PARTEA 2 Relația de reglementare între variația calității și mediul Cistanche Deserticola în trei ecotipuri bazate pe analiza microbiomului solului

CLICK AICI PENTRU PARTEA 1

Pentru mai multe informații, vă rugăm contactați:Joanna.jia@wecistanche.com

corelații între abundența comunității microbiene cheie, conținutul de PhG și factorii ecologici.Analiza redundantă a miezului, a abundenței microbiomului biomarker, a conținutului de PhG și a factorilor ecologici a fost efectuată la nivel de comandă, iar reanaliza a fost efectuată pe baza efectelor. Interpretarea ajustată a varianței a fost de 82,70 la sută (Tabelul S7). Sphingomonadalele au explicat 45,7% din conținutul de PhG (p=0,002). Pseudonocardiales au explicat 22,4% din conținutul de PhG (p=0,01). 2′-acetillacteozidul a fost corelat pozitiv semnificativ cu Pseudonocardiales și Oceanospirillales și corelat negativ cu Sphingomonadales (Fig. 5a). Echinacozidul a fost semnificativ pozitiv cu Sphingomonadales.

Cistancheextractul poate preveniAlzheimerboala

Analiza corelației a fost efectuată pentru abundența biomarkerilor,PhGconținutul (Fig. S3 și Tabelul S5) și factorii ecologici (Tabelul S6). Rezultatele rețelelor de corelație (Fig. 5b) au arătat că 2′-acetilacteozidul a fost corelat pozitiv semnificativ cu Oceanospirillales, Rhizobiales și Thiotrichales, în timp ce a fost corelat negativ cu Pseudonocardiales și Nitrosomonadales în toate probele de sol. Harta termică (Fig. 5c–e) a arătat că A fost corelată negativ cu presiunea anuală medie a vaporilor de apă în soluție salină-alcalinacorelații între abundența comunității microbiene cheie, conținutul de PhG și factorii ecologici.Analiza redundantă a nucleului, abundența microbiomului biomarker,PhGsconţinutul şi factorii ecologici au fost efectuate la nivel de comandă, iar reanalizarea a fost efectuată pe baza efectelor. Interpretarea ajustată a varianței a fost de 82,70 la sută (Tabelul S7). Sphingomonadalele au explicat 45,7% din conținutul de PhG (p=0,002). Pseudonocardiales au explicat 22,4% din conținutul de PhG (p=0,01). 2′-acetillacteozidul a fost corelat pozitiv semnificativ cu Pseudonocardiales și Oceanospirillales și corelat negativ cu Sphingomonadales (Fig. 5a). Echinacozidul a fost semnificativ pozitiv cu Sphingomonadales.

Analiza corelației a fost efectuată pentru biomarkerul abun I teren. Între timp, cistanozidul A a fost corelat în mod semnificativ pozitiv cu Micrococcales și corelat negativ cu Rhizobiales în terenul salin-alcalin (Fig. 5c). În pășuni, 2′-acetilacteozidul a fost corelat negativ cu temperatura medie anuală (Fig. 5d). Pe terenurile nisipoase, tubulozidul A a fost corelat negativ cu Nitrosomonadales (Fig. 5e).

funcția predictivă a microbiomului bacterian în cele trei ecotipuri de C. deserticola.Profilurile funcționale ale microbiomului bacterian au fost prezise pe baza numărului de copii ale genei ARNr 16S a taxonilor bacterieni descifrați folosind Tax4Fun conform grupurilor KEGG Ortholog (KO). Rezultatele predicției funcționale (Fig. 6) au demonstrat că metabolismele funcționale ale microbiomilor din sol în cele trei ecotipuri de C. deserticola au fost identice. Dintre metabolisme, carbohidrații, aminoacizii, cofactorii și metabolismul vitaminelor și energetice au fost abundente. Transportul membranar și transducția semnalului au fost, de asemenea, abundente în procesarea informațiilor de mediu.

Cistancheextract areantiinflamatorproprietăți

Discuţie

Lucrările noastre anterioare au demonstrat că secvența psbA-turn și 2′-acetillacteozida pot fi utilizate ca markeri moleculari și chimici pentru a distingeC. deserticadin Xinjiang şi Mongolia Interioară27. În urma investigațiilor de teren, am constatat că C. desertica populează în principal trei tipuri de habitate, inclusiv terenuri saline-alcaline de lângă EbinurLake, terenuri nisipoase din jurul Ligii Alexa și pajiști intermediare deșertice. Profilele metabolice ale a trei ecotipuri C. desertica au arătat, de asemenea, că 2′-acetilacteozidul poate fi folosit ca marker chimic pentru a distinge cele trei ecotipuri1. Am discutat despre variația calității C. deserticola și mecanismul său de formare din dimensiunile eredității, metabolismului și factorilor climatici. Prin urmare, dintr-o perspectivă micro, analiza rețelei de corelație

a abundenței microbiomului,PhGsconținutul și factorii ecologici au fost conduși pentru a elucida caracteristica comunității microbiene din sol a celor trei ecotipuri deC. deserticolași relația lor cu variația calității.

apă. Mai mult, Bacillalescan produce produse metabolice bogate pentru a sintetiza o varietate de acizi organici, enzime, activități fiziologice și alte substanțe, precum și o varietate de alți nutrienți care pot fi utilizați cu ușurință33. Caracteristicile comune de mediu ale celor trei ecotipuri de C. deserticolasunt seceta și deșertificarea solului. Solul din jurul lacului Ebinur este, de asemenea, însoțit de stres salino-alcalin. Acesta poate fi motivul pentru care comunitățile microbiene de bază ale solului din trei ecotipuri au anumite caracteristici de secetă, toleranță la sare, rezistență la alcalii și rezistență la stres.

Cistancheextractul poate rezistaradiatii

Factori microbieni care afectează variația PhG în trei ecotipuri de C. deserticola.Fig. S3 prezintă o diagramă în casetă a conținutului de PhG al celor trei ecotipuri de C. deserticola. Figura relevă faptul că conținutul de 2′-acetilacteozide este mai mare în terenurile saline-alcaline decât în ​​pajiști și terenuri nisipoase, ceea ce este în concordanță cu rezultatele anterioare1. Analiza redundantă și rezultatele rețelei de asociere arată că Oceanospirillales este semnificativ corelat pozitiv cu 2′-acetillacteozida. Oceanospirillale, cel mai mare biomarker în ceea ce privește scorul LDA în terenurile saline-alcaline, sunt îmbogățiți în mod specific. Aceste bacterii sunt diverse din punct de vedere metabolic și morfologic, dintre care unele pot crește în prezența oxigenului, în timp ce altele necesită un mediu anaerob34. Oceanospirillale sunt un ordin de Proteobacterii care cuprinde două familii. Spirilul marin este adesea un endosimbiont al viermilor care mănâncă oase (Osedax)35. Majoritatea Oceanospirillales preferă sau necesită concentrații mari de sare pentru a crește. În ciuda creșterii lor în nișe diverse, Oceanospirillales obțin energie din descompunerea diferitelor produse organice. Prin urmare, salinitatea și alcalinitatea ridicate sunt principalele motive pentru îmbogățirea Oceanospirillales în solul salino-alcalin. Acest rezultat sugerează cu tărie că cel mai mare conținut de 2′-acetilacteozidă în soluție salină-alcalină este legat de îmbogățirea Oceanospirillales. Cu toate acestea, relația de reglementare dintre Oceanospirillales și 2′-acetillacteozidă este încă goală și sunt necesare cercetări suplimentare.

Conținutul total al celor șapte PhG este cel mai mare din pășuni, printre care echinacozidul este PhG dominant. Echinacozidul este semnificativ corelat pozitiv cu Sphingomonadales, care este o secvență din alfa-proteus și constituie familia Erythrobacteraceae și Sphingomonadaceae. Ambele familii sunt comune în natură, în special în sol, oceane și apă dulce36. Sphingomonadales are o gamă largă de capacități metabolice pentru compușii aromatici, iar unele tulpini pot sintetiza biopolimeri extracelulari valoroși37. Toți membrii cunoscuți anterior ai clasei Sphingomonas sunt aerobi și organici din punct de vedere chimic. Singura excepție este fermentatorul de etanol anaerob facultativ, care este utilizat pentru a produce pulpă de băutură fermentată. Anumite specii din genul Rhodobacter, porfirina și Staphylococcus aureus, precum și anumite specii din genul Sphingomonas, au clorofilă a și, prin urmare, sunt foto-organotrofe opționale (energie generată prin fotosinteză)38. Cea mai bună calitate a C. deserticola în pășuni se poate datora diversității bogate a comunității microbiene și funcțiilor metabolice ale biomarkerului (Sphingomonadales). Această descoperire oferă o nouă perspectivă asupra studiului privind variația calității C. deserticola în diferite ecotipuri.

Profiluri de predicție a funcției metabolice ale microbiomilor din sol ale celor trei ecotipuri C. deserticola.Profilurile funcției metabolice (Fig. 6 și Fișierul S1) ale microbiomilor de sol ale C. deserticola în cele trei ecotipuri au fost demonstrate pentru prima dată în acest studiu. În ceea ce privește metabolismul, metabolismul carbohidraților (metabolismul amidonului și zaharozei, ko00500; metabolismul zahărului amino și al nucleotidelor, ko00520) și metabolismul aminoacizilor (metabolismul argininei și prolinei, ko00330; metabolismul glicinei, serinei și treoninei, ko00260) sunt foarte îmbogățiți în microbiomi. Metabolismul carbohidraților este responsabil pentru formarea, descompunerea și conversia carbohidraților în organism. Carbohidrații stau la baza multor căi metabolice importante39. Carbohidrații, cum ar fi glucoza, fac parte din mai multe căi metabolice între specii. Carbohidrații sunt sintetizați de plante din atmosferă prin fotosinteză și pot fi folosiți ca substraturi pentru respirația celulară40. Plantele și microorganismele absorb amoniacul, sarea de amoniu, nitriții, nitrații și alt azot anorganic din mediu pentru a sintetiza proteine ​​și substanțe care conțin azot. Unii microbi pot transforma N2 din aer în azot amoniac pentru a sintetiza aminoacizi41. Funcția metabolică a microbiomilor din sol a fost îmbogățită în metabolismul primar. Această îmbogățire sugerează că microbiomii pot furniza hrană plantelor și pot promova creșterea lor în condiții de secetă și alte stresuri.

Profilurile funcției metabolice au arătat, de asemenea, că în procesarea informațiilor de mediu, transportul membranar (transportatori ABC, ko02010) și transducția semnalului (sistem cu două componente, ko02020) sunt foarte îmbogățiți în microbiomi. Transportul membranar este o colecție de mecanisme care reglează trecerea substanțelor dizolvate, cum ar fi ionii și moleculele mici, printr-un biofilm, care este un strat dublu de lipide încorporate în proteine. Reglarea încrucișării membranelor este atribuită permeabilității membranelor selective, o caracteristică a biofilmelor care permite separarea substanțelor cu proprietăți chimice diferite. Cu alte cuvinte, aceste membrane ar putea fi permeabile la unele substanțe, dar nu la altele42. Printre aceste membrane, calea transportorului ABC a fost foarte îmbogățită în microbiomii solului. Transportatorii ATP-binding box (ABC) există universal în microorganisme precum bacteriile și sunt una dintre cele mai mari familii de proteine ​​cunoscute astăzi. Acești transportatori leagă hidroliza ATP pentru a participa la transportul activ al substraturilor multiple, cum ar fi ionii, peptidele, lipidele, medicamentele, zaharurile, proteinele și sterolii. Structura transportatorilor ABC la procariote cuprinde de obicei trei părți. În general, două proteine ​​de membrană intacte au fiecare șase fragmente transmembranare: două proteine ​​periferice care leagă și hidrolizează ATP și un substrat periferic (sau lipoproteic) al unei proteine ​​de legare. După cum sa observat în genomul multor bacterii și arhei, multe gene ale acestor trei componente formează operoni43. Seceta, salinitatea și stresul alcalin au promovat funcția de transport membranar, în special îmbunătățirea funcției de transport activ a microbiomilor din sol.

Transducția semnalului este un proces în care un semnal chimic sau fizic este transmis printr-o celulă ca o serie de evenimente moleculare. Cea mai comună este fosforilarea proteinelor catalizate de protein kinază. Sistemul cu două componente este o cale de semnalizare care reglează multe caracteristici bacteriene, cum ar fi toxicitatea, patogenitatea, simbioza, motilitatea, absorbția nutrienților, producția de metaboliți secundari, reglarea metabolică și diviziunea celulară. Aceste sisteme reglează procesele fiziologice pe baza parametrilor de mediu sau celulari, permițându-le să se adapteze la condițiile în schimbare44. Transducția semnalului microbiomilor din sol a fost promovată de secetă sau de stres salin-alcalin.

CistancheExtract CanAntioxidant

concluzie

Acest studiu este primul care prezintă microbiomii solului celor trei ecotipuri de C. deserticola. Se obțin următoarele concluzii: (1) comunitatea microbiană a solului din pajiști este cea mai abundentă dintre cele trei habitate. (2) Au fost de asemenea determinați biomarkerii celor trei ecotipuri: Oceanospirillales (teren salin-alcalin), Sphingomonadales (pajiști) și Propionibacteriales (teren nisipos). (3) Analiza microbiomului de bază a demonstrat că comunitățile microbiene din sol ale C. deserticola au avut în mare parte o secetă, toleranță la sare, rezistență la alcalii și rezistență la stres, cum ar fi Micrococcales și Bacillales. (4) Analiza corelației a demonstrat că 2′-acetilacteozidul este corelat pozitiv cu Oceanospirillales și echinacozidul este semnificativ pozitiv corelat cu Sphingomonadales. (5) Tax4Fun prezice că profilurile funcției metabolice a trei ecotipuri ale microbiomului solului sunt îmbogățite în metabolism și procesarea informațiilor de mediu.

Referințe

1. Zheng, S., Jiang, X., Wu, L., Wang, Z. și Huang, L. Discriminarea chimică și genetică a cistanches herba bazată pe codarea de bare UPLC-QTOF/MS și ADN. Plus One 9, e98061 (2014).

2. Li, Z. şi colab. Modelarea ecologică a Cistanche deserticola YC Ma în Alxa, China. Rapoarte științifice 9, 13134, https://doi.org/10.1038/ s41598-019-48397-6 (2019).

3. Joseph, E. et al. Structura, variația și asamblarea microbiomilor asociati cu rădăcinile de orez. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 112, E911 (2015).

4. Jansson, JK & Hofmockel, KS Microbiomul solului și schimbările climatice. Recenzii despre natură. Microbiologie, https://doi.org/10.1038/ s41579-019-0265-7 (2019).

5. Wang, X. şi colab. Compararea profilurilor chimice și a activităților antioxidante ale diferitelor părți ale Cistanche deserticola cultivate utilizând cromatografie lichidă ultra performanță-spectrometrie de masă în timp de zbor cu cvadrupol și un test pe bază de 1,1-difenil-2- picrhidrazil. Molecules 22, 2011 (2017).

6. Yang, L. şi colab. Efectele benefice ale fracției totale de glicozidă feniletanoid izolată din Cistanche deserticola asupra microstructurii osoase la șobolani ovariectomizați. Medicina oxidativa si longevitate celulara 2019, 2370862, https://doi. org/10.1155/2019/2370862 (2019).

7. Liu, W. şi colab. De la strategia de metabolomică țintită bazată pe (1)H RMN nețintită la LC-MS pentru comparații aprofundate de mușețel între patru specii de Cistanche. Jurnalul de analiză farmaceutică și biomedicală 162, 16–27, https://doi.org/10.1016/j. jpba.2018.09.013 (2019).

8. Chen, H. şi colab. Microbiomul de bază al semințelor de Salvia miltiorrhiza plantelor medicinale: un rezervor bogat de microbi benefici pentru metabolismul secundar? Jurnalul Internațional de Științe Moleculare 19, 672 (2018).

9. Sonnenburg, JL & Backhed, F. Interacțiunile dintre dietă și microbiotă ca moderatori ai metabolismului uman. Natura 535, 56–64, https://doi. org/10.1038/nature18846 (2016).

10. Ju, F. și Zhang, T. 16S gena rRNA extragerea datelor de secvențiere de înaltă performanță a diversității și interacțiunilor microbiene. Microbiologie aplicată și biotehnologie 99, 4119–4129 (2015).

11. Cui, J.-L., Vijayakumar, V. și Zhang, G. Împărțirea ansamblurilor de endofite fungice în planta rădăcină-parazită Cynomorium songaricum și gazda sa Nitraria tangutorum. Frontiere în microbiologie 9, 666 (2018).

12. Fan, P., Liu, P., Song, P., Chen, X. & Ma, X. Restricția moderată a proteinelor dietetice modifică compoziția microbiotei intestinale și îmbunătățește funcția de barieră ileală într-un model de porc adult. Rapoarte științifice 7, 43412 (2017).

13. Munyaka, PM și colab. Tratamentul antibiotic prenatal Mo1774 crește susceptibilitatea descendenților la colita experimentală: un rol al microbiotei intestinale. Plus One 10, e0142536 (2015).

14. Zhao, Y. și colab. Efectul intensității amestecării asupra performanței și dinamicii microbiene a unui singur reactor vertical care integrează fazele acidogenice și metanogene în digestia biomasei lignocelulozice. Bioresource technology 238, 542–551 (2017).

15. Cole, JR şi colab. Proiectul bazei de date ribozomale: alinieri îmbunătățite și noi instrumente pentru analiza ARNr. (2009).

16. Edgar, RC UPARSE: secvențe OTU foarte precise din citirile ampliconilor microbieni. Nature Methods 10, 996 (2013).

17. Yu, W. şi colab. Compararea nivelurilor de diversitate bacteriană din apă dulce, zone umede intertidale și sedimente marine prin utilizarea milioanelor de etichete Illumina. Applied & Environmental Microbiology 78, 8264 (2012).

18. Jiang, XT și colab. Secvențierea Illumina a etichetei ARNr 16S a dezvăluit variații spațiale ale comunităților bacteriene într-o zonă umedă de mangrove. Microbial Ecology 66, 96–104 (2013).

19. Sanner, MF Python: un limbaj de programare pentru integrarea și dezvoltarea de software. Journal of Molecular Graphics & Modeling

17, 57–61 (1999).

20. Caporaso, JG şi colab. QIIME permite analiza datelor de secvențiere a comunității de mare debit. Nat Methods 7, 335–336, https://doi. org/10.1038/nmeth.f.303 (2010).

21. Chong, J., Liu, P., Zhou, G. & Xia, J. Utilizarea MicrobiomeAnalyst pentru o analiză statistică, funcțională și meta-analiză cuprinzătoare a datelor microbiomului. Nature Protocols, 1–23 (2020).

22. Dhariwal, A. et al. MicrobiomeAnalyst: un instrument bazat pe web pentru analiza statistică, vizuală și meta-analiză cuprinzătoare a datelor microbiomului. Cercetarea acizilor nucleici 45, W180–W188 (2017).

23. Šmilauer, P. & Lepš, J. Analiza multivariată a datelor ecologice folosind CANOCO 5. (Presa universitară Cambridge (2014).

24. Shannon, P. şi colab. Cytoscape: un mediu software pentru modele integrate de rețele de interacțiune biomoleculară. Genome Research 13, 2498–2504 (2003).

25. Asshauer, KP, Wemheuer, B., Daniel, R. & Meinicke, P. Tax4Fun: prezicerea profilurilor funcționale din datele metagenomice 16S ARNr. Bioinformatica (Oxford, Anglia) 31, 2882–2884, https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btv287 (2015).

26. Koo, H. şi colab. Comparație a două instrumente bioinformatice utilizate pentru a caracteriza diversitatea microbiană și atributele funcționale predictive ale covorașelor microbiene din Lacul Obersee, Antarctica. Jurnalul de metode microbiologice 140, 15–22 (2017).

27. Huang, L., Zheng, S., Wu, L., Jiang, X. & Chen, S. Ecotipuri de Cistanche deserticola bazate pe compoziția chimică și trăsăturile moleculare. Scientia Sinica Vitae 44, 318–328 (2014).

28. Gabriele, B. & Kornelia, S. Speciile de plante și tipul de sol modelează în mod cooperativ structura și funcția comunităților microbiene din rizosferă. Fems Microbiology Ecology 68, 1–13 (2010).

29. Parte, AC LPSN – listă de nume procariote cu statut în nomenclatură. Cercetarea acizilor nucleici 42, 613–616 (2014).

30. Pirog, T., Grinberg, T. & Malashenko, YR Funcțiile de protecție ale exopolizaharidelor produse de Acinetobacter sp. Microbiology (New York, NY) 66, 279–283 (1997).

31. Liu, Y.-H. et al. Diversitatea, distribuția comunitară și activitățile de promovare a creșterii endofitelor asociate cu halofitele Lycium ruthenicum Murr. 3 Biotech 9, 144 (2019).

32. Staley, Bryant, Pfennig, Holt & JG Manualul lui Bergey de bacteriologie sistematică - volumul 4. Manualul Bergeys de bacteriologie sistematică 38, 89–100 (1989).

33. Pasqua, RD și colab. Influența diferitelor surse de lignoceluloză asupra expresiei genei endo{-1,{4- -glucanazei și asupra activității enzimatice a Bacillus amyloliquefaciens B31C. Bioresources 9 (2014).

34. Pot, B. & Gillis, M. Oceanospirillum. (2015).

35. Euzeby, JP List of Bacterial Names with Standing in Nomenclature: un folder disponibil pe Internet. Jurnalul internațional de bacteriologie sistematică 47, 590–592, https://doi.org/10.1099/00207713-47-2-590 (1997).

36. Balkwill, DL, Fredrickson, JK & Romine, MF Sphingomonas și genurile înrudite. Prokaryotes 7, 605–629 (2003).

37. Takeuchi, M., Hamana, K. & Hiraishi, A. Propunerea genului Sphingomonas sensu stricto și a trei noi genuri, Sphingobium, Novosphingobium și Sphingopyxis, pe baza analizelor filogenetice și chemotaxonomice. International Journal of Systematic & Evolutionary Microbiology 51, 1405–1417 (2001).

38. Saori, S. & Akira, H. Novosphingobium naphthalenivorans sp. nov., o bacterie degradatoare de naftalina izolată din medii contaminate cu dioxină policlorurată. Journal of General & Applied Microbiology 53, 221–228 (2007).

39. Alánt, O., Pulay, I., Esztergályos, J. & Bodnár, A. Efectul chirurgiei asupra metabolismului carbohidraților. Acta Chirurgica Academiae Scientiarum Hungaricae 16, 307 (1975).

40. Gri, digestia și absorbția carbohidraților GM. Enciclopedia de Gastroenterologie 58, 275–278 (2004).

41. Coon, MJ & Robinson, WG Metabolismul aminoacizilor. (2003).

42. Purves, WK, Orians, G., Heller, C. & Sadava, D. Vida, LaCiencia de la Biología. a 8-a editie. Panamericana (2009).

43. Schneider, E. & Hunke, S. Sisteme de transport cu casete de legare ATP (ABC): Aspecte funcționale și structurale ale subunităților/domeniilor de hidrolizare a ATP. Fems Microbiology Reviews 22, 1–20 (1998).

44. Kleerebezem, M., Quadri, LE, Kuipers, OP & Vos, WM De. Sensarea cvorumului prin feromoni peptidici și sisteme de transducție a semnalului cu două componente în bacteriile Gram-pozitive. Molecular Microbiology 24, 895–904 (2010).