2.6 Analisi dei DEG correlati al metabolismo e all'accumulo di polisaccaride

Cistanche deserticolacontiene principalmenteglucosio, galattosio, fruttosio, ramnosio, arabinosio e mannosiocome i suoi principali monosaccaridi. Questi monosaccaridi subiscono la catalisi diglicosiltransferasie altri enzimi da sintetizzareCistanchePolisaccaridi.

 

Cistanche deserticola

 

Questo studio ha analizzato ilPercorsi del metabolismo del polisaccaridee ilDegs arricchiti in questi percorsiInCistanche deserticolada diverse piante ospiti. Attraverso l'analisi del seguentePercorsi Kegg, sono stati identificati enzimi chiave e geni coinvolti nella biosintesi dei polisaccaridi:

Metabolismo del galattosio (KO00052)

Metabolismo del mannosio e del fruttosio (KO00051)

Metabolismo dello zucchero di amino zucchero e nucleotide (KO00520)

Metabolismo di amido e saccarosio (KO00500)

Un totale di13 enzimi correlati alla biosintesi polisaccaridicae sono stati identificati diversi geni degli enzimi chiave, tra cui:

-Amilasi (BAM)

Glucosio -1- fosfato adenylyltransferasi (GLGC)

Hexokinasi (HK)

-Fruttofuranosidasi (SACA)

Saccarosio-fosfato idrolasi (spp)

Glucosio -6- fosfato isomerasi (GPI)

UDP-glucosio deidrogenasi (UGDH)

Mannose -1- fosfato guanyltransferase (GMPP)

Galactinol sintasi (GOLS)

-Galattosidasi (LACZ)

Mannose -6- fosfato isomerasi (MPI)

Decarbossilasi UDP-glucuronato (UXS)

Fosfofructocinasi pirofosfato-dipendente (PFP)

Questi enzimi svolgono ruoli significativi inBiosintesi diCistanchePolisaccaridi.

A Mappa di calore del clustering gerarchicoè stato generato utilizzando i dati di espressione DEG elaborati daDESEQ2. I risultati hanno mostrato undifferenza significativanell'espressione genica traAloxylon-Cistanchee atriplexCistanche. In particolare:

Aloxylon-Cistancheespostoespressione significativamente più altaDisaca, hk e lacz.

Atriplex-Cistancheespostoespressione significativamente più altaDiUGDH, GMPP e GOLS.

Cistanche deserticola

 

2.7 Convalida QRT-PCR

Per verificare ilaffidabilità dei dati di sequenziamento del trascrittoma, QRT-PCRè stato eseguito usandoActb(-attina) come aGene di pulizia. SeiGeni enzimatici chiavecoinvolto inCistancheLa biosintesi dei polisaccaridi è stata selezionata in modo casuale per la convalida.

I risultati QRT-PCR sono stati espressi comeLog₂ (FC)e ha mostrato che ilschemi di espressione di gradi in diversi derivati ​​dall'ospiteCistancheerano coerenti con i risultati del sequenziamento del trascrittoma:

GMPP, PFP e UGDH sono stati sovraregolati.

LACZ è stato sottoregolato.

Questi risultati confermano ilelevata affidabilità dei dati del trascrittoma, supportando l'accuratezza dell'analisi dell'espressione genica differenziale inCistanche deserticola.

3 Discussione e conclusione

Cistanche deserticolaè una pianta medicinale perenne delOrobanchaceaefamiglia. Per il suoambiente di crescita unicoEalto valore medicinale, è noto come il"Ginseng del deserto."Suocomposti bioattiviprincipalmente includereGlicosidi feniletanoidi, flavonoidi, polisaccaridi e betaina[9]. Attualmente, la ricerca su questa pianta medicinale si è concentrata principalmente suingredienti attivi ed effetti farmacologici, mentre studi allivello geneticorimanere limitato. In particolare, ci sonopochi rapportisulAnalisi genetica delle differenze metabolicheInPolisaccaridi, flavonoidi e glicosidi feniletanoidi.

ILAnnotazione del database NRdi Unigenes lo ha indicatoCistanche deserticola, Qualemanca di un genoma di riferimento, è più strettamente correlato aPaulownia(Scophulariaceae), una pianta con un genoma sequenziato [10]. Analisi dell'espressione differenziale degli unigeni annotati identificati14.089 geni espressi in modo significativo in modo significativo (DEG). Questo suggerisce che iltrascrittomi diCistanche deserticolaparassitaAmmodendro aloxylonEAtriplex canescensmostra differenze significative, probabilmente a causa diVariazioni nel metabolismo delle piante ospitiEComunità microbiche rizosfera [11].

NelDatabase Kegg, 3.998 unigenisono stati mappati a117 percorsi metabolici, tra cui1.386 gradisono stati arricchiti in percorsi relativi alBiosintesi di polisaccaridi, acidi grassi, aminoacidi e flavonoidi. Questi geni sono coinvolti in diversiProdotti metabolici diCistanche deserticolae regola ilAccumulo di polisaccaridi e flavonoidi. Differenze inModelli di arricchimento DEG e livelli di espressione tra diverse piante ospitiportare aVariazioni nelle funzioni biologiche e nel metabolismo dei composti attivi [12].

Questo studio ha identificato20 gradi codificando 13 enzimi chiavecoinvolto inBiosintesi polisaccaridicanelCistanche deserticolatrascrittoma. Questi enzimi e gradiRegola i processi chiave nella biosintesi di polisaccaridi derivati ​​da saccarosio, glucosio, fruttosio e galattosio. InPercorsi metabolici correlati al polisaccaride, inclusoMetabolismo del galattosioEMetabolismo dell'amido-surose, enzimi chiave comeLacz, Saca, Bam, HK, SPP e UGDHsono stati identificati.

InAloxylon-ParassitizzazioneCistanche deserticola, ILLivelli di espressione di SACA, HK e LACZerano significativamentepiù altoche inAtriplex-ParassitizzazioneCistanche deserticola.

Al contrario, ilLivelli di espressione di UGDH, GMPP e GOLSerano significativamentepiù altoInAtriplex-ParassitizzazioneCistanche deserticola.

Gli studi trascrittomici forniscono approfondimenti più profondi sulla crescita delle piante, lo sviluppo e la biosintesi e l'accumulo di metaboliti secondari[13]. Precedenti studi hanno usato la trascrittomica per analizzarePercorsi di biosintesi del polisaccarideInCodonopsis pilosula, Poria cocos, Lycium barbarum, Dioscorea opposta, poligonatum sibiricum, poligonatum cirtonima e Dendrobium officinale[14]. Inoltre, le tecniche trascrittomiche sono state ampiamente applicate per lo studioMetabolismo dei carboidrati in patate, meloni e mulberries [15-16].

Per esempio:

Ji et al.[17] ha analizzato la correlazione traAccumulo di polisaccaride e caratteristiche trascrittomichein diversotessuti diCodonopsis pilosula. Lo hanno trovatoSUCROSE -1- fructosyltransferase (1- sst) e fruttan -1- exohidrolase (1- feh), enzimi chiave coinvoltiBiosintesi fruttana, eranoAltamente espresso nelle radici, suggerendo che questi enzimi sono iregolatori primaridelcontenuto ad alto contenuto di polisaccaride inCodonopsis pilosularadici, come confermato dall'analisi HPLC.

Tao et al.[18] condottoSequenziamento del trascrittomaidentificareGeni enzimatici chiavecolpendocontenuto di polisaccaridein tre diversiSpecie di poligonatum (P. kingianum, P. sibiricum, EP. Cyrtonema). Lo hanno trovato-fruttofuranosidasi (SACA)eracorrelato positivamenteconcontenuto di polisaccaridee quellosacacondivisionisomiglianze strutturali e funzionaliconfruttosiltransferasi, rendendolo unFattore chiave che influenza la variazione polisaccaridica tra le specie di poligonatum.

Liu et al.[19] combinatotrascrittomica e metabolomicaper esplorare il perchétetraploideDendrobium officinaleha un contenuto di polisaccaride più elevato rispetto al diploideDendrobium officinale. Il loro studio lo ha rivelatoFamiglie di geni CESA/CSL, Sweet e BGLUeranosignificativamente sovraregolatoInpiante tetraploidi, indicando quelloAlta espressione di questi gradi guida ha aumentato l'accumulo di polisaccaride.

Ma et al.[20] ha analizzato ilMeccanismi regolatori della biosintesi polisaccaridica della parete cellulareInLycium barbarumdaQinghai, Gansu e Ningxia. Rispetto a Qinghai e Gansu,Ningxia coltivatoL. barbarumavevocontenuto di galattosio significativamente più elevato nella parete cellulare, probabilmente a causa delpiù alta espressione dei geni pectato di liasi e pectinesterasi.

Lu et al.[21] condottoSequenziamento del trascrittomasu treSpecie di poligonatum (P. Cyrtonema, P. sibiricum, EP. kingianum), analizzandoGeni enzimatici chiave nei percorsi di biosintesi dei polisaccaridi. Si sono identificati135 gradi codificando 18 enzimi chiave, con13 geni (inclusi GMPP, MPI, SACA e SCRK di fruttokinasi) che mostrano i livelli di espressione più alti inPolygonatum cyrtonema.

Questo studio espande la comprensione diMetabolismo del polisaccaride nelle piante medicinali parassitadiBasandosi su ricerche precedenti su diverse specie di piante medicinali e i loro percorsi metabolici. Fornisce unRiferimento preziosoper ulteriori indagini suMeccanismi regolatori del metabolismo dei polisaccaridi nelle piante medicinali dipendenti dall'ospite [22].

Attualmente,Ricerca di sequenziamento ad alto rendimento suCistanche deserticolaIl trascrittoma rimane nelle sue prime fasi. Questo studio ha condotto aAnalisi completa dell'espressione genicaDiCistanche deserticolaparassita su due diverse piante ospiti eGeni enzimatici chiave identificati coinvolti nel metabolismo dei polisaccaridi. Questi risultati hannoImportanti implicazioniper ilSelezione e valutazione di nuovi piante ospiti perCistanche deserticolaEfornire una base teorica per studiare la regolazione molecolare della biosintesi polisaccaridica e il miglioramento genetico diCistanche deserticola.