages

Orobanchaceae Rehmannia glutinosa (NC_034308), des gènes similaires à des gènes connus codant pour des protéines, mais tronqués ou contenant une ou plusieurs mutations de décalage de cadre, ont été classés comme pseudogènes (Cusimano et Wicke, 2016; Xi et al., 2013). Les résultats de l’assemblage et de l’annotation du génome ont été déposés dans GenBank, avec les numéros d’acquisition MN614130.

Le plastome deC. tubulosaavait une longueur de 75 375 pb et présentait une structure quadripartite typique, y compris une paire de RI (6593 pb) séparées par la région LSC (32 470 pb) et SSC (29 719 pb). La teneur totale en GC était de 34,95 % et la région de la SSC avait une teneur en GC plus élevée (38,00 %) que la région IR (33,22 %) et LSC (32,86 %). Le plastome deC. tubulosaont conservé 27 gènes codant pour des protéines intacts, neuf gènes sont devenus des pseudogènes et 44 gènes étaient complètement manquants. Tous les gènes liés au codage des protéines photosynthétiques ont été pseudogénisés ou perdus, ce qui soutient le mode de vie holoparasitaire de C. tubulosa. Les quatre ARNr ont été universellement localisés dans la région de la SSC. Au total, il restait 24 ARNt et jusqu’à cinq ARNt ont été perdus tout au long de l’évolution.

Analyser la position phylogénétique deC. tubulosaau sein de la famille des Orobanchaceae, un arbre évolutif moléculaire a été construit en utilisant 36 espèces. Douze séquences de protéines partagées ont été concaténées et alignées à l’aide du programme ClustalW (Thompson et al. 2002). L’arbre phylogénétique a été construit à l’aide du logiciel Randomized Accelerated Maximum Likelihood (RAxML) (Stamatakis 2014) et du ML

méthode, avec Arabidopsis thaliana et Nicotiana tabacum comme sous-groupes. L’arbre phylogénétique a montré queC. tubulosaet C. phelypaea ont été regroupés (figure 1).

Cistanchela deserticole a de nombreux effets surreinmaladie

Déclaration de divulgation

Aucun conflit d’intérêts potentiel n’a été signalé par le ou les auteurs.

Financement

Ce travail a été soutenu par la National Natural Science Foundation of China [81473315, U1812403-1-1], le National Science & Technology Fundamental Resources Investigation Program of China [2018FY100701] et le CAMS Innovation Fund for Medical Sciences [2016-I2M-3-015], qui sont reconnaissants.

Déclaration de disponibilité des données

Les données qui étayent les résultats de cette étude sont déposées dans GenBank, avec les numéros d’acquisition MN614130. https://www.ncbi.nlm. nih.gov/nuccore/MN614130.1/.

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