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比较转录组分析显示1-,2和3岁的癫痫萜类生物合成白术对

抽象的

背景

白术对(直流)。苍术是一种著名的药用植物,其主要活性成分是倍半萜类苍术素。高效液相色谱(HPLC)分析显示,苍术素在3岁时最为丰富A. Chinensis.然而,与1岁和2岁的根茎和2岁的根茎的根茎相比,Relactylodin积累的分子机制是难以理解的。

结果

在这项研究中,我们的特征在于1-,2-岁和3岁(Y1,Y2和Y3)的Relcriptomes的转录组A. Chinensis.,鉴定差异表达的基因(DEGS)。我们鉴定了在甲羟戊酯(MVA)中的酶基因的240,169和131 unigenes,分别分别编码酶(MVA)中的酶基因,甲酸酯磷酸盐(MEP),Sesquiterpenoid和三萜类生物合成途径。为了确认RNA测序分析的可靠性,选择辛特萜类化合物和三萜类生物合成途径以及颜料,氨基酸,激素和转录因子功能中的11个关键基因编码因子进行定量实时PCR(QRT-PCR) 分析。结果证明了通过RNA测序确定的那些表达模式,Pearson在QRT-PCR和RNA-SEQ数据之间的相关系数为0.9。来自不同年龄的根茎的差异基因表达分析显示与癫痫萜素和三萜类生物合成有关的52个基因。其中,在Y1 Vs y2,Y1 vs y3和Y2 vs y3中鉴定出七个次数,其中五个编码的四个关键酶,squalene / phyoene合酶(ss),squalene-hopene cyclose(shc),squalene epoxid酶(se)和Dammarenediol II II合成酶(DS)。这四种酶直接与角鲨烯生物合成和随后的催化作用有关。为了验证这七次DEG的结果,进行QRT-PCR并表明其大多数显示3岁的根茎中的相对表达较低,类似于转录组分析。

结论

3年生根茎中SS、SHC、SE和DS的表达下调。这与3年生根茎中倍半萜含量较高相对应,并经qRT-PCR证实。比较转录组分析的结果和关键酶基因的鉴定为研究倍半萜的生产奠定了坚实的基础A. Chinensis.

同行评审报告

背景

Atractylode Lankea.白术对(通常被称为“毛卡格朱”和“北肉朱”中的中文),共同构成根茎梗死,属于菊科家族。根茎atractylodes广泛用于东亚,具有巨大的经济和药用价值。A. Lankea.目前正在濒临灭绝,因此,A. Chinensis.是北方大部分地区广泛分布的根茎畸形的主要来源。主要的生物活性化合物A. Chinensis.根茎用于治疗消化系统疾病,风湿病疾病和夜盲[6].现代药理学研究表明A. Chinensis.还具有抗炎,抗细菌[11.20.]和antritumor [13.] 特性。虽然SesquiterPenoid组件A. Chinensis.根茎具有重要的药理学活动,生物活性倍细萜类化合物的积累的分子机制很差。在植物中,Sesquriterpenoids通常通过MVA和MEP生物合成途径合成。

自然人口A. Chinensis.目前正在迅速耗尽,由于繁重,常年草药的弱生殖能力疲软。因此,迫切需要人工培养来保护自然群体并确保可持续利用。至关重要的问题是如何在倍二萜烯含量方面确保或甚至改善根瘤菌质量。虽然植物化学[11.33.],药理学[514.20.24.]和种植[27.32.37.38.A. Chinensis.由于缺乏基因组和转录组数据,虽然对其积累生物活性化合物的分子机制进行了研究,但仍不清楚。

转录组分析是分析次级代谢物生物合成的有效方法,已用于确定药用植物基因的功能,包括丹参(萨尔维亚米尔蒂希萨)[34.),摘要(Panax Ginseng.)[4],Sanqi(Panax诺辛)[18.]云南崇骚(巴黎重楼var。云南人)[9),等等。近年来,人们对倍半萜类生物合成分子过程的理解有所提高,通过转录组分析,研究了倍半萜类生物合成途径中的各种基因,atriactylode.212.36.].Sesquiterpenoids是根茎的主要生物活性组分A. Lankea.A. Chinensis.;然而,它们之间存在筛窦组成和含量之间的差异。此外,常年药草中的生物活性成分的含量受培养年的影响[116.29.].迄今为止,一项研究报告了3岁的转录组概况A. Chinensis.粉末(36.];然而,没有关于癫痫患者萜素积累和培养年之间关系的分子机制的数据。阐明参与生物活性成分的生物合成和积累和鉴定生物合成途径中的关键酶基因的因素将是筛选辛特萜类萜产物的改善的重要步骤。

这里,来自1-,2和3岁的根茎A. Chinensis.进行了高通量转录组测序,使我们能够表征A. Chinensis.为不同年龄栽培的根茎,从不同年多年的根茎中剖面到不同年龄的基因(DEGS),并鉴定与生物合成和癫痫发作的积累有关的DEG。发现倍二萜生物合成途径中的关键酶基因是改善大ractylodin生产的必要条件。本研究可以提供洞察伊妥薄素含量和培养年内关系的关系,并有助于揭示潜在的分子机制A. Chinensis.

材料和方法

植物材料

A. Chinensis.种子采自中国河北省秦皇岛市秦皇岛市同盛药业有限公司种植基地。为了确保物理环境相似,2016年、2017年和2018年在河北科技师范大学的同一块空地上分别播种了种子。收集野生资源不需要许可A. Chinensis.A. Chinensis.根茎是药用制剂中使用的植物的一部分,用作光合产物和生物活性化合物的商店。用作药物,A. Chinensis.在10月至11月期间,在河北省将于11月初至第四至第四次根茎最佳地收获,因此,2018年11月初收集了3岁生物重复的1-,2和3岁的根茎(每次生物重复的15个根茎)(如图所示。7).收集后,在自来水中清洁根茎,并分为两组。将一组在60℃下干燥,用于拟ractyldin提取和HPLC分析。将其他基团立即在液氮中冷冻并在RNA提取和测序之前储存在-80℃。

白术素提取及高效液相色谱分析

将干燥的根茎研磨成粉末,将0.2g浸入50ml甲醇中(纯度≥99.9%,等级/申请信息:AC。Reag。ph Eur,CSA-No.67-56-1)和超声提取(功率250W,频率40kHz)1小时。接下来,收集1ml上清液并通过0.22μm微孔过滤膜(JTSF0311,天津金腾实验设备有限公司)。

使用Thermo Fisher Ultimate 3000 UPLC系统进行1-,2-岁和3岁的根茎中亚替坦素含量的测定,在C18柱上(4.6×250mm,5μm,Thermo Fisher),.流动相是甲醇:水(79:21),流速为1.0ml∙min−1.在340nm下监测HPLC色谱图,柱温设定在30℃。

白术素(编号111924-201,806,gbw114.com, China)的标准溶液为20 μg∙ml−1用甲醇制备,然后稀释至1μg×mL−1,2μg∙ml−1,5μg∙ml−1和10μg∙ml−1, 分别地。根据标准atractylodin含量(Y)及其覆盖区域(X)之间的关系,获得标准曲线Y = 4.2254 x(r2 = 0.9999). Atractylodin content was determined by standard curve. The content of atractylodin (%) = y * 50 mL (methanol) / 0.2 g (rhizome powder). The mean values of three biological replicates were calculated. Statistical significance of atractylodin contents among 1-, 2- and 3-year old rhizomes was analyzed by DPS (version 14.5).

Unigenes的RNA测序和功能注释

提取总RNA,1-,2-岁和3岁的根茎三种生物学重复A. Chinensis.用丁醇试剂(Invitrogen)分别萃取,然后用DNase I(Takara)处理。通过1%琼脂糖凝胶电泳测试RNA质量和使用NanoDrop分光光度计(Thermo)测定的浓度。通过混合每个年龄根茎的三种生物重复来制备RNA池。基于Novogene Co.(北京,中国),使用Illumina Hiseq Xten PE150平台获得1-,2岁和3岁的根茎的转录组数据。原始成对的结束读取被修剪和由SEQPrep控制的质量(https://github.com/jstjohn/seqprep.)和镰刀(https://github.com/najoshi/sickle.),使用默认参数。高质量reads的测序数据使用fastp(版本0.19.5,https://github.com/OpenGene/fastp).简而言之,适配器的污染,低质量的碱基,具有(≥10%)模糊碱基的读数,以及小于20 bp的读数都被删除了。然后用Trinity(版本2.8.5,http://trinityrnaseq.sourceforge.net/).在当前研究期间生成和分析的数据集可在序列读取归档(SRA)存储库中(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sra/PRJNA698794).转录组数据已上传至SRA (BioProject ID PRJNA698794,https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sra/PRJNA698794).

序列注释和分类是ramya等人的方法。[22.].对于功能性注释,搜索所有组装的转录物针对NR(NCBI蛋白质非冗余),COG(蛋白质群组的簇)和KEGG(基因族和基因组的群体)数据库使用BLASTX鉴定具有的蛋白质与给定的转录物的最高序列相似度,以检索其功能注释和典型的截止e值,小于1.0×10-5被设置了。BLAST2GO(http://www.blast2go.com/b2ghome.)程序用于获得唯一组装成绩单的注释(基因本体论)。使用KEGG进行代谢途径分析(http://www.genome.jp/kegg/).对于BLAST搜索中没有涉及的其他序列,我们使用了TransDecoder程序(https://github.com/TransDecoder/TransDecoder)预测编码序列(CD)和方向。

分析差异表达基因

三岁根茎中unigenes的差异表达A. Chinensis.使用Deseq2(1.24.0版)软件确定。DESEQ2提供了使用基于负二项式分布的模型来确定数字基因表达数据中的差异表达的统计例程。对于包括Go和Kegg的功能性 - 富集分析,以识别在Bonferroni校正的P-Squarated P-Squarated <0.05的GO术语中显着富集的DEG,与整个转录组背景相比。Goatools进行功能丰富和Kegg Pathway分析(版本0.6.5,https://github.com/tanghaibao/goatools.)和kobas(http://kobas.cbi.pku.edu.cn/kobas3 /?t=1).

使用Chi-Square测试评估基因表达的差异,并控制错误的发现率(FDR)。分配FPKM(每百万次映射和读取的外显子模型的每千级片段),以标准化读取表达值。本研究采用FDR值(≤0.05)和(日志2FC≥1)作为筛选DEGs的标准。校正p值< 0.05作为“富集”的DEGs的阈值。生成的热图显示了在三个年龄段表达显著改变的基因。

定量实时PCR

为了确认RNA测序分析的可靠性,使用来自相同1-,2-岁和3岁的根茎的样品进行QRT-PCR分析,用于RNA-SEQ。十一基因(簇-15114.3,集群8388.71372,集群8388.203329,集群388.168445,集群8388.64828,集群8388.299573,集群8388.162261,集群8388.157231,集群8388.172353,集群8388.295361和cluster-8388.295722)中,用键在Sesquiterpenoid生物合成途径以及颜料,氨基酸,激素和转录因子功能中的功能被随机选择用于QRT-PCR分析。使用底漆V5.0设计QRT-PCR的引物,并由Sangon Biotech(中国上海)合成,有限公司使用Primescript RT试剂盒(Takara)和QRT-PCR分析,CDNA与总RNA的逆转录。在Bio-Rad CFX Connect™实时PCR检测系统(新加坡生物系统)上进行。相对表达数据被标准化为UBQ2.基因,用作内部对照[36.].每次QRT-PCR实验重复三次。使用2计算每个基因的相对表达-ΔΔct方法 [19.] SD在三个生物学复制中计算。使用的所有引物都列于补充表S中1

根据RNA测序的可靠性确认方法,采用qRT-PCR对与倍半萜和三萜生物合成相关的7个DEGs进行验证。引物列于附表S2

结果

1-,2和3岁的阿托西薄蛋白含量A. Chinensis.根茎

由于阿特康酞是主要和指数的生物活性组成部分A. Chinensis.,它在1-,2和3岁的根茎中的水平A. Chinensis.通过HPLC分析测量植物,分别记录为0.2252,0.2378和0.2939的亚羟丁含量(%)(表1,补充图。S1).3年生根茎中苍术素含量显著高于1年生和2年生根茎(见表2)1).结果表明,栽培年限对苍术素含量有显著影响A. Chinensis.然而,根茎在3岁的根茎中较高的亚特康酞素含量下面的分子机制尚不清楚。

表1 1-,2-岁和3岁的根茎癌含量(%)A. Chinensis.

测序分析和DE Novo组装

目的:探讨中药苍术素含量增加与中药抗衰老作用的分子机制A. Chinensis.培养年度,进行转录组测序。过滤出适配器序列并读数≤50bp,58,394,019,51,583,471和59,107,505高质量(HQ)读数是从1-,2-和3岁的A. Chinensis.分别为根茎。还汇集了来自三个样品的读数,并重复上述步骤,导致鉴定143,616 unigenes(平均长度825bp,n50长1121bp)。读取和unigenes的GC含量为45.18%〜45.56%(表2).长度分布分析证明了16%的unigenes> 1 kb。

表2 Illumina测序和组装概要A. Chinensis.

功能辅助和分类

NR数据库中共有56,759个unigenes(总组装的unigenes的39.52%),37,475(26.09%),31,272(21.77%),6,540(4.55%),39,372(27.41%)和31,424(14.92%)(14.92%))分别显示瑞士 - PRAM,PFAM,COG,GO和KEGG数据库中的序列的显着相似性(表3.).

表3 unigenes注释摘要A. Chinensis.Rhizomes对公共数据库的转录组

三个GO类别中的unigenes的计数包括生物学过程(57,008个未植物),细胞组分(55,906个未成)和具有47个子类别的分子功能(47,730个unigenes)(图。1一种)。总共有6,540个unigenes被注释并分为24种COG分类(图。1b)其中,其中“翻译,核糖体结构和生物发生的群体”(464个unigenes,7.10%的肠被注释的unigenes)占了最大比例,其次是“后期改性,蛋白质周转,伴侣”(377个unigenes,5.80%)和“仅限通用函数预测”(373 ungigenes,5.70%)。

图。1
图1

合成单基因的GO和COG分类。(一个)去分类。将组装的unigenes分为三个主要类别。这y-axis表示类别中的未成熟的数量,以及X-AXIS表示GO分类。(B)COG分类。将组装的unigenes分为24类COG分类。这y-axis表示类别中的未成熟的数量,以及X-AXIS表示COG分类

进行Kegg途径分析,以在1-,2-岁和3岁处活跃的生物化学途径进行功能分类A. Chinensis.根状茎。共31424个unigenes被划分为6个KEGG类目,其中有130个亚类目:“新陈代谢”、“遗传信息加工”、“环境信息加工”、“细胞过程”、“生物系统”和“人类疾病”(图)。2).

图2
图2.

Kegg的功能分类和路径分配组装的unigenes。将组装的unigenes分为六个主要类别的Kegg分类。这X-axis表示类别中的未成熟的数量,以及y-axis表示kegg分类

大多数unigenes的of大多数ungenes被分配给“苯丙烷化生物合成”(723 unigenes,Ko00940),“萜烯骨架生物合成”(517 unigenes,KO00900),“类胡萝卜素生物合成”(394个unigenes,KO00906)和“SesquiterPenoid和三萜类化合物生物合成“(204个unigenes,KO00909)(表4).在MVA途径中共鉴定为关键酶基因,在MEP途径中具有169个unigenes,并且在筛窦萜类化合物和三萜生物合成途径中有131个unigenes(表5).这些与倍半萜类和三萜类生物合成途径相关的基因的发现,可能有助于我们阐明3年生根茎中苍叶苷含量较高的分子机制。

表4与次级代谢物相关的unigenes数量A. Chinensis.
表5中涉及倍半萜类和三萜类生物合成的unigenes发现情况A. Chinensis.

转录物的差异表达A. Chinensis.来自不同种植年的根茎

比较来自不同年龄的unigenesA. Chinensis.根茎,构造了一个Venn图(图。3.).结果表明,所有三个年龄的根茎都分享了31,895个unigenes。共有7,027,8,879和6,109个unigenes特定于1-,2 - 和3岁A. Chinensis.分别与2岁的根茎A. Chinensis.根茎有最多的独特unigenes。

图3.
图3.

1年生、2年生和3年生根茎中unigenes的维恩图A.Chinensis..上图显示了1-,2-岁和3岁的根茎中的重叠和特定的未成年。下面的列图分别显示了1-,2和3岁的根茎中的总数unigenes

为了识别三岁的根茎中的次数,1比2岁(Y1 y2)根茎的标签频率,2比3岁(Y2 VS Y3)根茎和1比3岁(评估Y1 vs Y3)根茎,分别检测到3,699,2,840和3,633次,分别在三对比较之间检测到(图。4).Y1 vs y2,y2 vs y3和y1 vs y3,揭示了3,880,2,214和2,292个上调基因。在Y1 vs Y 2中比下调基因更高,在Y2 VS Y3和Y1 VS Y3比较中检测到相反。

图4.
图4.

Y1 vs Y2,Y1VS Y3和Y2 VS Y3的上下调调节°的数量。向上受调节的次数用红色标记,下调调节的次数用蓝色标记

进行所有DEG的Kegg途径分析,以表征复杂的生物行为。富集的途径在图2中示出。5并反映了来自不同年龄根茎的样品的优惠生物学功能。所有DEG的分层聚类表明,Y1 VS Y2和Y1 VS Y3比较之间的整体unigenes富集特性相似(图。5A和5B),涉及“碳水化合物代谢”,“信号转导”,“氨基酸代谢”,“脂质代谢”和“二次代谢物的生物合成”的基因过度表达。在Y2 VS Y3中,参与“脂质代谢”的基因,“氨基酸代谢”,“次生代谢物的生物合成”和“复制和修复”(图。5C)。

图5.
图5.

Kegg途径Degs的功能分类。(一个)Y1 vs y2;(B)Y1 VS Y3;(C)Y2 VS Y3。将组装的unigenes分为六个主要类别的Kegg分类。这X-axis表示类别中的未成熟的数量,以及y-axis表示kegg分类

参与生物活性化合物代谢的途径对药用植物特别感兴趣。参与“二次代谢物生物合成”中的次数在所有三对比较中过表达;检测到与倍二萜类化合物和三萜类化生物合成相关的52个基因,其中七个在Y1 VS Y 2中差异表达,Y1 Vs Y 3和Y 2 Vs Y 3(图。6).

图6.
图6.

来自Y1 vs Y2,Y1 Vs Y3,Y2 Vs Y3和SesquiterPenoid基因的Veg统计Venn图。该图示出了Y1 VS Y2,Y1 Vs Y3,Y2 VS Y3和SesquiterPenoid中的重叠unigenes。结果揭示了Sesquiterpenoid生物合成途径的7次

基于基因表达水平构建热线图,以进一步研究七种血小萜类化合物和三萜类生物合成途径中涉及的七种差异表达基因,包括NAD依赖性映异构酶/脱水酶(NDE),Squalene / Phyoene合酶(SS),Squalene-Hopene Cyclases(SHC),Squalene环氧酶(SE),DAMMARENEIOL-II合成酶(DS)和丝氨酸/苏氨酸 - 蛋白激酶SRK2E(SPK)。所有这七个降低了3岁的根茎中的下调表达,与1-岁的根茎和2岁的根茎相比(图。7).值得注意的是,其中五种DEG编码了四种关键酶:SS,SHC,SE和DS。这四种酶直接与角鲨烯生物合成和随后的催化作用有关。根据推定的途径,Squalene是三萜类化合物生物合成途径中的第一前体(图。8).

图7.
图7.

倍半萜类和三萜类生物合成途径相关基因的表达热图热图显示了1年、2年和3年生根茎中7个DEGs基因的表达模式。红色表示高表情,蓝色表示低表情

图8
图8.

推定倍二萜和三萜类生物合成途径的流程图。红色字母代表筛位萜类化合物和三萜类生物合成途径的作用的关键酶。实线代表直接催化反应,并为间接催化反应的虚线

qRT-PCR验证RNA-seq分析

为了确认RNA测序分析的可靠性,选择QRT-PCR分析的倍喹酚萜和三萜类生物合成途径以及颜料,氨基酸,激素和转录因子功能中表示关键基因的11个基因。结果证明了与RNA测序确定的那些类似的表达模式,用PearsonQRT-PCR和RNA-SEQ数据之间的相关性有效0.9(图。9).

图9.
图9.

QRT-PCR验证转录组测序分析热图显示了三种生物重复检测到的转录物水平的平均值。通过RNA-SEQ(顶部)或通过QRT-PCR(底部)检测的相对转录物水平通过颜色尺度表示。R,RNA-SEQ数据与QRT-PCR数据之间的相关系数值。红色表示高表情,蓝色表示低表情

通过QRT-PCR进行七种与癫痫萜类化合物和三萜类生物合成途径的七次有关的进一步验证。在3岁的根茎中指出的这七项相对表达水平显着低于1-岁的根茎和2岁的根茎(图。10.).这些结果与转录组测序分析的数据一致。

图10.
图10.

七次患者患者患者七℃和三萜类生物合成途径QRT-PCR分析。QRT-PCR用于验证RNA-SEQ揭示的七种选定基因的相对表达水平。1岁的根茎的相对表达水平被视为对照。这些值代表三种生物学重复。误差酒吧表示平均值的标准误差。星号表示基于此基础的1岁,2岁和3岁的根茎的显着差异T-Test.(*P. < 0.05; **P. < 0.01). NDE: Cluster-8388.296081; SE: Cluster-8388.236720; DS: Cluster-8388.325383; SHC: Cluster-8388.89815; DS: Cluster-8388.288190; SPK: Cluster-8388.183557; SS: Cluster-8388.91256

讨论

作为基因组数据atriactylode.Genus尚未使用,illumina的RNA测序进行了表征A. Chinensis.转录组。我们获得了143,616个未成年人,其中40.71%可以根据公共数据库在功能上注册。此外,QRT-PCR结果表明,通过RNA-SEQ分析确定的11个随机选择的基因的类似表达模式,展示了我们的可靠性A. Chinensis.转录组数据。

转录组分析研究不同组织(叶子和根茎)中的癫痫术百分裂堆积模式A. Lankea.在MVA途径中发现了69个unigenes,包括九个关键酶和MEP途径中的28个ungenes,涉及七个关键酶[3.].在这项研究中,我们调查了SesquiterPenoid积累模式A. Chinensis.在不同的培养年份并在MVA途径中发现了240个unigenes,涉及12个关键酶和MEP途径中的169个unigenes,涉及六种关键酶。它推断不同年龄根茎之间的差异,而不是来自同一个体的不同组织。这些数据将有助于进一步研究癫痫萜素积累的潜在分子机制。

在这项研究中,我们发现atractylodin内容A. Chinensis.随着种植年的增加,根茎增加。李等人。[17.]证实,培养年龄药用植物在增加皂苷生产中是重要的Panax诺辛根状茎。基于这种自然现象,我们使用来自1-,2-岁和3岁的根茎的转录组数据进行鉴别表达分析,以识别编码癫痫萜素和三萜类生物合成途径中的候选酶的候选参数。进一步研究差异基因表达模式,以概况Y1 Vs Y 2,Y 2 Vs Y 3和Y1 Vs Y3之间的全球基因表达差异。Y1 VS Y2和Y1 VS Y3之间的大多数均被分配到19个代谢途径,包括信号转导,初级代谢途径(碳水化合物代谢,氨基酸代谢和脂质代谢),以及其他次级代谢物的生物合成。在Y2 VS Y3中,将DEG分配给10个代谢途径,其中脂质代谢,氨基酸代谢,复制和修复以及其他次级代谢物的生物合成占百分比。这些数据表明,相对于1岁的根茎,2岁的根茎的代谢特征与3岁的根茎更相似。此外,DEG的代谢特性与根茎的生理功能一致,作为光合产物和生物活性化合物的储存器官。这些数据表明,药用植物的活力和次级代谢的产生变得越来越多,可能是因为它们对抗老植物中的压力至关重要。

对DEG的进一步分析为调查癫痫萜类化合物生物合成和积累中涉及的分子机制来说至关重要A. Chinensis..通过Y1 Vs Y 2,Y1 Vs Y3和Y2 Vs Y3之间的分析次数发现与倍二萜类化合物和三萜类化合物相关的七种键基因。在七个关键基因中,五种编码四种酶:SE,SHC,SS和DS。Sesquiterpenoid和Triterpenoid的生物生产是一种极其复杂的方法,通过MEP和MVA途径发生合成。许多酶参与异戊二烯基二磷酸(IPP)生物合成催化的方法,然后催化朝向两种生物合成分支,Sesquiterpenoids生物合成分支和Squalene生物合成分支。

确定的四种酶,Se,SHC,SS和DS,在Squalene生物合成中起重要作用和该生物合成分支中的随后的催化反应。酶SS作为萜类化合物生物合成途径中的关键酶催化萜类化合物的第一前体的合成,Squalene [715.23.35.39.].SHC酶可以催化Hopene的形成从其前体角鲨烯[21.25.],朝向三萜类或类固醇生物合成。催化Squalene氧化至2,3- oxysqualene的酶Se是甾醇生物合成中的速率限制酶[31.].DS酶是人参皂苷生物合成的第一种专用酶,其中三萜类化合物之一[28.].

已发现酶SS和SE参与甾醇和胆固醇生物合成所涉及的速率限制酶[726.].SS的底物是芳·二磷酸(FPP),其是SesquiterPenoid和三萜类生物合成的重要基材。在抑制酶SS活性的情况下,观察到癫痫萜类环素环酶的诱导,朝向筛位萜类生物合成途径[40].证据表明,发现抑制SS或SE的抑制来引发HMGR的酶活性的几倍增加[31.].HMGR是通过MVA途径合成异戊二烯种类的第一速率控制酶[810.30.].本研究发现,SS、SHC、SE和DS四种酶在3年生根茎中表达下调。这与3年生根茎中倍半萜含量较高相对应,并经qRT-PCR证实。我们推测倍半萜类生物合成分支是3年生黄芪根茎的主要生物合成途径A. Chinensis..本研究报告了比较转录组分析和鉴定的关键酶基因的结果,为生产Sesquiterpenoid调查奠定了坚实的基础A. Chinensis.

可用性数据和材料

在当前研究期间分析的数据集可在SRA中获得(Bioproject ID Prjna698794,https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sra/PRJNA698794)存储库。公众访问数据库是打开的。

缩写

一个。

atriactylode.(DC。)Koids。

可见:

差异表达基因

存在:

定量实时PCR

MVA:

米瓦洛酸盐

议员:

Methylerythritol磷酸

anc:

乙酰-CoA c-乙酰转移酶

邮政编码:

3-羟基-3-甲基戊芳基辅酶是合成酶

HMGR:

3-羟基-3-甲基戊芳族辅酶A还原酶

MK:

甲戊二醇酯激酶

两家公司:

磷酮激酶

争取民主变革运动:

甲戊酯-5-焦磷酸脱羧酶

GPPS:

香叶二磷酸合酶

FPPS:

法呢基二磷酸合成酶

IPPI:

异戊基二磷酸二磷酸二磷酸二苯甲酸酯酶

MVD:

甲戊二醇酯焦磷酸脱羧酶

idi:

异戊烯基二磷酸异构酶

FDPS:

法呢基二磷酸合成酶

DXPS:

1-脱氧 -D- 含有-5-磷酸合成酶

DXR:

1-脱氧 -D-xylulose-5-phosphate reductoisomerase

MCT:

2-C-甲基-D- 溶液4-磷酸胞嘧啶转移酶

CMK:

4-二磷苷肾-2-C-甲基-D- 溶液激酶

HDS:

4-羟基-3-甲基除-2-(E) -enyl-diphosphate合酶

HDR:

4-羟基-3-甲基除-2-(E) -enyl-diphosphate还原酶

QHS1:

β-亚氰基合成酶

GDS:

Germacrene D合成酶

气体:

Germacrene一合酶

TPS:

SesquiterPene合成酶

SS:

角鲨烯合酶

SE:

squalene环氧酶

DS:

Dammarenediol-II合成酶

IPP:

异戊二烯基二磷酸

FPP:

法呢基二磷酸酯

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下载参考

致谢

感谢河北省河北师范学院园艺科学与技术学院实验室的帮助,临时科技萃取及HPLC分析。

资金

基金资助:国家自然科学基金资助项目(项目编号:027930701);河北省重点研发项目(项目号:19226354d)和河北省教育厅科技项目(项目号:19226354d)资助的转录组测序检测项目。QN2019162),为atrctylodin的检测提供支持。在这项研究的设计中,资助机构没有任何作用。

作者信息

从属关系

作者

贡献

JSZ,CZS和Fys:设计此实验。JHZ,SSM,LPZ和XD:分析数据。SCZ进行QRT-PCR实验。JHZ:写下这份手稿。JSZ:修改此稿件。所有作者都读过并批准了稿件。

相应的作者

对应于金帅郑

伦理宣言

伦理批准和同意参与

不适用。

同意出版物

不适用。

相互竞争的利益

提交人声明他们没有竞争利益。

附加信息

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。

补充信息

附加文件1:表S1。

QRT-PCR引物,用于验证RNA-SEQ分析的可靠性。表S2。QRT-PCR的引物,用于验证癫痫患者患者癫痫发球菌和三萜类化合物生物合成途径的七次参与。

附加文件2:图S1

A.Chinensis Relizomes atractylodin的含量。A.标准(20 mg∙ml−1);B. 1年生根茎;C. 2年生根茎;D. 3年生根茎。

权利和权限

开放访问本文根据创意公约归因于4.0国际许可证,这允许在任何中或格式中使用,共享,适应,分发和复制,只要您向原始作者和来源提供适当的信贷,提供了一个链接到Creative Commons许可证,并指出是否进行了更改。除非信用额度另有说明,否则本文中的图像或其他第三方材料包含在文章的创造性公共许可证中,除非信用额度另有说明。如果物品不包含在物品的创造性的公共许可证中,法定规定不允许您的预期用途或超过允许使用,您需要直接从版权所有者获得许可。要查看本许可证的副本,请访问http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.Creative Commons公共领域奉献豁免(http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/)适用于本文中提供的数据,除非另有用入数据的信用额度。

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赵,J.,Sun,C.,Shi,F.等等。比较转录组分析显示1-,2和3岁的癫痫萜类生物合成白术对BMC植物BIOL.21,354(2021)。https://doi.org/10.1186/s12870-021-03131-1

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关键词

  • 白术对(DC。)Koids。
  • 转录组
  • 差异表达基因
  • Sesquiterpenoid.
  • 中存在