2.6 Analyse von DEGs im Zusammenhang mit Polysaccharidstoffwechsel und Akkumulation

Cistanche DeserticolaIn erster Linie enthältGlukose, Galaktose, Fructose, Rhamnose, Arabinose und Mannoseals Hauptmonosaccharide. Diese Monosaccharide werden durch eine Katalyse durchlaufenGlycosyltransferasenund andere Enzyme zur SyntheseCistanchePolysaccharide.

 

Cistanche Deserticola

 

Diese Studie analysierte diePolysaccharid -Stoffwechselund dieDEGs, die in diesen Wegen angereichert sindInCistanche Deserticolaaus verschiedenen Wirtspflanzen. Durch die Analyse der folgendenKegg PfadeEs wurden wichtige Enzyme und Gene, die an der Polysaccharid -Biosynthese beteiligt sind, identifiziert:

Galactose -Metabolismus (KO00052)

Mannose und Fructose -Metabolismus (KO00051)

Aminozucker- und Nukleotidzuckerstoffwechsel (KO00520)

Stärke und Saccharose -Metabolismus (KO00500)

Insgesamt13 Polysaccharid-Biosynthese-bedingte Enzymeund mehrere wichtige Enzymgene wurden identifiziert, darunter:

-Amylase (BAM)

Glucose -1- Phosphat adenylyltransferase (GLGC)

Hexokinase (HK)

-Fructofuranosidase (SACA)

Saccharose-Phosphat-Hydrolase (SPP)

Glucose -6- Phosphatisomerase (GPI)

UDP-Glucose-Dehydrogenase (UGDH)

Mannose -1- Phosphat Guanylyltransferase (GMPP)

Galactinol -Synthase (GOLS)

-Galactosidase (LACZ)

Mannose -6- Phosphatisomerase (MPI)

UDP-Glucuronat Decarboxylase (UXS)

Pyrophosphatabhängige Phosphofructokinase (PFP)

Diese Enzyme spielen eine bedeutende Rolle in derBiosynthese vonCistanchePolysaccharide.

A Hierarchische Clustering -Hitzemapwurde unter Verwendung von Deg -Expressionsdaten erzeugt von verarbeitet vonDeSeq2. Die Ergebnisse zeigten asignifikanter Unterschiedin der Genexpression zwischenHaloxylon-Cistancheund atriplex-Cistanche. Speziell:

Haloxylon-Cistancheausgestelltsignifikant höhere ExpressionvonSaca, HK und Lacz.

Atriplex-Cistancheausgestelltsignifikant höhere ExpressionvonUgdh, GMPP und Gols.

Cistanche Deserticola

 

2.7 QRT-PCR-Validierung

Um die zu überprüfenZuverlässigkeit der Transkriptom -Sequenzierungsdaten, QRT-PCRwurde verwendetActb(-Actin) alsHaushaltsgen. SechsSchlüsselenzymgenebeteiligt anCistancheDie Polysaccharid -Biosynthese wurde zur Validierung zufällig ausgewählt.

Die QRT-PCR-Ergebnisse wurden als ausgedrückt alslog₂ (fc)und zeigten, dass dieExpressionsmuster von DEGs in verschiedenen von Wirt abgeleiteten HostsCistanchestimmten mit den Ergebnissen der Transkriptomsequenzierung überein:

GMPP, PFP und UGDH wurden hochreguliert.

Lacz war herunterreguliert.

Diese Ergebnisse bestätigen dieHohe Zuverlässigkeit der TranskriptomdatenUnterstützung der Genauigkeit der Differentialgenexpressionsanalyse inCistanche Deserticola.

3 Diskussion und Schlussfolgerung

Cistanche Deserticolaist eine mehrjährige medizinische Pflanze derOrobanchaceaeFamilie. Wegen seinereinzigartiges WachstumsumfeldUndhoher medizinischer Wert, es ist als die bekannt"Ginseng von der Wüste."Es istbioaktive Verbindungenhauptsächlich inklusivePhenylethanoidglykoside, Flavonoide, Polysaccharide und Betain[9]. Derzeit konzentrierte sich die Forschung zu dieser Heilanlage hauptsächlich aufWirkstoffe und pharmakologische Wirkungenwährend Studien amgenetischer Ebenebleiben begrenzt. Insbesondere gibt eswenige Berichteauf derGenetische Analyse von metabolischen UnterschiedenInPolysaccharide, Flavonoide und Phenylethanoidglykoside.

DerNR -Datenbankannotationvon Unigenes zeigten das anCistanche Deserticola, welchefehlt ein Referenzgenom, ist am eng miteinander verbunden mitPaulownia(Scrophulariaceae), eine Pflanze mit einem sequenzierten Genom [10]. Differentielle Expressionsanalyse der identifizierten kommentierten Unigene14.089 exprimierte Gene (DEGs) signifikant differentiell differentiell differenziert. Dies deutet darauf hin, dass dieTranskriptome vonCistanche DeserticolaparasitärHaloxylon AmmodendronUndAtriplex canescenszeigen signifikante Unterschiedewahrscheinlich aufgrundVariationen des Stoffwechsels der WirtspflanzeUndRhizosphäre Mikrobielle Gemeinschaften [11].

ImKEGG -Datenbank, 3.998 Unigeneswurden zu kartiert117 Stoffwechselwege, darunter1.386 DEGSwurden in Wegen angereichert, die mit dem zusammenhängenBiosynthese von Polysacchariden, Fettsäuren, Aminosäuren und Flavonoiden. Diese Gene sind in unterschiedlicher Weise beteiligtStoffwechselprodukte vonCistanche Deserticolaund regulieren dieAnsammlung von Polysacchariden und Flavonoiden. Unterschiede inGradanreicherungsmuster und Expressionsniveaus über verschiedene Wirtsanlagen hinwegführen zuVariationen der biologischen Funktionen und des aktiven Verbindungsstoffwechsels [12].

Diese Studie identifiziert20 degs codieren 13 Schlüsselenzymebeteiligt anPolysaccharid BiosyntheseimCistanche DeserticolaTranskriptom. Diese Enzyme und DEGsRegulieren Sie Schlüsselprozesse in der Biosynthese von Saccharose, Glucose, Fructose und Galactose-abgeleiteten Polysacchariden. InPolysaccharidbedingte Stoffwechselwege, einschließlichGalactose -StoffwechselUndStärke-Sucrose-Stoffwechsel, wichtige Enzyme wieLacz, Saca, Bam, HK, Spp und Ugdhwurden identifiziert.

InHaloxylon-ParasitisierungCistanche Deserticola, DieExpressionsniveaus von SACA, HK und LACZwaren signifikanthöherals inAtriplex-ParasitisierungCistanche Deserticola.

Umgekehrt dasExpressionsniveaus von UGDH, GMPP und GOLswaren signifikanthöherInAtriplex-ParasitisierungCistanche Deserticola.

Transkriptomische Studien liefern tiefere Einblicke in das Pflanzenwachstum, die Entwicklung und die sekundäre Metabolitenbiosynthese und -akkumulation[13]. Frühere Studien haben Transkriptomik zur Analyse verwendetPolysaccharid -BiosynthesewegeInCodonopsis Pilosula, Poria Cocos, Lycium Barbarum, Dioscorea opposita, Polygonatum sibiricum, Polygonatum Cyrtonema und Dendrobium officinale[14]. Darüber hinaus wurden transkriptomische Techniken ausgiebig zur Untersuchung angewendetKohlenhydratmetabolismus in Kartoffeln, Melonen und Mulberries [15-16].

Zum Beispiel:

Ji et al.[17] analysierten die Korrelation zwischenPolysaccharidakkumulation und transkriptomische Eigenschaftenin unterschiedlichGewebe vonCodonopsis Pilosula. Sie fanden dassaccrose -1- fructosyltransferase (1- sst) und fructan -1- exohydrolase (1- feh), wichtige Enzyme, die an beteiligt sindFructan Biosynthese, warhoch ausgedrückt in den Wurzeln, was darauf hindeutet, dass diese Enzyme die sindHauptregulierungsbehördenderHoher Polysaccharidgehalt inCodonopsis PilosulaWurzeln, wie durch HPLC -Analyse bestätigt.

Tao et al.[18] durchgeführtTranskriptomsequenzierungzu identifizierenSchlüsselenzymgeneAffektPolysaccharidgehaltin drei verschiedenenPolygonatum -Arten (P. Kingianum, P. Sibiricum, UndP. Cyrtonema). Sie fanden das-Fructofuranosidase (SACA) ExpressionWarpositiv korreliertmitPolysaccharidgehaltund dasSacaAktienstrukturelle und funktionelle ÄhnlichkeitenmitFructosyltransferasen, es zu einem zu machenSchlüsselfaktor, der die Polysaccharidvariation zwischen Polygonatumspezies beeinflusst.

Liu et al.[19] kombiniertTranskriptomik und MetabolomikUm zu erforschen, warumTetraploidDendrobium officinalehat einen höheren Polysaccharidgehalt als diploidDendrobium officinale. Ihre Studie ergab dasCESA/CSL-, Sweet- und BGLU -Genfamilienwarsignifikant hochreguliertInTetraploide Pflanzen, was darauf hinweistEine hohe Expression dieser DEGs erhöhte eine erhöhte Polysaccharidakkumulation.

Ma et al.[20] analysierten dieRegulierungsmechanismen der Zellwand Polysaccharid BiosyntheseInLycium barbarumausQinghai, Gansu und Ningxia. Im Vergleich zu Qinghai und Gansu,,Ningxia gewachsenL. Barbarumhattesignifikant höherer Galaktosegehalt in der Zellwand, wahrscheinlich aufgrund derhöhere Expression von Pektat -Lyase- und Pektinesterase -Genen.

Lu et al.[21] durchgeführtTranskriptomsequenzierungauf dreiPolygonatum -Arten (P. Cyrtonema, P. Sibiricum, UndP. Kingianum), AnalyseSchlüsselenzymgene in Polysaccharid -Biosynthesewegen. Sie identifizierten135 degs codieren 18 Schlüsselenzyme, mit13 Gene (einschließlich GMPP, MPI, SACA und Fructokinase SCRK) zeigen die höchsten Expressionsniveaus inPolygonatum Cyrtonema.

Diese Studie erweitert das Verständnis vonPolysaccharidstoffwechsel in parasitären HeilpflanzenvonAufbau von früheren Untersuchungen zu verschiedenen Arzneimittelarten und ihren Stoffwechselwegen. Es liefert aWertvolle ReferenzFür weitere Untersuchungen derregulatorische Mechanismen des Polysaccharidstoffwechsels in Wirtsabhängigen Heilanlagen [22].

Momentan,Hochdurchsatz-Sequenzierungsforschung an derCistanche DeserticolaTranskriptom bleibt in den frühen Stadien. Diese Studie führte a durchUmfassende GenexpressionsanalysevonCistanche Deserticolaparasitär auf zwei verschiedenen Wirtspflanzen undidentifizierte wichtige Enzymgene, die am Polysaccharid -Metabolismus beteiligt sind. Diese Ergebnisse habenwichtige Auswirkungenfür dieAuswahl und Bewertung neuer Wirtspflanzen fürCistanche DeserticolaUndbilden eine theoretische Grundlage für die Untersuchung der molekularen Regulation der Polysaccharid -Biosynthese und der genetischen Verbesserung vonCistanche Deserticola.