跳到主要内容

大型藻独特碳水化合物和植物激素代谢的基因组分析gracilariopsis lemaneiformis.(红藻门)

摘要

背景

红藻是对食品和工业的经济价值然而,它们的基因组信息有限,最近只有少数几种红藻的基因组数据进行了测序和沉积。在这项研究中,我们注释了大型藻类的基因组草案gracilariopsis lemaneiformis.(Gracilariales红藻门)。

结果

整个88.98 MB基因组全科医生。lemaneiformis981由13,825支架(≥500bp)产生,N50长度为30,590 bp,占该藻类基因组的约91%。总共38.73 MB的支架序列是重复的,并且预测了9281个蛋白质编码基因。20基因组的系统核发科学分析显示了ChromAlveolata,肾小膜,叶绿素和高等植物之间的关系。同源性分析表明在系统之间的系统发育接近全科医生。lemaneiformisChondrus crispus.与碳水化合物的代谢相关的酶数,包括琼脂,糖苷水解酶,糖基转移酶,含量丰富。此外,对于该藻类的第一次报告与植物激素,如植物素,水杨酸和茉莉酸盐相关的信号传导途径。

结论

我们对红藻的基因组进行了测序和分析全科医生。lemaneiformis,并揭示其碳水化合物代谢和植物激素信号传导特征。这项工作将有助于研究秩序Graciales的功能和比较基因组学并将丰富对海藻的基因组信息。

背景

红藻(或Rhodophyta)是一种古老而独特的光合真核生物分支,包括6500多个物种[1].红藻类具有重要的经济价值,作为食品,医药和植物循环行业的原材料。此外,由于对其他真核生物通过次生问题的遗传贡献,红藻已经增加了来自科学界的关注,从而能够跟踪许多真核谱系的进化史[2].然而,人们对红藻的基因组和遗传背景所知甚少。

红藻gracilariopsis lemaneiformis.全科医生。lemaneiformis), 原名Gracilaria lemaneiformisg . lemaneiformis)[3.]先前认为将在中国,日本,秘鲁和美国分发。但是,Gurgel等人。[4)报道全科医生。lemaneiformis没有在全球范围内分发,仅限于秘鲁附近。在中国,全科医生。lemaneiformis已成为第三大栽培海藻之后Saccharina.Pyropia,年干重2.46亿公斤。野生种群的全科医生。lemaneiformis主要分布在中国北部沿海,但耐高温品种981可从北部沿海种植到南部沿海[5].栽培全科医生。lemaneiformis被用作人类的美味食物来源,作为鲍鱼饲料和作为生产琼脂的资源。此外,全科医生。lemaneiformis有效地去除海水中的氮和磷,并抑制由红潮引起的微藻[67].

红藻全科医生。lemaneiformis含多糖、琼脂等丰富多样的碳水化合物。藻类多糖具有抗肿瘤、降血糖和免疫调节作用[8910.].琼脂,其中一种主要的碳水化合物全科医生。lemaneiformis,在食品、制药、化妆品、医疗和生物技术等行业有着广泛的应用。2009年生产了约9600吨琼脂(1.73亿美元),其中80%来自琼脂Gracilaria.要么Gracilariopsis11.].虽然许多江蓠目都是商业琼脂提取的好选择,全科医生。lemaneiformis由于其高琼脂含量优越[12.].

植物激素在植物的生长发育中起着关键的作用,或者是对不利环境条件的防御反应的调节者。植物激素在藻类和高等植物中具有类似的功能[13.].植物激素包括吲哚-3-乙酸(IAA)、脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)和水杨酸(SA)全科医生。lemaneiformis14.].然而,藻类中的植物激素信号传导途径可能与高等植物中的植物信号传导途径不同。

到目前为止,有关基因架构,转录基因和代谢途径的有限信息全科医生。lemaneiformis.虽然线粒体和叶绿体结构全科医生。lemaneiformis已被调查[15.16.],尽管有一些基因组信息可用[17.,关于这个物种的有限知识阻碍了基因研究和栽培实践。在这项研究中,我们报告了一个草图的基因组全科医生。lemaneiformis采用高通量测序技术。然后讨论了琼脂和其他碳水化合物的代谢途径以及植物激素信号通路。我们的工作将为全科医生。lemaneiformis以及对其他红藻的研究。

结果

基因组测序和组装

在本文中,我们组装了来自四巨育素的88.98 Mb的基因组草稿全科医生。lemaneiformis981.使用Illumina HiSeq序列仪生成约60.7百万个配对结束读数(2×100bp)。同时,使用太平洋生物学测序仪产生623.6万读数,平均长度为4305bp。这些原始测序读数,其基于估计表示大约189倍的覆盖范围全科医生。lemaneiformis基因组大小[18.把它们组合起来进行基因组组装。利用62208个contigs, N50为28502 bp,序列长度为92.58 Mb。共48,035个支架获得94.60 Mb基因组,N50长度为30,590 bp。最终,来自13825个长度等于或大于500 bp的支架的88.98 Mb基因组被用于进一步分析(见表)1).GC含量的含量全科医生。lemaneiformis基因组为48.13%。具有最长和大多数基因和相应的RNA丰度的前20个组装的CONDIG在图2中示出。1

表1摘要全科医生。lemaneiformis基因组组装
图1
图1

描述前20个最长contigs的基因组特征的圆形图。外环代表前20个最长的contigs,黑色块代表预测的基因。中间的环显示了在1kb bins中相应的contigs的GC内容。内环显示预测基因的表达。蓝色表示低表情,红色表示高表情。图中的链接表示contigs之间的相似性

以确定是否装配全科医生。lemaneiformis基因组与已发表的数据相匹配,我们将支架映射到发表的线粒体基因组全科医生。lemaneiformis15.].我们发现两个支架(即,长度为13,296bp的脚手架2118,并且长度为13,237bp的Scaffold2119)与线粒体基因组完全对齐,表明这里报告的组件是可靠的。

基因组注释和基因预测

利用基于同源性和从头计算的方法,我们生成了一个重复元素数据集,用于标注全科医生。lemaneiformis基因组。该研究导致鉴定为38.73 MB的重复序列,占组装总藻类基因组的40.94%。除了未分类的重复外,将大约60.45%的重复分为已知的家庭(图。2).长末端重复(long terminal repeat, LTR)反转座子是已知重复序列中最丰富的重复元件(17.04%),占已知重复序列的41.60%,其中包括Gypsy家族和Copia家族。第II类,DNA转座子,是第二丰富的重复家族,占基因组的3.80%。除了剪切粘贴II类转座子(TEs)外,我们还在该藻类基因组中鉴定了1.71%的滚圈转座子(RC/Helitron)。螺旋子是一种转座子,通过滚圈复制机制发挥作用,在> %的病例中有报道拟南芥蒂利亚纳基因组[19.].

图2
图2.

重复元素分布在全科医生。lemaneiformis基因组。线,长而分散的重复DNA元素。LTR,长端重复;RC /螺丝管,滚动圆转座子

准确地注释蛋白质编码基因的基因组全科医生。lemaneiformis,我们使用了组合策略,即综合基因预测,基于蛋白质 - 同源物的方法和转录组的基于证据的方法。总共预期9281个基因,在藻类基因组中平均长度为1398bp。RNA-SEQ数据支持大约62.40%的预测编码基因座。结果表明了基因预测的高精度全科医生。lemaneiformis基因组。

比较基因组学

选择来自ChromAlVeolata,牙龈膜,叶绿素和高等植物的20个基因组用于系统托儿科分析,并且这些物种共用的单拷贝基因用于产生系统发育树。如图1所示。3A,将20种物种分为树中的以下两个主要群体:Archaeplastida和ChromAlveolata。Archaeplastida含有红藻,绿藻和高等植物。根据系统发育树,全科医生。lemaneiformis在系统发育近距离C. Crispus.,这是一种具有完全测序的基因组的多细胞红藻。

图3
图3.

比较基因组分析全科医生。lemaneiformis一个使用基于藻类和植物基因组之间的单拷贝基因的最大似然法产生系统发育树。bVenn图表代表全科医生。lemaneiformis基因共享C. Crispus.c . merolaeG. Sulphuraria.基因组。c基因模型全科医生。lemaneiformis使用BLASTP与非冗余蛋白质数据库中的特征基因组进行比较。具有顶级BLASTP的生物数量击中全科医生。lemaneiformis表示

调查该特征全科医生。lemaneiformis基因组,我们检查了与其他三种红藻类同源的基因。四种物种,海洋大草原全科医生。lemaneiformisC. Crispus.属花藻科;然而,CyanidiosChyzon Merolae.Galdieria sulphuraria.是关系密切的单细胞嗜热嗜酸红藻(蓝藻科和蓝藻科)。共鉴定出6177个、4059个、4471个共同基因全科医生。lemaneiformisC. Crispus.c . merolae, 和G. Sulphuraria.分别总的来说,3502个基因在这4种中常见(图。3B.).分析结果证实了二者的系统发育接近性全科医生。lemaneiformisC. Crispus.揭示了大型藻类与单细胞红藻之间广泛的进化关系。

此外,我们将预测的基因模型与使用最佳击中方法进行了藻类和植物的非冗余蛋白质数据库中的预测基因模型。这种分析产生了各种生物的顶部命中,C. Crispus.G. Sulphuraria.A. Thaliana.是最常见的物种(图。3C).

基因本体(GO)和京都基因组(KEGG)分析分析

为了研究特异性涉及该藻类的基因和途径,我们使用本研究预测的基因模型进行GO和Keeg分析。基于三类生物过程(BP),细胞成分(CC)和分子功能(MF),我们发现最常见的GO条款包括“氧化还原过程”(BP),“ATP结合”(MF),“代谢过程”(BP),“膜”(CC),“氧化还原酶活性”(MF),“转移酶活性”(MF)和“细胞质”(CC)(图。4A).在KEGG分析中,富集,含有104,93和60基因的富集,“碳代谢”和“氧化磷酸化”和“氧化磷酸化”和“氧化磷酸化”和“氧化磷酸化”的途径。全科医生。lemaneiformis分别为基因组(无花果。4B.).

图4
图4.

GO和KEGG分析全科医生。lemaneiformis基因组。一个GO术语派生自全科医生。lemaneiformis基因模型。bKegg Pathway列表全科医生。lemaneiformis

碳水化合物代谢分析

琼脂biosynthesis-related酶

基于红藻的琼脂生物合成途径[20.21.[我们比较了琼脂前体生物合成中涉及的同源基因全科医生。lemaneiformis和其他藻类,包括红藻,的细菌一起c . merolae,绿色藻类Chlamydomonas Reinhardtii.,即尾藻Nannchloropsis gaditana,棕色藻类异甲酸硅,硅藻Phaeodactylum tricornutum(图。5和额外的文件1:表S1)。在这六种藻类中,酶磷胺酶(7)和GTP-甘露糖-1-磷酸瓜糊糊的转移酶(8)是最丰富的全科医生。lemaneiformis和磷素(2)也高度丰富,达到同样的程度c . merolae要么p . tricornutum.三种酶的数量(4912.)全科医生。lemaneiformis和其他几个物种一样。然而,磷酸葡萄糖异构酶(又称葡萄糖-6-磷酸异构酶)的富集程度,1),UTP-葡萄糖-1-磷酸尿苷转移酶(也称为UDP-葡萄糖磷虾酶,3.)和磷酸甘糖异构酶(或甘露糖-6-磷酸异构酶,6)全科医生。lemaneiformis是他们的浓缩p . tricornutum1),c . reinhardtii3.) 和大肠siliculosus6), 分别。虽然酶510.11.没有发现,全科医生。lemaneiformis具有丰富的琼脂生物合成相关酶。

图5
图5.

可能参与琼脂生物合成的基因分析。琼脂生物合成途径中的基因同源物全科医生。lemaneiformis与那些c . merolaen gaditana大肠siliculosusc . reinhardtiip . tricornutum.彩色的方块表示每个物种中同源基因的数量。步骤号和它们的代表酶是1。phosphoglucose异构酶;2。磷素酶;3.UTP-glucose-1-phosphate uridylyltransferase;4.galactose-1-phosphate uridylyltransferase;5。UDP半乳糖基转移酶;6。磷酸磷酸异构酶;7。phosphomannomutase;8。GTP-MANNOSE-1-磷酸胍瓜亚ltransferase;9.GDP-mannose-3 5-epimerase;10。国内生产总值(GDP)半乳糖基转移酶;11.UDP-葡萄糖焦磷酸化酶;12.GDP-MANNOSE-3,5-截止酶(与9

琼脂前体合成后,需要一组基因,包括甲基转移酶(MTs)、磺基转移酶(STs)、硫酰化酶、丙酮基转移酶(PTs)、硫酸酯酶和磺基水解酶(SHs),将琼脂前体转化为琼脂[21.].

磺基转移酶负责从供体转移到受体醇或胺分子的转移[22.].在chondrus,已经确定了12个ST编码基因[23.];但是,我们发现了八分之一全科医生。lemaneiformis(附加文件2:表S2)。在八个ST编码基因中,三个Contigs(Contig145.10,219.13和4885.26)编码碳水化合物磺旋转转移酶。红藻中的碳水化合物磺基转移酶参与硫酸化多糖的合成。

总共有六种基因与硫脲酶有关全科医生。lemaneiformis(附加文件2:表S2)。在这些基因中,属于半乳糖-2,6-硫基酶I家族的四个葡萄片(CONTIG1123.1,137.1,142.3和9907.5),以及属于半乳糖-2,6-硫基酶II的两种(Contig304.1和304.2)家庭。半乳糖-2,6-硫脲特异性转移芳基或烷基以产生3,6-硫代乳酮糖残基,这可能在琼脂前体转化为红藻类成熟多糖的关键作用。在chondrus,已经鉴定了11种相关的硫酸酶,并且八种被分类为II型硫脲基酶[23.].

硫酸酯酶是藻类细胞壁硫酸盐化修饰所必需的。出乎意料的是,没有发现硫酸酯酶C. Crispus.而编码家族1磺酸酶的9个基因则存在于褐藻中大肠siliculosus24.].在全科医生。lemaneiformis基因组,我们发现了五个硫酸酶编码基因(表S2)。其中,一种(Contig5126.2)是烷基砜,三个胶囊(ContIG14346.1,14,346.2和14,346.6)包括芳基硫酸酶,一种(ContIG14346.3)编码的N-乙酰甘乳酰胺-6-硫酸盐硫酸酶。因此,琼脂和角叉菜胶之间存在不同的修饰,而琼脂与藻酸盐之间的一些修饰类似。

糖苷水解酶(GHS) - 和糖基转移酶(GTS) - 相关酶

共有51个GH和105 GT基因全科医生。lemaneiformis(附加文件3.4:表S3和S4),其少于棕色藻类中识别的那些Saccharina粳稻(130,82)[25.]但更多的是在另一个红藻中发现的那些,C. Crispus.(65,31)[23.].七个GH系列(即GH19,GH25,GH28,GH42,GH43,GH53和GH113)仅在其中发现了三个GT系列(即GT11,GT32和GT61)全科医生。lemaneiformis.在这些家庭中,GT61家族(11)由11个基因组成,而其他九个家庭则只有一份副本。相比之下,几个GH和GT家族在棕海藻和红藻中有不同的成员。例如,仅发生了五个GH系列(即GH10,GH17,GH30,GH88和GH114)S. japonica,甚至更令人惊讶的是,GH81家族包括53个基因S. japonica但只有1和0全科医生。lemaneiformisC. Crispus., 分别。此外,仅存在七个GT系列(即GT10,GT23,GT48,GT50,GT60,GT68和GT74)S. japonica,家族GT23由17个基因组成。

海藻糖,一种非还原二糖,存在于包括藻类的各种生物中。参与海藻糖的代谢酶包括海藻酶(家族GH37),海藻糖 - 磷酸合酶(TPS,家族GT20),海藻糖磷酸酶和海藻糖合成酶。发现了前三个海藻糖相关的酶全科医生。lemaneiformis基因组(附加文件5:表S5)。除1个海藻糖磷酸酶基因外,还检测到3个海藻糖酶基因和4个TPS基因C. Crispus.23.].

纤维素是植物和藻类细胞壁的重要组成部分。共鉴定到12个GT2基因全科医生。lemaneiformis,这超过了所识别的数字C. Crispus.(3)和只有一半的数字确定S. japonica(24)(附加文件3.:表S3)。在这些基因中,五个GT2基因属于纤维素合成酶超家族,其已被分为九纤维素合酶样(CSL)家族和一种纤维素合酶(CESA)家族[26.].除了在中确定的三个CESASchondrus基因组,尚未报告了肾上腺素中的另一种CESAPorphyra yezoensis格里菲西亚怪物27.28.].我们确定了五个CESA或CSL基因全科医生。lemaneiformis.类似于CESAschondrus,发现了四个CESAS全科医生。lemaneiformis(由于其编码的氨基酸序列较短,因此将其排除在外),将其分为两类(附加文件6:图S1)。一类包括来自某些红藻类的CESAS,例如chondrus格里菲斯西亚Porphyra., 和Pyropia,以及两个折叠(Contigs60.7和60.8)全科医生。lemaneiformis.另外两种基因(Contig33.6和1420.1)与综合切片组成的原核生物,如nostoc芽孢杆菌和真核生物来自chondrusNannchloropsis..因此,植物的CSLA和CSLC基因起源不同[29.].

植物激素信号分析

植物生长激素

IAA和吲哚-3-乙酰胺被鉴定为巴西海岸11种红藻的主要生长素[30.].在这项工作中,发现了多个生长素相关基因,包括生长素运输、生长素外排载体和生长素反应因子基因(附加文件)7:表S6)。在这些基因中,吲哚-3-甘油-磷酸合酶(4)最为丰富。检测到生长素转运蛋白BIG(2)、生长素外排载体(2)和苯乙酸降解蛋白(2)全科医生。lemaneiformis

脱盐酸

aba相关成分在该藻中也非常富集。检测到4个3 '(2 '),5 ' -二磷酸核苷酸酶,它们是aba激活信号通路的组成部分(附加文件8:表S7)。此外,在ABA不敏感的5样蛋白(共6)中被发现全科医生。lemaneiformis基因组。除了ABA合成的关键酶,如9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶,一种法尼基半胱氨酸裂解酶,它是ABA信号的负调控因子[31.,也被列入全科医生。lemaneiformis

水杨酸

SA是一种参与生物和非生物胁迫的植物激素。在植物中提出了两条合成途径,包括肉桂酸通过苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性合成途径,以及异染色质酸通过细菌中异染色质酸合成酶(ICS)和异染色质酸丙酮酸解酶(IPL)催化的两条反应合成途径。拟南芥包含两个IC基因,但没有IPL基因[32.].相似拟南芥,一个ICS基因,但没有检测到IPL基因全科医生。lemaneiformis.另外,如同C. Crispus.,编码PAL和水杨酸合成酶的基因缺失[23.].检测到1个水杨酸单加氧酶和1个chorismate突变酶全科医生。lemaneiformis(附加文件9:表S8)。

茉莉酸盐

JAs包括多种脂源性信号化合物,在植物的生长发育、胁迫和防御反应中也发挥着重要作用。一系列酶,包括脂氧合酶(LOX),氧化烯合成酶(AOS),氧化烯环化酶(AOC), 12-氧植物二烯酸还原酶3 (OPR3),参与JA生物合成[33.].在高等植物中,许多酶参与JA的合成(如6种lox和4种aoc)A. Thaliana.)已被描述[34.35.].然而,在海藻中只观察到两个LOX基因,而没有AOS或AOC基因C. Crispus.23.].相似C. Crispus.,检测到编码LOX的两个基因全科医生。lemaneiformis(附加文件10.:表S9)。成对比较表明,该藻类中的两个LOX基因仅共用了17.66%的同一性,其类似于两种LOX基因之间的20%同一性C. Crispus..两个lox基因全科医生。lemaneiformis分别分布在10个物种的14个LOX基因中(附加文件11.:图S2)。因此,可以通过与高等植物中的途径合成红藻类中的JAS。

讨论

目前,下一代测序技术,如Illumina和454平台,是用于生成草图基因组的主要方法。利用RNA-seq技术,研究了几种藻类的基因组S. japonica25.],Porphyridium purpureum.36.],Nannchloropsis gaditana37.]已被建构和阐明。2013年报道了97mb的基因组,在野生雌性配子体中鉴定了3490个基因全科医生。lemaneiformis17.].在这里,我们提出了一种栽培四孢子的基因组草稿全科医生。lemaneiformis通过组合RNA-SEQ和配对端标签(PET)方法来应变981。基于已发布的野生的大小全科医生。lemaneiformis基因组[17.],约91.73%的藻类基因组是在本研究中组装的。大量的重复元素是植物基因组的主要结构特征。例如,73%的大型藻类基因组Chondrus crispus(红藻属)由重复序列组成[23.].本研究表明栽培中约40.94%(38.73 MB)重复元素全科医生。lemaneiformis然而,在野外揭示了54.64%(44.35 MB)TES全科医生。lemaneiformis17.].但是这两者中的GC内容全科医生。lemaneiformis基因组是相同的(〜48%)[17.].

琼脂是红藻细胞壁中最重要的多糖之一,包括在属GracilariopsisGracilaria.格列纳里.了解琼脂生物合成酶全科医生。lemaneiformis提高其琼脂含量对海藻工业具有十分重要的意义。虽然已经提出了红藻琼脂生物合成途径,但尚未完全阐明[20.21.].已经显示了编码半乳糖-1-磷酸尿苷转移酶,UDP-葡萄糖焦磷酸化酶和磷酸氟酰胺酶的几种基因与琼脂产量有关Gracilaria.Gracilariopsis物种(38.39.40].与绿藻和褐藻相比,在红藻类中,参与琼脂生物合成的酶非常丰富,并且琼脂合成相关基因全科医生。lemaneiformis比角叉菜胶红藻类更丰富,chondrus.到目前为止,琼脂的新陈代谢仍然不清楚。例如,从葡萄糖-1-磷酸盐到GDP-D-mannose的旁路是不符合的[20.21.].此外,昌等人。[20.报道了UDP半乳糖基转移酶(5)和GDP半乳糖基转移酶(10.)催化琼脂前体的合成,然而,Lee等人。[21.[将它们两者录制为糖基转移酶。与高等植物相反,如拟南芥而大米,红藻半乳糖转移酶的分子信息是有限的[21.].

除琼脂生物合成酶外,还可以吸收其他独特的碳水化合物,除琼脂和角叉菜胶外还可以存储其他独特的碳水化合物,如佛罗里芬和佛罗里芬。另外,纤维素,甘露甘露甘露甘露糖和某些独特的硫酸化多糖构成了细胞壁基质的大部分[41.].本文讨论了催化复合糖,多个GH和GT家族中糖苷键的合成和破裂的酶。上述物种之间的GH和GT系列的差异表明,棕海藻类中存在更多GH和GT系列S. japonica比那些红藻类的那些C. Crispus.全科医生。lemaneiformis;还有更多gh和gt家庭存在全科医生。lemaneiformis比在C. Crispus.

另一种双糖海藻糖可能在植物中作为信号分子[42.].TPS,即海藻糖-6-磷酸盐的一种产品也被认为是植物中的糖代谢调节剂[43.],并作为SnRK1 (snf1相关蛋白激酶)活性的抑制剂。SnRK1已被证明参与了蔗糖、淀粉和棉子糖家族寡糖途径[44.45.].存在三种不同的途径和共有四种酶参与海藻糖的生物合成和降解。除了海藻糖合成酶,仅在少量细菌中报告[46.],其他三个海藻糖酶都被发现全科医生。lemaneiformis基因组。

植物激素是植物中的大类广泛分布的化学品,不仅可以在低浓度下调节植物生长,而且可以充当参与防御反应的信号分子。植物激素不仅存在于高等植物中,也存在于海藻中[47.48.].尽管藻类中植物激素在藻类中的生理作用与高等植物中的生理作用类似,但藻类的生物合成途径和藻类代谢机制仍然难以捉摸。在我们的工作中,我们确定了五种植物甾酮,IAA,ABA,JA,SA和肉桂酸的内容全科医生。lemaneiformis使用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS) [13.].此外,我们发现外源24-表油菜素内酯能促进藻类生长和琼脂合成全科医生。lemaneiformis在正常和高温条件下[40].转录组分析表明,生长素极性运输、生长素信号转导及其与玉米素、ABA、乙烯、SA、油菜素内酯等内源激素的串接在油菜不定根形成过程中起重要作用G. lichenoides.49.].在本文中,我们分析了植物激素信号传导途径中涉及的组分,并确定了许多植物激素相关基因。

结论

在本研究中,我们进行了88.98 MB的基因组组件(约占整个基因组大小的91%),并在大型巨大的四孢子中鉴定了9281个基因全科医生。lemaneiformis(红藻门)。然后我们专注于碳水化合物新陈代谢,分析独特的琼脂合成酶和多个GH,GT酶不同于那些C. Crispus.S. japonica基因组。最后,我们总结了植物激素信号传导途径,包括养羊酸,阿巴,SA和JAS,其中迄今为止对红藻几乎没有研究。结果将提高我们对海藻藻基因组信息的理解,可能有助于该藻类的繁殖和文化。

方法

样品制备和DNA提取

四孢子的全科医生。lemaneiformis2009年9月20日,在宁德(26°65'N,119°66,119°66'e),福建,福建,菌株981。全科医生。lemaneiformis981在中国东南海岸的大面积培养,我们收到了收集来自农民的样品的许可。在宁波大学的藻类收集中心,我们被移除并保持了一个单高文化。使用HP植物DNA试剂盒(美国欧米茄Bio-Tek,USA)对藻类进行DNA提取。

基因组测序和组装

使用Covaris协议将合格的基因组DNA片段,并根据制造商说明使用KAPA Hyper Prep Kit (KAPA /罗氏)将500 bp的片段用于配对端文库制备。结果库在Illumina HiSeq 2000测序仪上测序。配对端reads用于组装contigs,然后使用soapdenvo2生成scaffold [50.].通过BLASTX针对NCBI非冗余蛋白质数据库中除去潜在地从污染细菌中的组装成簇中的序列。

转录组测序和分析

按照制造商的说明使用RNeasy Plant Mini Kit (Qiagen,德国)提取总RNA。RNA Library Prep Kit (NEB, USA)生成RNA-seq文库,在Illumina HiSeq 2000测序仪上进行配对端测序。使用SOAPdenovo-Trans v1.03使用默认参数从头组装测序reads [51.].

基因预测和注释

我们使用了RepeatModeler(http://www.repeatmasker.org/ repectmodeler.html)以检测TES全科医生。lemaneiformis使用默认参数的基因组。在基因预测之前,将检测到的TEs从组装的基因组中去除。

然后,整合了基于同源的,AB INITIO和转录组的方法以预测蛋白质编码基因全科医生。lemaneiformis根据Ye等人[25.].此外,Augustus version2.5.5 [52.]和Genemarkes 3.0.1版[53.]用于从头基因预测。程序Exonerate v2.2.0 [54.]与蛋白质序列一起使用thaliana, C. merolae, P. tricornutumc .管从植物血统下载(http://www.phytozome.net.),执行基于同源物的预测。我们将RNA-SEQ数据映射到基因组,并使用TOPHAT和CUFFLINK组装到基因模型中的转录物[55.].从上述策略预测的基因模型组合成使用EVidenceModeler的基因结构的非冗余共识[56.].最后,在NCBI非冗余蛋白序列数据库上进行BLASTp功能注释,截断e值为1e-10,将BLAST命中最好的基因组合到基因集中。将预测的基因定位到KEGG蛋白数据库中,进行代谢途径分析。

缩写

阿巴:

脱盐酸

AOC:

联烯氧化物环酶

AOS:

联烯氧化物合成酶

BP:

生物过程

CC:

蜂窝组件

CESA:

纤维素合成酶

CSL:

纤维素合酶样

GC-MS:

气相色谱 - 质谱仪

GHS:

糖苷水解酶

走:

基因本体论

GTS:

糖基转移酶

IAA:

吲哚-3-乙酸

集成电路:

等抚养态合成酶

IPL:

Isochorismate丙酮酸裂解酶

JA:

茉莉酸

JAS:

茉莉酸盐

KEGG:

Kyoto基因和基因组的百科全书

行:

长时间的散射重复的DNA元素

液态氧:

脂氧合酶

LTR:

长末端重复

MF:

分子功能

MTS:

甲基转移酶

OPR3:

12-oxophytodienoate还原酶3

朋友:

苯丙氨酸氨裂解酶

宠物:

配对端标签

分:

Pyruvyl转移酶

RC / HELITRON:

滚动圈的转座子

SA:

水杨酸

啦!

硫化物酶

SnRK:

SNF1相关蛋白激酶

STs:

磺胺转移酶

te:

转座的元素

TPS:

海藻糖 - 磷酸合酶

参考

  1. 1。

    邱华,杨东春,尹海生,杨东春。红藻(Rhodophyta)基因组减少的证据。J Phycol。2015;51:624-36。

    文章PubMed.CAS.谷歌学术搜索

  2. 2。

    Yoon HS,Hackett JD,Ciniglia C,Pinto G,Bhattacharya D.一个分子时间表的光合真核生物的起源。mol Biol Evol。2004; 21:809-18。

    文章PubMed.CAS.谷歌学术搜索

  3. 3.

    鸟cj,ragan ma,克里德利,米埃尔,古尔尔rr。Gracilariaceae(肾甲膜)中的分子关系:对一些未确定物种的进一步观察。欧语J Phycol。1994年; 29:195-202。

    文章谷歌学术搜索

  4. 4.

    廖利民,刘志强,刘志强。流体力学与动力学Gracilariopsis基于的道森(Graciarariales,肾小球)rbcl.序列分析和形态学证据。J Phycol。2003;39:154 - 71。

    文章CAS.谷歌学术搜索

  5. 5。

    于军,杨宇飞。海藻的生理生化反应Gracilaria lemaneiformis对氮和磷浓度变化的影响,中国海洋生物学杂志,2008;367:142-8。

    文章CAS.谷歌学术搜索

  6. 6。

    周勇,杨华,胡洪,刘勇,毛勇,周洪,等。大型藻的生物修复潜力Gracilaria lemaneiformis(肾甲瘤)融入了华北沿海水域的喂养鱼类文化。水产养殖。2006; 252:264-76。

    文章谷歌学术搜索

  7. 7。

    杨勇,刘强,柴志勇,唐勇。商业养殖对沿海浮游植物繁殖期的抑制作用Gracilaria lemaneiformis(红藻门)。J Appl Phycol. 2015; 27:1-12。

    文章CAS.谷歌学术搜索

  8. 8。

    Liao X,Yang L,Chen M,Yu J,张S,Zh Y.多糖(GLP)的降血糖作用Gracilaria lemaneiformis及其在糖尿病小鼠中的降解产物。食品功能。2015;6:2542-9。

    文章PubMed.CAS.谷歌学术搜索

  9. 9.

    粉丝yl,王wh,陈hs,刘n,liu aj。体外和体内免疫调节活性的酸性多糖Gracilaria lemaneiformis.Adv Mater Res. 2012; 468-471:1941-5。

    文章CAS.谷歌学术搜索

  10. 10。

    康y,王z,谢D,太阳x,杨w,zhao x等。多糖的表征和抗肿瘤活性gracilariopsis lemaneiformis..海洋药物。2017; 15:100。

    文章公共医学中心CAS.谷歌学术搜索

  11. 11.

    PORSE HJ,HJ.海藻水胶体工业的十年。J Appl Phycol。2011; 23:321-35。

    文章谷歌学术搜索

  12. 12.

    González-leija ja,Hernández-garibay e,pacheco-ruízi,guardado-puentes j,Espinoza-Avalos J,López-Vivas JM,等。优化琼脂的产量和质量gracilariopsis lemaneiformis.(江蓠属)用碱性处理从加利福尼亚湾提取。J Appl Phycol. 2009; 21:321-6。

    文章CAS.谷歌学术搜索

  13. 13。

    微藻植物激素:微藻生物技术的新机遇?植物学报。2015;20:273-82。

  14. 14。

    蔡旭,邵明,孙旭,徐楠。气相色谱-质谱联用技术检测植物多种激素Gracilaria lemaneiformis并且对氮气胁迫的反应。Oceanol Limnol Sin。2011; 42:753-8。(中文用英文摘要)

    CAS.谷歌学术搜索

  15. 15.

    张L,王X,钱H,Chi S,Liu C,Liu T.野生线粒体DNA的完整序列gracilariopsis lemaneiformis.和两种诱变培养品种(Gracilariaceae,菱噻嗪)。Plos一个。2012; 7:E40241。

    文章PubMed.公共医学中心CAS.谷歌学术搜索

  16. 16。

    杜Q,Bi G,Mao Y,Sui Z.完整的叶绿体基因组gracilariopsis lemaneiformis.(菱噻戈)对Gracilariaceae的evervolution提供了新的洞察力。J phycol。2016; 52:441-50。

    文章PubMed.CAS.谷歌学术搜索

  17. 17。

    周W,胡y,Sui Z,Fu F,Wang J,Chang L等。基因组调查测序和遗传背景表征gracilariopsis lemaneiformis.(肾小序)基于下一代测序。Plos一个。2013; 8:E69909。

    文章PubMed.公共医学中心CAS.谷歌学术搜索

  18. 18。

    卡普朗DF,荷兰JA。用细胞光度计估计种间和种内核DNA含量的变异Gracilaria.Gracilariopsis(Gracilariales红藻门)。1991年3月机器人;34:139-44。

    文章谷歌学术搜索

  19. 19.

    Kapitonov vv,Jurka J. Helitrons在滚动中:真核滚动圈的转座子。趋势类型。2007; 23:521-9。

    文章PubMed.CAS.谷歌学术搜索

  20. 20。

    昌L,隋Z,傅F,周W,王j,kang kh等。UDP-葡萄糖磷磷酸化酶和琼脂产量基因表达的关系gracilariopsis lemaneiformis.(红藻门)。J Appl Phycol。2014; 26:2435-41。

    文章CAS.谷歌学术搜索

  21. 21。

    Lee WK,LIM YY,LeoW ATC,Namasivayam P,Abdullah Jo,Ho Cl。红海藻中琼脂的生物合成:综述。碳水化合物聚合物。2017; 164:23-30。

    文章PubMed.CAS.谷歌学术搜索

  22. 22。

    引用本文根岸根一,裴德森LG, Petrotchenko E, Shevtsov S, Gorokhov A, Kakuta Y,等。磺基转移酶的结构和功能。生物化学学报。2001;39:149 - 57。

    文章PubMed.CAS.谷歌学术搜索

  23. 23。

    郑志强,王志强,王志强,等。红海藻的基因组结构和代谢特征Chondrus crispus在Archaeplastida的演变上脱光。Proc Natl Acad Sci U S A. 2013; 110:5247-52。

    文章PubMed.公共医学中心谷歌学术搜索

  24. 24。

    Michel G,Tonon T,Scornet D,Cock JM,Kloareg B.棕色藻类的细胞壁多糖代谢异甲酸硅.真核生物中细胞外基质多糖进化的见解。新植物。2010; 188:82-97。

    文章PubMed.CAS.谷歌学术搜索

  25. 25。

    叶宁,张旭,苗敏,范旭,郑勇,徐东,等。Saccharina.基因组提供对海带生物学的新颖洞察力。NAT Communce。2015; 6:6986。

    文章PubMed.公共医学中心CAS.谷歌学术搜索

  26. 26。

    尹勇,黄建平,徐勇。植物和藻类纤维素合成酶超家族的全序列分析。BMC Plant Biol. 2009;9:99。

    文章PubMed.公共医学中心CAS.谷歌学术搜索

  27. 27。

    Roberts E,Roberts Aw。来自红藻的纤维素合成酶(CESA)基因Porphyra yezoensis(红藻门)。J phycol。2009; 45:203-12。

    文章PubMed.CAS.谷歌学术搜索

  28. 28。

    Matthews Pr,Schindler M,Howlaws P,Arioli T,威廉姆森Re。从中的CESA格里菲西亚怪物(Rhodophyta, Florideophyceae)有一个家族48的碳水化合物结合模块。J Exp Bot. 2010; 61:4461-8。

    文章PubMed.公共医学中心CAS.谷歌学术搜索

  29. 29。

    诺布尔斯博士,布朗博士蓝藻在纤维素合成酶和纤维素合成酶样蛋白进化中的关键作用。纤维素。2004;11:437-48。

    文章CAS.谷歌学术搜索

  30. 30.

    王志强,王志强,王志强,等。巴西红藻的内源性细胞分裂素、生长素和脱落酸。J Phycol。2010;46:1198 - 205。

    文章CAS.谷歌学术搜索

  31. 31。

    Huizinga DH,Denton R,Koehler Kg,Tomasello A,Wood L,Sen Se等。法呢基胞嘧啶裂解酶参与脱落酸信号的负调节拟南芥.摩尔。2010;3:143-55。

    文章PubMed.CAS.谷歌学术搜索

  32. 32。

    陈Z,郑泽,黄杰,赖泽,风扇B.植物中水杨酸生物合成。植物信号表现。2009; 4:493-6。

    文章PubMed.公共医学中心CAS.谷歌学术搜索

  33. 33。

    Wasternack C,遗址B. jasmonals:生物合成,感知,信号转导和植物应激反应,生长和发育的作用。2007年植物学年度审查的更新。Ann Bot。2013; 111:1021-58。

    文章PubMed.公共医学中心CAS.谷歌学术搜索

  34. 34。

    Bannenberg G,MartínezM,哈伯格M,Castresana C.脂氧基酶基因家族中的酶活性的多样性拟南芥蒂利亚纳.脂质。2009;44:85 - 95。

    文章PubMed.CAS.谷歌学术搜索

  35. 35。

    Stenzel I,Bause B,Miersch O,Kurz T,Maucher H,Weichert H,等。茉莉酸盐生物合成和联烯氧环酶家庭拟南芥蒂利亚纳.植物mol biol。2003; 51:895-911。

    文章PubMed.CAS.谷歌学术搜索

  36. 36。

    Bhattacharya D,Price DC,Chan CX,秋H,玫瑰N,球S等人。红藻的基因组Porphyridium purpureum..Nat Commun。2013;4:1941。

    文章PubMed.公共医学中心CAS.谷歌学术搜索

  37. 37。

    张志强,张志强,张志强,等。油藻基因组序列及遗传转化草案Nannchloropsis gaditana.Nat Commun。2012;3:686。

    文章PubMed.公共医学中心CAS.谷歌学术搜索

  38. 38。

    Siow Rs,Teo SS,Ho Wy,Shukor Mya,Phang Sm,Ho Cl。半乳糖-1-磷酸尿嘧啶三转移酶的分子克隆和生物化学特征Gracilaria changii(红藻门)。J Phycol。2012;48:155 - 62。

    文章PubMed.CAS.谷歌学术搜索

  39. 39。

    半乳糖-1-磷酸尿苷转移酶的克隆与分析加尔特)基因gracilariopsis lemaneiformis.(肾小序)和基因表达与琼脂合成之间的相关性。J Appl Phycol。2010; 22:157-64。

    文章CAS.谷歌学术搜索

  40. 40.

    唐x,xu n,太阳x,李y,张l。24-ε的影响对伞形藻类的琼脂合成及基因表达的影响gracilariopsis lemaneiformis..中国渔业杂志。2015;39:1788-98。(中文及英文摘要)

    CAS.谷歌学术搜索

  41. 41.

    Popper za,michel g,Hervéc,domozych ds,willats wg,tuohy mg等。植物细胞壁的演化与多样性:从藻类到开花植物。Annu Rev植物Biol。2011; 62:567-90。

    文章PubMed.CAS.谷歌学术搜索

  42. 42.

    埃尔贝辛广告,潘yt,pastuszak i,carroll d.对海藻糖的新见解:多官能分子。糖生物学。2003; 13:17R-27R。

    文章PubMed.CAS.谷歌学术搜索

  43. 43.

    张Y,Primavesi LF,Jhurreea D,Andralojc PJ,Mitchell Rac,Powers SJ等。通过海藻糖-6磷酸抑制SNF1相关蛋白激酶1活性和调节代谢途径。植物理性。2009; 149:1860-71。

    文章PubMed.公共医学中心谷歌学术搜索

  44. 44。

    王C,张Z,苗M.SnF1相关蛋白激酶(SNRK)1参与黄瓜中奖酶寡糖代谢的调节(Cucumis巨大成功L.)Calli。J工厂增长调节。2016; 35:851-64。

    文章CAS.谷歌学术搜索

  45. 45。

    张勇。海藻糖的代谢与信号转导。Ann Rev Plant Biol. 2008; 59:417-41。

    文章CAS.谷歌学术搜索

  46. 46。

    AVONCE N,Mendoza-Vargas A,Morett E,Iturriaga G.关于海藻糖生物合成的演变的见解。BMC EVOL BIOL。2006; 6:109-23。

    文章PubMed.公共医学中心CAS.谷歌学术搜索

  47. 47。

    王志强,王志强,王志强,等。内源性细胞分裂素、生长素和脱落酸Ulva Fasciata(叶绿藻)和dictyota humifusa(Phaeophyta):了解他们的生物合成和同性恋。欧语J Phycol。2009; 44:231-40。

    文章CAS.谷歌学术搜索

  48. 48。

    Tarakhovskaya ER, Maslov YI, Shishova MF。激素在藻类。acta botanica sinica(云南植物学报),2007;54:163-70。

    文章CAS.谷歌学术搜索

  49. 49。

    王W,李H,林X,阳S,王Z,方B.转录组分析识别涉及不定分支形成的基因Gracilaria lichenoides.体外。SCI REP。2015; 5:17099。

    文章PubMed.公共医学中心CAS.谷歌学术搜索

  50. 50。

    罗R,刘B,谢y,李z,黄w,元j等。SOAPDENOVO2:经验改进的记忆效率短读新创汇编程序。Gigascience。2012;一18。

    文章PubMed.公共医学中心谷歌学术搜索

  51. 51。

    谢y,wu g,唐j,罗r,帕特森j,liu s等。SOAPDENOVO-TRANS:新创转录组件具有短RNA-SEQ读数。生物信息学。2014; 30:1660-6。

    文章PubMed.CAS.谷歌学术搜索

  52. 52。

    基于广义隐马尔可夫模型的真核生物基因预测。BMC生物信息学。2006;7:62。

    文章PubMed.公共医学中心CAS.谷歌学术搜索

  53. 53。

    Ter-Hovhannisyan V,Lomsadze A,Chernoff Yo,Borodovsky M.使用A组新的真菌基因组的基因预测AB Initio.具有无监督培训的算法。Genome Res。2008; 18:1979-90。

    文章PubMed.公共医学中心CAS.谷歌学术搜索

  54. 54。

    生物序列比较启发式算法的自动生成。BMC生物信息学。2005;航班。

    文章PubMed.公共医学中心CAS.谷歌学术搜索

  55. 55。

    Trapnell C,Roberts A,Goff L,Pertea G,Kim D,Kelly Dr等。TOPHAT和袖扣RNA-SEQ实验的差异基因和转录物表达分析。NAT PROTOC。2012; 7:562-78。

    文章PubMed.公共医学中心CAS.谷歌学术搜索

  56. 56。

    王志强,王志强,王志强,等。使用evidence emodeler和程序组装拼接对齐的真核基因结构自动注释。基因组医学杂志。2008;9:R7。

    文章CAS.谷歌学术搜索

下载参考

资金

国家自然科学基金项目(no . 41376151, no . 31672674)。浙江省自然科学基金重点项目(no . Z17D060001);宁波市国际科技合作项目(no . 2017D10019);宁波大学K. C. Wong Magna基金项目。关键词:岩石力学,数值模拟,数值模拟,数值模拟资助机构没有参与实验设计、结果分析或手稿的撰写,但对手稿提供了资金支持。

数据和材料的可用性

全基因组霰弹枪项目和基因组装信息已在Bioproject ID SRP106236下提交给GenBank数据库中。

作者信息

隶属关系

作者

贡献

XS,NX和XZ开发了概念并解释了结果。FW进行基因组DNA和RNA分离。TS和YK负责测序。SOH和JW进行了基因组组装,基因组注释和数据分析。XS起草了稿件。RY和GW审查了稿件并提供了宝贵的反馈。所有作者都已读取并批准了此手稿的最终版本。

相应的作者

对应于Nianjun徐要么赵晓东

伦理宣言

伦理批准和同意参与

不适用。

相互竞争的利益

提交人声明他们没有竞争利益。

出版商的注意事项

施普林格《自然》杂志对已出版的地图和机构附属机构的管辖权要求保持中立。

附加文件

附加文件1:

表S1。琼脂合成中酶数的比较6种。(docx 26 kb)

附加文件2:

表S2。参与将琼脂前体转化为琼脂的酶全科医生。lemaneiformis.(多克斯24 kb)

附加文件3:

表S3。中鉴定的糖苷水解酶(GHs)的数量全科医生。lemaneiformisC. Crispus.S. japonica基因组。(docx 26 kb)

附加文件4:

表S4。鉴定的糖基转移酶(GTS)的数量全科医生。lemaneiformisC. Crispus.S. japonica基因组。(docx 26 kb)

附加文件5:

表S5。参与海藻糖代谢的酶(多克斯24 kb)

额外的文件6:

图S1。纤维素合酶(CESA)的系统发育关系全科医生。lemaneiformis和其他相关物种的物种。利用Mega5.10软件,基于最大似然法构建了1000个bootstrap重复树。(多克斯27 kb)

附加文件7:

表S6。与生长素信号转导有关的基因全科医生。lemaneiformis.(多克斯24 kb)

额外的文件8:

表S7。与脱钙酸信号相关的基因全科医生。lemaneiformis.(多克斯24 kb)

额外的文件9:

表S8。与水杨酸信号有关的酶全科医生。lemaneiformis.(多克斯25 kb)

附加文件10:

表S9。与茉莉酸信号转导有关的酶全科医生。lemaneiformis.(多克斯24 kb)

附加文件11:

图S2。从10个物种的脂氧合酶(LOX)推导出系统发育。利用Mega5.10软件,基于最大似然法构建了1000个bootstrap重复树。(多克斯24 kb)

权利和权限

开放访问本文遵循知识共享署名4.0国际许可协议(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/),它允许在任何媒体上无限制地使用、分发和复制,前提是你给予原作者和来源适当的荣誉,提供一个到知识共享许可协议的链接,并指出是否作出了更改。创作共用及公共领域专用豁免书(http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/)除非另有说明,否则适用于本文中提供的数据。

重印和权限

关于这篇文章

通过CrossMark验证货币和真实性

引用这篇文章

孙旭东,吴建军,王刚。et al。大型藻独特碳水化合物和植物激素代谢的基因组分析gracilariopsis lemaneiformis.(红藻门)。BMC植物BIOL.18,94(2018)。https://doi.org/10.1186/s12870-018-1309.2

下载引用

关键字

  • gracilariopsis lemaneiformis.
  • 基因组分析
  • 碳水化合物新陈代谢
  • Phytohormone信号传导