PATI 2 Relasyon regilasyon ant varyasyon kalite ak anviwònman Cistanche Deserticola nan twa ekotip ki baze sou analiz mikrobyom tè
Mar 03, 2022
Pou plis enfòmasyon tanpri kontakte:Joanna.jia@wecistanche.com
korelasyon pami abondans kominote mikwòb kle, kontni PhGs, ak faktè ekolojik.Yo te fè analiz redondants nwayo a, abondans mikwòb biomakè, kontni PhGs, ak faktè ekolojik yo nan nivo lòd, epi yo te fè re-analiz sou baz efè. Entèpretasyon ajisteman divèjans la te 82.70 pousan (Tablo S7). Sphingomonadales yo eksplike 45.7 pousan nan kontni PhGs (p=0.002). Pseudonocardiales yo eksplike 22.4 pousan nan kontni PhGs (p=0.01). 2′-acetylatteosid la te siyifikativman pozitif korelasyon ak Pseudonocardiales ak Oceanospirillalesand negatif korelasyon ak Sphingomonadales (Fig. 5a). Echinacoside a te siyifikativman pozitif ak Sphingomonadales.
Cistancheekstrè ka anpechealzayme amaladi
Analiz korelasyon te fèt pou abondans biomakè,PhGkontni (Fig. S3 ak Tablo S5), ak faktè ekolojik (Tablo S6). Rezilta yo nan rezo korelasyon yo (Fig. 5b) te revele ke 2′-acetylacteosid te siyifikativman pozitif korelasyon ak Oceanospirillales, Rhizobiales, ak Thiotrichales, pandan y ap negatif korelasyon ak Pseudonocardiales ak Nitrosomonadales nan tout echantiyon tè. Map chalè a (figi 5c–e) te revele ke tab la te gen yon relasyon negatif ak presyon vapè dlo anyèl mwayèn nan saline-alkali.korelasyon pami abondans kominote mikwòb kle, kontni PhGs, ak faktè ekolojik.Analiz redondants nwayo a, abondans mikrobyom biomakè,PhGskontni, ak faktè ekolojik yo te fèt nan nivo lòd la, epi yo te fè re-analiz sou baz efè. Entèpretasyon ajisteman divèjans la te 82.70 pousan (Tablo S7). Sphingomonadales yo eksplike 45.7 pousan nan kontni PhGs (p=0.002). Pseudonocardiales yo eksplike 22.4 pousan nan kontni PhGs (p=0.01). 2′-acetylatteosid la te siyifikativman pozitif korelasyon ak Pseudonocardiales ak Oceanospirillalesand negatif korelasyon ak Sphingomonadales (Fig. 5a). Echinacoside a te siyifikativman pozitif ak Sphingomonadales.
Analiz korelasyon te fèt pou biomarker abun mwen peyi. Pandan se tan, cistanoside Awas siyifikativman pozitif korelasyon ak Micrococcales ak negatif korelasyon ak Rhizobiales nan peyi saline-alkali (figi 5c). Nan savann, 2′-acetylatteosid te gen rapò negatif ak tanperati mwayèn chak ane (figi 5d). Nan peyi Sandy, tubuloside A te korelasyon negatif ak Nitrosomonadales (Fig. 5e).
fonksyon prediksyon mikrobyom bakteri nan twa ekotip C. deserticola.Yo te prevwa pwofil fonksyonèl mikrobyom bakteri ki baze sou kantite kopi jèn 16S rRNA nan takson bakteri ki dechifre lè l sèvi avèk Tax4Fun dapre gwoup KEGG Ortholog (KOs). Rezilta yo nan prediksyon fonksyonèl (Fig. 6) demontre ke metabolis yo fonksyonèl nan mikrobyom tè nan twa ekotip yo nan C. deserticola yo te idantik. Pami metabolis yo, idrat kabòn, asid amine, ko-faktè, ak metabolis vitamin ak enèji te abondan. Transpò manbràn ak transdiksyon siyal yo te tou abondan nan pwosesis enfòmasyon anviwònman an.
Cistancheekstrè genanti-enflamatwapwopriyete yo
Diskisyon
Travay anvan nou an te demontre ke sekans psbA-vire ak 2′-acetylatteosid ka itilize kòm makè molekilè ak chimik pou distenge.C. dezètiksoti nan Xinjiang ak Inner Mongolia27. Avèk envestigasyon sou teren yo, nou te jwenn ke C. desertica abite sitou twa kalite abita, ki gen ladan tè saline-alkali pa EbinurLake, tè sab alantou Alexa League, ak preri dezè entèmedyè. Pwofil metabolik twa ekotip C. desertica te montre tou ke 2′-acetylatteosid ka itilize kòm yon makè chimik pou distenge twa ekotip yo1. Nou te diskite varyasyon kalite C. deserticola ak mekanis fòmasyon li nan dimansyon eredite, metabolis, ak faktè klimatik. Se poutèt sa, nan yon pèspektiv mikwo, analiz rezo korelasyon an
nan abondans mikrobyom,PhGssa yo, ak faktè ekolojik yo te fèt pou elicide karakteristik nan kominote mikwòb tè a nan twa ekotip yo nanC. deserticolaak relasyon yo ak varyasyon kalite a.
dlo. Anplis, Bacillalescan pwodui pwodui metabolik rich pou fè sentèz yon varyete asid òganik, anzim, aktivite fizyolojik, ak lòt sibstans, ansanm ak yon varyete lòt eleman nitritif ki ka fasil pou itilize33. Karakteristik anviwònman an komen nan twa ekotip yo nan C. deserticolase sechrès ak dezètifikasyon tè a. Tè alantou Ebinur Lake tou akonpaye pa saline-alkali estrès. Sa a ka rezon ki fè kominote nwayo mikwòb tè a nan twa ekotip gen sèten karakteristik nan sechrès, tolerans sèl, rezistans alkali, ak rezistans estrès.
Cistancheekstrè ka rezisteradyasyon
Faktè mikwòb ki afekte varyasyon PhG nan twa ekotip C. deserticola.Fig. S3 montre yon bwat dyagram nan kontni PhG nan twa ekotip C. deserticola. Figi a revele ke kontni an 2′-acetylatteosid pi wo nan tè saline-alkali pase nan preri ak tè sab, ki se ki konsistan avèk rezilta yo anvan yo. Analiz redondants ak rezilta rezo asosyasyon yo montre ke Oceanospirillales se siyifikativman pozitif korelasyon ak 2′-acetylatteosid. Oceanospirillales, biomarker ki pi wo an tèm de nòt LDA nan tè saline-alkali, yo espesyalman anrichi. Bakteri sa yo divès kalite metabolik ak mòfolojik, kèk ladan yo ka grandi nan prezans oksijèn alòske lòt yo mande pou yon anviwònman anaerobik34. Oceanospirillales se yon lòd nan Proteobacteria ki gen de fanmi. Spiril marin se souvan yon endosymbiont nan vè ki manje zo (Osedax)35. Pifò Oceanospirillales pito oswa bezwen gwo konsantrasyon sèl pou grandi. Malgre kwasans yo nan nich divès kalite, Oceanospirillales tire enèji nan pann nan divès kalite pwodwi òganik. Se poutèt sa, gwo Salinite ak alkalinite yo se rezon prensipal pou anrichisman Oceanospirillales nan tè tè saline-alkali. Rezilta sa a fòtman sijere ke kontni ki pi wo nan 2′-acetylatteosid nan saline-alkali gen rapò ak anrichisman nan Oceanospirillales. Sepandan, relasyon regilasyon ant Oceanospirillales ak 2′-acetylatteosid toujou vid, e yo bezwen plis rechèch.
Kontni an jeneral nan sèt PhG yo se pi wo a nan savann lan, pami ki echinacoside se PhG dominan yo. Echinacoside siyifikativman pozitif korelasyon ak Sphingomonadales, ki se yon sekans nan alpha-proteus la ak konstitye fanmi an nan Erythrobacteraceae ak Sphingomonadaceae. Tou de fanmi yo komen nan lanati, espesyalman nan tè, oseyan, ak dlo dous36. Sphingomonadales gen yon pakèt kapasite metabolik pou konpoze aromat, ak kèk tansyon ka sentèz biopolymers ekstraselilè ki gen anpil valè37. Tout manm ki te deja konnen nan klas Sphingomonas yo se aerobic ak chimik òganik. Sèl eksepsyon an se fèrmante anaerobik fakilatif, ki itilize pou pwodui kaka bwason ki fèrmante. Sèten espès genus Rhodobacter, porphyrin, ak Staphylococcus aureus, ansanm ak sèten espès genus Sphingomonas, gen klowofil a e se poutèt sa se foto-organotwof opsyonèl (enèji ki pwodui atravè fotosentèz)38. Pi bon kalite C. deserticola nan preri ka akòz divèsite rich nan kominote mikwòb ak fonksyon metabolik ki gen rapò ak byomarkè a (Sphingomonadales). Konklizyon sa a bay nouvo insight nan etid la sou varyasyon kalite C. deserticola nan diferan ekotip.
Prediksyon pwofil fonksyon metabolik nan mikrobyom tè nan twa ekotip yo C. deserticola.Pwofil fonksyon metabolik yo (Fig. 6 ak File S1) nan mikrobyom tè nan C. deserticola nan twa ekotip yo te demontre pou premye fwa nan etid sa a. An tèm de metabolis, metabolis idrat kabòn (metabol lanmidon ak sikwoz, ko00500; sik amine ak metabolis sik nukleotid, ko00520) ak metabolis asid amine (ajinin ak prolin metabolis, ko00330; glisin, serine, ak treonin metabolis, ko00260) yo trè rich nan metabolis. mikrobyom. Metabolis idrat kabòn yo responsab pou fòmasyon, dekonpozisyon ak konvèsyon idrat kabòn nan kò a. Kaboyidrat yo se baz anpil wout metabolik enpòtan39. Kaboyidrat tankou glikoz fè pati plizyè wout metabolik atravè espès yo. Plant yo sentèz idrat kabòn ki soti nan atmosfè a atravè fotosentèz epi yo ka itilize kòm substrate pou respirasyon selilè40. Plant ak mikwo-òganis absòbe amonyak, sèl amonyòm, nitrite, nitrat, ak lòt nitwojèn inòganik nan anviwònman an pou fè sentèz pwoteyin ak sibstans ki gen nitwojèn. Gen kèk mikwòb ki ka konvèti N2 ki soti nan lè an nitwojèn amonyak pou fè sentèz asid amine41. Fonksyon metabolik nan mikrobyom tè yo te rich nan metabolis prensipal la. Anrichisman sa a sijere ke mikrobyom yo ka bay plant nitrisyon epi ankouraje kwasans yo anba sechrès ak lòt estrès.
Des fonksyon metabolik yo te montre tou ke nan pwosesis enfòmasyon anviwònman an, transpò manbràn (transpòtè ABC, ko02010) ak transdiksyon siyal (sistèm de eleman, ko02020) yo trè rich nan mikrobyom. Transpò manbràn se yon koleksyon mekanis ki kontwole pasaj solute yo, tankou iyon ak ti molekil, atravè yon biofilm, ki se yon kouch lipid ki entegre nan pwoteyin. Règleman travèse manbràn yo atribiye a pèmeyabilite manbràn selektif, yon karakteristik biofilms ki pèmèt separasyon sibstans ki gen diferan pwopriyete chimik. Nan lòt mo, manbràn sa yo ta ka pèmeyab pou kèk sibstans men pa pou lòt moun42. Pami manbràn sa yo, chemen transpòtè ABC a te trè rich nan mikrobyom tè. ATP-binding box (ABC) transpòtè yo inivèsèl egziste nan mikwo-òganis tankou bakteri epi yo se youn nan pi gwo fanmi pwoteyin yo konnen jodi a. Transpò sa yo mare idroliz ATP pou yo patisipe nan transpò aktif nan substra divès kalite tankou iyon, peptides, lipid, dwòg, sik, pwoteyin, ak esterol. Estrikti transpòtè ABC nan prokaryot anjeneral gen twa pati. Anjeneral, de pwoteyin manbràn entak yo chak gen sis fragman transmembran: de pwoteyin periferik ki mare ak idrolize ATP, ak yon substra periferik (oswa lipoprotein) nan yon pwoteyin obligatwa. Jan yo obsève nan jenom anpil bakteri ak archaea, anpil jèn twa eleman sa yo fòme operon43. Sechrès, salinite, ak estrès alkali ankouraje fonksyon transpò manbràn, espesyalman amelyorasyon fonksyon transpò aktif nan mikrobyom tè.
Transdiksyon siyal se yon pwosesis kote yon siyal chimik oswa fizik transmèt atravè yon selil kòm yon seri evènman molekilè. Ki pi komen an se fosforilasyon pwoteyin kinaz ki katalize. Sistèm nan de-konpozan se yon chemen siyal ki kontwole anpil karakteristik bakteri, tankou toksisite, patojèn, senbyotik, mobilite, absòpsyon eleman nitritif, pwodiksyon metabolit segondè, règleman metabolik, ak divizyon selilè. Sistèm sa yo kontwole pwosesis fizyolojik ki baze sou paramèt anviwònman oswa selilè, sa ki pèmèt yo adapte yo ak kondisyon k ap chanje44. Transdiksyon siyal mikrobyom tè yo te ankouraje pa sechrès oswa estrès saline-alkali.
CistancheEkstrè kapabAntioksidan
konklizyon
Etid sa a se premye moun ki prezante mikrobyom tè twa ekotip C. deserticola. Yo jwenn konklizyon sa yo: (1) kominote mikwòb tè a nan savann se pi abondan pami twa abita yo. (2) Yo te detèmine biomake twa ekotip yo tou: Oceanospirillales (tè saline-alkali), Sphingomonadales (preri), ak Propionibacteriales (tè sab). (3) Analiz mikwòb debaz yo te demontre ke kominote mikwòb tè a nan C. deserticola te sitou te gen yon sechrès, tolerans sèl, rezistans alkali, ak rezistans estrès, tankou Micrococcales ak Bacillales. (4) Analiz korelasyon an te demontre ke 2′-acetylacteoside gen yon relasyon pozitif ak Oceanospirillales epi echinacoside gen yon relasyon pozitif ak Sphingomonadales. (5) Tax4Fun predi ke pwofil fonksyon metabolik twa ekotip nan mikrobyom tè a anrichi nan metabolis ak pwosesis enfòmasyon anviwònman an.
Referans
1. Zheng, S., Jiang, X., Wu, L., Wang, Z. & Huang, L. Chimik ak jenetik diskriminasyon nan cistanches herba ki baze sou UPLC-QTOF/ MS ak ADN Barcoding. Plus One 9, e98061 (2014).
2. Li, Z. et al. Modèl ekolojik nan Cistanche deserticola YC Ma nan Alxa, Lachin. Rapò syantifik 9, 13134, https://doi.org/10.1038/s41598-019-48397-6 (2019).
3. Joseph, E. et al. Estrikti, varyasyon, ak asanble mikrobiom ki asosye ak rasin diri yo. Pwosedi Akademi Nasyonal Syans Etazini 112, E911 (2015).
4. Jansson, JK & Hofmockel, KS Soil microbiome, ak chanjman nan klima. Revi nati. Mikwobyoloji, https://doi.org/10.1038/s41579-019-0265-7 (2019).
5. Wang, X. et al. Konparezon Des Chimik ak Aktivite Antioksidan nan Pati diferan nan Cultive Cistanche deserticola Sèvi ak Ultra Pèfòmans likid Chromatography-Quadrupole Tan-of-Vòl Mass Spectrometry ak yon 1,1-Diphenyl-2- Picrylhydrazyl ki baze sou Assay. Molekil 22, 2011 (2017).
6. Yang, L. et al. Efè benefis nan total Phenylethanoid Glycoside fraksyon izole nan Cistanche deserticola sou zo microstructure nan rat ovariectomized. Medikaman oksidatif ak lonjevite selilè 2019, 2370862, https://doi. org/10.1155/2019/2370862 (2019).
7. Liu, W. et al. Soti nan (1)H RMN ki pa vize pou rive nan estrateji metabolomik ki baze sou LC-MS pou konparezon kamomiy an pwofondè nan mitan kat espès Cistanche. Journal of pharmaceutique ak byomedikal analiz 162, 16-27, https://doi.org/10.1016/j. jpba.2018.09.013 (2019).
8. Chen, H. et al. Nwayo Mikwobym nan Plant Medsin Salvia miltiorrhiza Grenn: Yon rezèvwa rich nan mikwòb benefisye pou metabolis segondè? Jounal Entènasyonal Syans Molekilè 19, 672 (2018).
9. Sonnenburg, JL & Backhed, F. Rejim-mikwobyota entèraksyon kòm moderatè nan metabolis imen. Nati 535, 56–64, https://doi. org/10.1038/nature18846 (2016).
10. Ju, F. & Zhang, T. 16S rRNA jèn segondè-debi done sekans min nan divèsite mikwòb ak entèraksyon. Aplike mikrobyoloji ak biotechnologie 99, 4119-4129 (2015).
11. Cui, J.-L., Vijayakumar, V. & Zhang, G. Partitioning nan asanblaj andofit chanpiyon nan plant rasin-parazit Cynomorium songaricum ak lame li yo Nitraria tangutorum. Fwontyè nan mikrobyoloji 9, 666 (2018).
12. Fan, P., Liu, P., Song, P., Chen, X. & Ma, X. Modere restriksyon pwoteyin dyetetik chanje konpozisyon mikrobiota zantray ak amelyore fonksyon baryè ileal nan yon modèl kochon adilt. Rapò syantifik 7, 43412 (2017).
13. Munyaka, PM et al. Mo1774 Tretman Antibyotik Prenatal ogmante sansiblite pitit yo nan kolit eksperimantal: yon wòl nan mikrobyota nan zantray. Plus One 10, e0142536 (2015).
14. Zhao, Y. et al. Efè a nan melanje entansite sou pèfòmans ak dinamik mikwòb nan yon sèl reyaktè vètikal entegre faz asidojenik ak metanojèn nan dijesyon byomass lignocellulosic. Bioresource teknoloji 238, 542-551 (2017).
15. Cole, JR et al. Pwojè baz done ribozomal la: amelyore aliyman ak nouvo zouti pou analiz rRNA. (2009).
16. Edgar, RC UPARSE: sekans OTU trè egzat ki soti nan anplikon mikwòb li. Metòd Nati 10, 996 (2013).
17. Yu, W. et al. Konparezon nivo divèsite bakteri nan dlo dous, marekaj entètid, ak sediman maren lè w itilize plizyè milyon tags Illumina. Applied & Environmental Microbiology 78, 8264 (2012).
18. Jiang, XT et al. Sekans Illumina nan Tag 16S rRNA revele varyasyon espasyal nan kominote bakteri nan yon marekaj Mangrove. Ekoloji mikwòb 66, 96-104 (2013).
19. Sanner, MF Python: yon langaj pwogramasyon pou entegrasyon ak devlopman lojisyèl. Journal of Molekilè Graphics & Modeling
17, 57–61 (1999).
20. Caporaso, JG et al. QIIME pèmèt analiz done segondè sekans kominote a. Nat Methods 7, 335–336, https://doi. org/10.1038/nmeth.f.303 (2010).
21. Chong, J., Liu, P., Zhou, G. & Xia, J. Sèvi ak MicrobiomeAnalyst pou konplè estatistik, fonksyonèl, ak meta-analiz nan done mikrobyom. Pwotokòl Lanati, 1–23 (2020).
22. Dhariwal, A. et al. MicrobiomeAnalyst: yon zouti ki baze sou entènèt pou estatistik konplè, vizyèl, ak meta-analiz nan done mikrobyom. Rechèch asid nikleik 45, W180–W188 (2017).
23. Šmilauer, P. & Lepš, J. Multivariate analiz de done ekolojik lè l sèvi avèk CANOCO 5. (Cambridge University Press (2014).
24. Shannon, P. et al. Cytoscape: yon anviwònman lojisyèl pou modèl entegre nan rezo entèraksyon byomolekilè. Genome Research 13, 2498-2504 (2003).
25. Asshauer, KP, Wemheuer, B., Daniel, R. & Meinicke, P. Tax4Fun: predi fonksyon fonksyonèl done metagenomic 16S rRNA. Bioinformatics (Oxford, Angletè) 31, 2882–2884, https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btv287 (2015).
26. Koo, H. et al. Konparezon de zouti byoinformatik yo itilize pou karakterize divèsite mikwòb ak atribi fonksyonèl prediksyon nan tapi mikwòb ki soti nan Lake Obersee, Antatik. Journal of mikrobyolojik metòd 140, 15-22 (2017).
27. Huang, L., Zheng, S., Wu, L., Jiang, X. & Chen, S. Ekotip nan Cistanche deserticola ki baze sou konpozisyon chimik ak karakteristik molekilè. Scientia Sinica Vitae 44, 318–328 (2014).
28. Gabriele, B. & Kornelia, S. Espès plant ak kalite tè ansanm fòme estrikti ak fonksyon kominote mikwòb nan rizosfè a. Fems Mikwobyoloji Ekoloji 68, 1-13 (2010).
29. Parte, AC LPSN–lis non prokaryotik ak kanpe nan nomenklati. Rechèch asid nikleik 42, 613-616 (2014).
30. Pirog, T., Grinberg, T. & Malashenko, YR Fonksyon pwoteksyon èzopolisakarid ki pwodui pa yon Acinetobacter sp. Microbiology (New York, NY) 66, 279–283 (1997).
31. Liu, Y.-H. et al. Divèsite, distribisyon kominotè, ak aktivite pwomosyon kwasans nan andofit ki asosye ak halophyte Lycium ruthenicum Murr. 3 Biotech 9, 144 (2019).
32. Manyèl bakterioloji sistematik Staley, Bryant, Pfennig, Holt & JG Bergey - volim 4. Manyèl bakterioloji sistematik Bergey 38, 89-100 (1989).
33. Pasqua, RD et al. Enfliyans diferan sous lignocellulose sou ekspresyon jèn endo-1,4- -glukanaz ak aktivite anzimatik Bacillus amyloliquefaciens B31C. Bioresources 9 (2014).
34. Pot, B. & Gillis, M. Oceanospirillum. (2015).
35. Euzeby, JP Lis Non Bakteri ak kanpe nan Nomenclature: yon katab ki disponib sou Entènèt. Jounal entènasyonal nan bakterioloji sistematik 47, 590-592, https://doi.org/10.1099/00207713-47-2-590 (1997).
36. Balkwill, DL, Fredrickson, JK & Romine, MF Sphingomonas and Related Generations. Prokaryotes 7, 605–629 (2003).
37. Takeuchi, M., Hamana, K. & Hiraishi, A. Pwopozisyon genus Sphingomonas sensu stricto ak twa nouvo jenera, Sphingobium, Novosphingobium, ak Sphingopyxis, sou baz analiz filogenetik ak chemotaxonomic. Jounal Entènasyonal nan Mikwobyoloji Sistematik & Evolisyonè 51, 1405-1417 (2001).
38. Saori, S. & Akira, H. Novosphingobium naphthalenivorans sp. nov., yon bakteri ki degrade naftalèn ki izole nan anviwonman ki kontamine ak poliklorin-dioksin. Journal of General & Applied Microbiology 53, 221-228 (2007).
39. Alánt, O., Pulay, I., Esztergályos, J. & Bodnár, A. Efè operasyon sou metabolis idrat kabòn. Acta Chirurgica Academiae Scientiarum Hungaricae 16, 307 (1975).
40. Gray, GM idrat kabòn dijesyon ak absòpsyon. Ansiklopedi nan Gastroenterology 58, 275-278 (2004).
41. Coon, MJ & Robinson, WG Amino AcidMetabolism. (2003).
42. Purves, WK, Orians, G., Heller, C. & Sadava, D. Vida, LaCiencia de la Biología. 8ª Edisyon. Panamericana (2009).
43. Schneider, E. & Hunke, S. Sistèm transpò ATP-obligatwa-kasèt (ABC): Aspè fonksyonèl ak estriktirèl nan subinite/domèn ATP-idrolize yo. Fems Microbiology Reviews 22, 1–20 (1998).
44. Kleerebezem, M., Quadri, LE, Kuipers, OP & Vos, WM De. Deteksyon kowòm pa feromon peptide ak sistèm transdiksyon siyal de eleman nan bakteri Gram-pozitif. Mikwobyoloji molekilè 24, 895-904 (2010).
