Mar 26, 2024
染色体
Communications Biology volume 6、記事番号: 867 (2023) この記事を引用 350 アクセス 3 Altmetric Metrics の詳細 ルバーブは、ダイオウ属のさまざまな多年草植物の総称です。
Communications Biology volume 6、記事番号: 867 (2023) この記事を引用
350 アクセス
3 オルトメトリック
メトリクスの詳細
ルバーブは、ダイオウ属およびタデ科のさまざまな多年草植物の総称です。 これらは、伝統的な中国医学において最も古く、一般的に使用され、重要なハーブの 1 つです。 ルバーブはアントラキノンの主要な供給源ですが、アントラキノンがどのように合成されるかはほとんど不明のままです。 ここでは、重要な薬用ダイオウ R. tanguticum の 1 つについて、染色体レベルで 2.76 Gb が 11 個の染色体に組み立てられたゲノム配列アセンブリを生成します。 ゲノムは、最近の 2 つの全ゲノム重複イベントと最近のレトロトランスポゾンのバーストによって形成されています。 代謝分析により、主要なアントラキノンは主に根で合成されることが示されています。 トランスクリプトーム解析により、重要なカルコンシンターゼ遺伝子を含む、アントラキノン生合成と高い相関を持つ共発現モジュールが明らかになりました。 二次代謝に関与する 1 つの CHS 遺伝子、4 つの CYP450 遺伝子、および 2 つの BGL 遺伝子は、他の組織と比較して根で発現レベルが大幅に上方制御され、共発現モジュール内にクラスター化されており、これらがアントラキノン生合成の候補遺伝子としても機能する可能性があることを示唆しています。 この研究は、アントラキノン生合成の遺伝的基盤に関する貴重な洞察を提供し、将来的にルバーブの育種方法と農業特性の改善を促進します。
ルバーブは、太い根、中空で直立した茎、枝に沿って群がる小さな白緑または紫赤の花を持つ、古代の重要なハーブです1。 ルバーブという名前には、タデ科ダイオウ属の約 60 種の植物が含まれます2。 ルバーブは主にアジアで薬用に使用されてきましたが、ヨーロッパや中東ではいくつかの食用ルバーブが使用されています。 このうち、R. rhabarbarum の葉柄は、米国の伝統的なデザートであるルバーブ パイを作るのによく使用され、中東やカナダでも人気です。 さらに、Ｒ．ｔａｎｇｕｔｉｃｕｍ Ｍａｘｉｍ．の根および根茎。 他の 2 種（R. officinale Baill. と R. palmatum L.）は、その下剤作用により、一般的な薬剤名「Da huang」を使用して中国薬局方と韓国薬局方の両方に正式に採用されています3。 3 つの薬用ルバーブのうち、R. tanguticum Maxim。 (図 1a) 高山環境に対する優れた耐性を備えています。 野生では、R. tanguticum Maxim。 主に青海チベット高原に分布し、森林の縁（谷や低木草原）に隣接しており、標高は2300～4200立方メートルの範囲にあります。 中国北西部（甘粛省、青海省、チベット）では地域経済に有益な重要な薬用植物です。
R.tanguticum の生息地。 b R. tanguticum ゲノムの概要。 異なるトラック (内側に移動) は (I) 染色体を示します。 (II) 500 kb のスライディング ウィンドウ内のジプシー要素の密度 (最小値～最大値、0 ～ 1.0)。 (III) 500 kb のスライディング ウィンドウ内のコピア要素の密度 (最小～最大、0～1.0)。 (IV) 500 kb スライディング ウィンドウ内の GC コンテンツ (最小値～最大値、0 ～ 0.5)。 (V) 500 kb スライディング ウィンドウの繰り返し密度 (最小値 - 最大値、0 ～ 1.0)。 (VI) 500 kb スライディング ウィンドウ内の遺伝子密度 (最小～最大、0～50)。 (VII) 500 kb スライディング ウィンドウ内のノンコーディング RNA 密度 (最小値～最大値、0 ～ 30)。 (VIII) シンテニックブロックを同定した。
ルバーブの現代の研究では、その化学成分 5,6 、薬理活性 7,8 、および機能メカニズム 2,9 がより科学的かつ厳密な方法で特定されています。 広範な光化学研究により、ルバーブの根と葉から 120 を超える化合物が単離および同定され、その薬理効果の化学的証拠が得られました 10。 ルバーブに含まれる主な生理活性化合物は、アントラキノン、アントロン、スチルベン、フラボノイド、ジアントロン、タンニン、ポリフェノール、クロモンなどのさまざまなフェノール化合物です2,11。 ルバーブはアントラキノンの主要な供給源ですが、ルバーブの最も豊富な薬理効果は、いくつかのアントラキノンの共同作用の結果です2。 アントラキノンは、下剤効果が長い間知られている多くの伝統的な薬用植物の有効成分です2,12。 例えば、Neyrinck et al.13 が実施したランダム化二重盲検プラセボ対照臨床試験では、アントラキノンを豊富に含む粗抽出物の補給により、酪酸生成細菌と効果的な下剤である短鎖脂肪酸が促進されることが報告されました。慢性便秘の治療に。 彼らはまた、ルバーブ抽出物を 30 日間毎日経口摂取すると、高用量 (1 日あたり 25 mg、レインとして計算) であっても安全であることを実証しました。 別の無作為化二重盲検プラセボ対照臨床試験では、アントラキノンカプセルが安全で効果的な薬として使用され、黄疸肝炎患者80名を対象に黄疸に明らかな効果を示したことが判明した14。 さらに、ダイオウのアントラキノン誘導体であるエモジン 15、アロエエモジン 16、レイン 17、フィシオン 18 およびクリソファノール 19 は、肝臓保護、腎保護、抗炎症、抗酸化、抗がん、抗菌活性を示す主要な生物学的活性成分であることが説得力をもって実証されています。いくつかの潜在的な医療用途の背後にある理論的根拠を裏付けるものです。 ただし、そのメカニズム、生物学的利用能、安全性についてはさらなる調査が必要です。 さらに、アントラキノンの現在の臨床および商業的使用により、天然植物抽出の代わりにその生合成に対する緊急の需要も生まれています。
0.97) within it. These results indicate that this CHS gene had high connectivity in the “turquoise” module and was therefore expected to play an important role in the biosynthesis of anthraquinones (Fig. 4c)./p>20. Clean Hi-C data were mapped to contig sequences by BWA-MEM (0.7.10-r789)67, and valid interaction pairs were extracted. Based on those chromatin interactions, 3D-DNA (v.180922)68 was employed to automatically cluster, order, and orient the contigs into pseudo-chromosomes. Juicebox69 was used to visualize the chromatin interactions among the assembled pseudo-chromosomes, and then we manually corrected and validated the obvious Hi-C assembly errors to generate the final chromosome assembly./p>30%. LTR-RTs with alignments with the “GAG” (Capsid protein), “AP” (Aspartic proteinase), “INT” (Integrase), “RT”, and “RH” (RNaseH) domains were regarded as intact LTR-RTs. Using the LTR sequences (5’LTR or 3’LTR) from intact LTR-RTs, a nucleotide BLAST search was performed against the genome to find potential solo-LTRs. The false solo-LTRs were further filtered by following these criteria: (a) LTRs which overlapped with truncated LTR-RTs; (b) LTRs located within 5 kb of the scaffold edge; (c) LTRs with <0.7 coverage and <0.7 identity cutoff; (d) LTRs identified within 500 bp either side of a gap sequence in the assemblies. To detect truncated LTR-RTs, all LTR-RT sequences reported by LTR-FINDER (v.1.07) were blasted against their genomes, and alignments with >80% coverage and >60% identity were considered to correspond to the presence of truncated LTR-RTs./p>1 and FDR significance score (Padj) <0.05. DEGs were subjected to KEGG and GO enrichment analysis using clusterProfiler106. Gene co-expression networks were constructed using the WGCNA107 package in the R software. The core DEGs were further divided into three modules using WGCNA, and correlations of each module with anthraquinone contents were calculated. Module-trait associations were estimated using the correlation between the module eigengene and root/control treatments. A signed network was constructed in WGCNA with specific parameter settings of power = 9, networkType = “signed”, TOMType = “unsigned”, and minModuleSize = 200./p>40% identity value, and >40% coverage). The candidate CHS genes were further classified by integrity, and the CHS genes with one or two fragmentary domains were identified as CHS-like genes. For the identification and classification of CYP450 genes, hmmsearch108 was used by PF00067 from the Pfam database. We also downloaded the Arabidopsis CYP450 protein sequences from the website (http://www.p450.kvl.dk/). These proteins were then used as query sequences against the R. tanguticum protein database using BLASTP with same parameters as above. The classification of the CYP450 genes was performed by alignment with the CYP450 database using standard sequence similarity cut-offs, with definite standards of 97%, 55%, and 40% for allelic, subfamily, and family variants, respectively. According to the standardized CYP450 nomenclature, CYP450s were divided into A-type and non-A-type CYP450s, and phylogenetic analysis of CYP450 genes was performed for A-type and non-A-type CYP450s. The protein sequences of BGL members were downloaded from TAIR (http://www.arabidopsis.org/tools/bulk/sequences/index.jsp). To identify BGL family members, PF00232 from the Pfam database was used to query all putative protein sequences of R. tanguticum using hmmsearch. Genes from each gene family were aligned using MAFFT109, and the resulting alignment was then delivered to IQ-TREE to construct a phylogenetic tree./p>
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