DEL 2 Reguleringsforhold mellom kvalitetsvariasjon og miljø for Cistanche Deserticola i tre økotyper basert på jordmikrobiomanalyse
Mar 03, 2022
For mer informasjon vennligst kontakt:Joanna.jia@wecistanche.com
korrelasjoner mellom nøkkelmikrobielle fellesskapsoverflod, PhG-innhold og økologiske faktorer.Den redundante analysen av kjernen, biomarkørmikrobiommengden, PhG-innhold og økologiske faktorer ble utført på ordrenivå, og reanalyse ble utført på grunnlag av effekter. Den justerte tolkningen av variansen var 82,70 prosent (tabell S7). Sphingomonadales forklarte 45,7 prosent av PhG-innholdet (p=0.002). Pseudonocardiales forklarte 22,4 prosent av PhG-innholdet (p=0.01). 2'-acetylacteosid var signifikant positivt korrelert med Pseudonocardiales og Oceanospirillales og negativt korrelert med Sphingomonadales (fig. 5a). Echinacosiden var signifikant positiv med Sphingomonadales.
Cistancheekstrakt kan forhindreAlzheimerssykdom
Korrelasjonsanalyse ble utført for overflod av biomarkører,PhGinnhold (Fig. S3 og Tabell S5), og økologiske faktorer (Tabell S6). Resultatene av korrelasjonsnettverkene (fig. 5b) viste at 2'-acetylacteosid var signifikant positivt korrelert med Oceanospirillales, Rhizobiales og Thiotrichales, mens negativt korrelert med Pseudonocardiales og Nitrosomonadales i alle jordprøver. Varmekartet (fig. 5c–e) viste at A var negativt korrelert med gjennomsnittlig årlig vanndamptrykk i saltvann-alkalikorrelasjoner mellom nøkkelmikrobielle fellesskapsoverflod, PhG-innhold og økologiske faktorer.Den overflødige analysen av kjernen, biomarkørmikrobiomoverflod,PhGsinnhold, og økologiske faktorer ble utført på ordrenivå, og reanalyse ble utført på bakgrunn av effekter. Den justerte tolkningen av variansen var 82,70 prosent (tabell S7). Sphingomonadales forklarte 45,7 prosent av PhG-innholdet (p=0.002). Pseudonocardiales forklarte 22,4 prosent av PhG-innholdet (p=0.01). 2'-acetylacteosid var signifikant positivt korrelert med Pseudonocardiales og Oceanospirillales og negativt korrelert med Sphingomonadales (fig. 5a). Echinacosiden var signifikant positiv med Sphingomonadales.
Korrelasjonsanalyse ble utført for biomarkør abun I land. I mellomtiden var cistanoside A signifikant positivt korrelert med Micrococcales og negativt korrelert med Rhizobiales i saltvann-alkaliland (fig. 5c). I grasmark var 2'-acetylakteosid negativt korrelert med gjennomsnittlig årstemperatur (fig. 5d). I sandland var tubulosid A negativt korrelert med Nitrosomonadales (fig. 5e).
den prediktive funksjonen til bakteriemikrobiomet i de tre økotypene av C. deserticola.De funksjonelle profilene til bakteriemikrobiomet ble spådd basert på 16S rRNA-genkopinummeret til dechiffrerte bakterielle taxaer ved bruk av Tax4Fun i henhold til KEGG Ortholog-gruppene (KOs). Resultatene av funksjonell prediksjon (fig. 6) viste at de funksjonelle metabolismene til jordmikrobiomer i de tre økotypene av C. deserticola var identiske. Blant metabolismene var det rikelig med karbohydrater, aminosyrer, kofaktorer og vitamin- og energimetabolisme. Membrantransport og signaloverføring var også rikelig i miljøinformasjonsbehandling.
Cistancheekstrakt haranti-inflammatoriskeiendommer
Diskusjon
Vårt tidligere arbeid viste at psbA-svingsekvens og 2'-acetylakteosid kan brukes som molekylære og kjemiske markører for å skilleC. ørkenenfra Xinjiang og Indre Mongolia27. Med feltundersøkelser fant vi at C. desertica hovedsakelig lever i tre typer habitater, inkludert saltvann-alkaliland ved EbinurLake, sandland rundt Alexa League og mellomliggende ørkengressletter. De metabolske profilene til tre økotype C. desertica viste også at 2′-acetylakteosid kan brukes som en kjemisk markør for å skille de tre økotypene1. Vi diskuterte variasjonen av C. deserticola-kvalitet og dens dannelsesmekanisme fra dimensjonene arvelighet, metabolisme og klimatiske faktorer. Derfor, fra et mikroperspektiv, korrelasjonsnettverksanalysen
av mikrobiom overflod,PhGsinnhold, og økologiske faktorer ble utført for å belyse egenskapen til jordmikrobielle samfunn av de tre økotypene avC. deserticolaog deres forhold til kvalitetsvariasjonen.
vann. Dessuten produserer Bacillalescan rike metabolske produkter for å syntetisere en rekke organiske syrer, enzymer, fysiologiske aktiviteter og andre stoffer, samt en rekke andre næringsstoffer som lett kan brukes33. De vanlige miljøegenskapene til de tre økotypene av C. deserticolaer tørke og ørkenspredning av jord. Jorda rundt Ebinur-sjøen er også ledsaget av saltvann-alkali-stress. Dette kan være grunnen til at kjernejordens mikrobielle samfunn av tre økotyper har visse egenskaper som tørke, salttoleranse, alkaliresistens og stressresistens.
Cistancheekstrakt kan motståstråling
Mikrobielle faktorer som påvirker variasjonen av PhG i tre økotyper av C. deserticola.Fig. S3 viser et boksdiagram over PhG-innholdet i de tre økotypene av C. deserticola. Figuren viser at innholdet av 2′-acetylakteosid er høyere i salt-alkaliland enn i gressletter og sandmark, noe som er i samsvar med tidligere resultater1. Redundante analyser og assosiasjonsnettverksresultater viser at Oceanospirillales er signifikant positivt korrelert med 2′-acetylakteosid. Oceanospirillales, den høyeste biomarkøren når det gjelder LDA-score i saltvann-alkaliland, er spesifikt beriket. Disse bakteriene er metabolsk og morfologisk mangfoldige, hvorav noen kan vokse i nærvær av oksygen, mens andre krever et anaerobt miljø34. Oceanospirillales er en orden av Proteobacteria som består av to familier. Marine spirillum er ofte en endosymbiont av beinspisende ormer (Osedax)35. De fleste Oceanospirillales foretrekker eller krever høye saltkonsentrasjoner for å vokse. Til tross for deres vekst i ulike nisjer, henter Oceanospirillales energi fra nedbryting av ulike organiske produkter. Derfor er den høye saltinnholdet og alkaliteten hovedårsakene til anrikningen av Oceanospirillales i salt-alkalisk jordjord. Dette resultatet tyder sterkt på at det høyeste innholdet av 2'-acetylakteosid i saltvann-alkali er relatert til anrikningen av Oceanospirillales. Imidlertid er det regulatoriske forholdet mellom Oceanospirillales og 2′-acetylakteosid fortsatt tomt, og ytterligere forskning er nødvendig.
Det totale innholdet av de syv PhG-ene er det høyeste i gressletter, blant hvilke echinacoside er de dominerende PhG-ene. Echinacoside er signifikant positivt korrelert med Sphingomonadales, som er en sekvens innenfor alfa-proteus og utgjør familien til Erythrobacteraceae og Sphingomonadaceae. Begge familiene er vanlige i naturen, spesielt i jordsmonn, hav og ferskvann36. Sphingomonadales har et bredt spekter av metabolsk kapasitet for aromatiske forbindelser, og noen stammer kan syntetisere verdifulle ekstracellulære biopolymerer37. Alle tidligere kjente medlemmer av klassen Sphingomonas er aerobe og kjemisk organiske. Det eneste unntaket er den fakultative anaerobe etanolgjæringsbeholderen, som brukes til å produsere fermentert drikkemasse. Enkelte arter av slekten Rhodobacter, porfyrin og Staphylococcus aureus, samt visse arter av slekten Sphingomonas, har klorofyll a og er derfor valgfrie fotoorganotrofer (energi generert via fotosyntese)38. Den beste kvaliteten på C. deserticola i gressletter kan skyldes det rike mikrobielle samfunnets mangfold og metabolsk-relaterte funksjoner til biomarkøren (Sphingomonadales). Dette funnet gir ny innsikt i studien om kvalitetsvariasjonen til C. deserticola i forskjellige økotyper.
Prediksjonsmetabolske funksjonsprofiler for jordmikrobiomer av de tre økotypene C. deserticola.De metabolske funksjonsprofilene (fig. 6 og fil S1) til jordmikrobiomer av C. deserticola i de tre økotypene ble demonstrert for første gang i denne studien. Når det gjelder metabolisme, er karbohydratmetabolisme (stivelse og sukrosemetabolisme,ko00500; aminosukker- og nukleotidsukkermetabolisme, ko00520) og aminosyremetabolisme (arginin- og prolinmetabolisme, ko00330; glycin-, serin- og treoninmetabolisme, ko00260) sterkt beriket mikrobiomer. Karbohydratmetabolismen er ansvarlig for dannelsen, nedbrytningen og omdannelsen av karbohydrater i kroppen. Karbohydrater er grunnlaget for mange viktige metabolske veier39. Karbohydrater som glukose er en del av flere metabolske veier på tvers av arter. Karbohydrater syntetiseres av planter fra atmosfæren gjennom fotosyntese og kan brukes som substrater for cellulær respirasjon40. Planter og mikroorganismer absorberer ammoniakk, ammoniumsalt, nitritt, nitrat og annet uorganisk nitrogen fra miljøet for å syntetisere proteiner og nitrogenholdige stoffer. Noen mikrober kan omdanne N2 fra luft til ammoniakknitrogen for å syntetisere aminosyrer41. Den metabolske funksjonen til jordmikrobiomer ble beriket i den primære metabolismen. Denne berikelsen antyder at mikrobiomene kan gi næring til planter og fremme deres vekst under tørke og andre påkjenninger.
Metabolske funksjonsprofiler viste også at i miljøinformasjonsbehandling er membrantransport (ABC-transportører, ko02010) og signaltransduksjon (to-komponentsystem, ko02020) sterkt beriket i mikrobiomer. Membrantransport er en samling mekanismer som regulerer passasjen av oppløste stoffer, som ioner og små molekyler, gjennom en biofilm, som er et dobbeltlag av lipider innebygd i proteiner. Reguleringen av kryssende membraner tilskrives permeabiliteten til selektive membraner, en egenskap ved biofilmer som muliggjør separering av stoffer med forskjellige kjemiske egenskaper. Med andre ord kan disse membranene være permeable for noen stoffer, men ikke for andre42. Blant disse membranene var ABC-transportveien sterkt beriket i jordmikrobiomer. ATP-bindende boks (ABC) transportører finnes universelt i mikroorganismer som bakterier og er en av de største proteinfamiliene som er kjent i dag. Disse transportørene binder ATP-hydrolyse for å delta i den aktive transporten av mangfoldige substrater som ioner, peptider, lipider, medikamenter, sukker, proteiner og steroler. Strukturen til ABC-transportører i prokaryoter består vanligvis av tre deler. Vanligvis har to intakte membranproteiner hver seks transmembranfragmenter: to perifere proteiner som binder og hydrolyserer ATP, og ett perifert (eller lipoprotein) substrat av et bindende protein. Som observert i genomene til mange bakterier og archaea, danner mange gener av disse tre komponentene operoner43. Tørke, saltholdighet og alkalistress fremmet membrantransportfunksjonen, spesielt forbedringen av den aktive transportfunksjonen til jordmikrobiomer.
Signaltransduksjon er en prosess der et kjemisk eller fysisk signal overføres gjennom en celle som en serie av molekylære hendelser. Det vanligste er proteinkinase-katalysert proteinfosforylering. Tokomponentsystemet er en signalvei som regulerer mange bakterielle egenskaper, som toksisitet, patogenisitet, symbiose, motilitet, næringsabsorpsjon, produksjon av sekundære metabolitter, metabolsk regulering og celledeling. Disse systemene regulerer fysiologiske prosesser basert på miljømessige eller cellulære parametere, og gjør dem i stand til å tilpasse seg endrede forhold44. Signaloverføringen av jordmikrobiomer ble fremmet av tørke eller saltvann-alkali-stress.
CistancheTrekk ut kanAntioksidant
konklusjon
Denne studien er den første som presenterer jordmikrobiomene til de tre økotypene av C. deserticola. Følgende konklusjoner er oppnådd: (1) jordmikrobielle samfunn i gressletter er det mest tallrike blant de tre habitatene. (2) Biomarkørene for de tre økotypene ble også bestemt: Oceanospirillales (salt-alkaliland), Sphingomonadales (gressmark) og Propionibacteriales (sandland). (3) Kjernemikrobiomanalyse viste at jordmikrobielle samfunn av C. deserticola stort sett hadde tørke, salttoleranse, alkaliresistens og stressresistens, slik som Micrococcales og Bacillales. (4) Korrelasjonsanalysen viste at 2′-acetylakteosid er positivt korrelert med Oceanospirillales og echinacosid er signifikant positivt korrelert med Sphingomonadales. (5) Tax4Fun spår at de metabolske funksjonsprofilene til tre økotyper av jordmikrobiomet er beriket i metabolisme og prosessering av miljøinformasjon.
Referanser
1. Zheng, S., Jiang, X., Wu, L., Wang, Z. & Huang, L. Kjemisk og genetisk diskriminering av cistanches herba basert på UPLC-QTOF/ MS og DNA strekkoding. Plus One 9, e98061 (2014).
2. Li, Z. et al. Økologisk modellering av Cistanche deserticola YC Ma i Alxa, Kina. Scientific reports 9, 13134, https://doi.org/10.1038/ s41598-019-48397-6 (2019).
3. Joseph, E. et al. Struktur, variasjon og sammenstilling av de rotassosierte mikrobiomene til ris. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 112, E911 (2015).
4. Jansson, JK & Hofmockel, KS Jords mikrobiom og klimaendringer. Naturanmeldelser. Microbiology, https://doi.org/10.1038/ s41579-019-0265-7 (2019).
5. Wang, X. et al. Sammenligning av de kjemiske profilene og antioksidantaktivitetene til forskjellige deler av kultivert Cistanche deserticola ved bruk av ultraytelses væskekromatografi-kvadrupol flytids-massespektrometri og en 1,1-difenyl-2- pikrylhydrazyl-basert analyse. Molecules 22, 2011 (2017).
6. Yang, L. et al. Fordelaktige effekter av total fenyletanoidglykosidfraksjon isolert fra Cistanche deserticola på beinmikrostruktur hos ovariektomiserte rotter. Oksidativ medisin og cellulær levetid 2019, 2370862, https://doi. org/10.1155/2019/2370862 (2019).
7. Liu, W. et al. Fra (1)H NMR-basert ikke-målrettet til LC-MS-basert målrettet metabolomikkstrategi for dyptgående kamillesammenligninger mellom fire Cistanche-arter. Journal of pharmaceutical and biomedical analysis 162, 16–27, https://doi.org/10.1016/j. jpba.2018.09.013 (2019).
8. Chen, H. et al. Kjernemikrobiom av medisinplante Salvia miltiorrhiza frø: Et rikt reservoar av gunstige mikrober for sekundær metabolisme? International Journal of Molecular Sciences 19, 672 (2018).
9. Sonnenburg, JL & Backhed, F. Diet-mikrobiota-interaksjoner som moderatorer av menneskelig metabolisme. Nature 535, 56–64, https://doi. org/10.1038/nature18846 (2016).
10. Ju, F. & Zhang, T. 16S rRNA-gen high-throughput sekvenseringsdata mining av mikrobiell mangfold og interaksjoner. Anvendt mikrobiologi og bioteknologi 99, 4119–4129 (2015).
11. Cui, J.-L., Vijayakumar, V. & Zhang, G. Deling av sopp-endofyttsammensetninger i rotparasittisk plante Cynomorium songaricum og dens vert Nitraria tangutorum. Frontiers in microbiology 9, 666 (2018).
12. Fan, P., Liu, P., Song, P., Chen, X. & Ma, X. Moderat diettproteinrestriksjon endrer sammensetningen av tarmmikrobiota og forbedrer ilealbarrierefunksjonen i en voksen grisemodell. Vitenskapelige rapporter 7, 43412 (2017).
13. Munyaka, PM et al. Mo1774 prenatal antibiotikabehandling øker avkoms mottakelighet for eksperimentell kolitt: en rolle i tarmmikrobiotaen. Plus One 10, e0142536 (2015).
14. Zhao, Y. et al. Effekten av blandingsintensitet på ytelsen og mikrobiell dynamikk til en enkelt vertikal reaktor som integrerer acidogene og metanogene faser i lignocellulose biomassefordøyelse. Bioressursteknologi 238, 542–551 (2017).
15. Cole, JR et al. Ribosomal Database Project: forbedrede justeringer og nye verktøy for rRNA-analyse. (2009).
16. Edgar, RC UPARSE: svært nøyaktige OTU-sekvenser fra mikrobielle amplikonavlesninger. Nature Methods 10, 996 (2013).
17. Yu, W. et al. Sammenligning av nivåene av bakteriemangfold i ferskvann, våtmarker mellom tidevann og marine sedimenter ved å bruke millioner av Illumina-merker. Applied & Environmental Microbiology 78, 8264 (2012).
18. Jiang, XT et al. Illumina-sekvensering av 16S rRNA-tag avslørte romlige variasjoner av bakteriesamfunn i et mangrovevåtmark. Microbial Ecology 66, 96–104 (2013).
19. Sanner, MF Python: et programmeringsspråk for programvareintegrasjon og utvikling. Journal of Molecular Graphics & Modeling
17, 57–61 (1999).
20. Caporaso, JG et al. QIIME tillater analyse av høy-throughput community-sekvenseringsdata. Nat Methods 7, 335–336, https://doi. org/10.1038/nmeth.f.303 (2010).
21. Chong, J., Liu, P., Zhou, G. & Xia, J. Bruke MicrobiomeAnalyst for omfattende statistisk, funksjonell og meta-analyse av mikrobiomdata. Nature Protocols, 1–23 (2020).
22. Dhariwal, A. et al. MicrobiomeAnalyst: et nettbasert verktøy for omfattende statistisk, visuell og metaanalyse av mikrobiomdata. Nukleinsyreforskning 45, W180–W188 (2017).
23. Šmilauer, P. & Lepš, J. Multivariat analyse av økologiske data ved bruk av CANOCO 5. (Cambridge university press (2014).
24. Shannon, P. et al. Cytoscape: et programvaremiljø for integrerte modeller av biomolekylære interaksjonsnettverk. Genome Research 13, 2498–2504 (2003).
25. Asshauer, KP, Wemheuer, B., Daniel, R. & Meinicke, P. Tax4Fun: forutsi funksjonelle profiler fra metagenomiske 16S rRNA-data. Bioinformatics (Oxford, England) 31, 2882–2884, https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btv287 (2015).
26. Koo, H. et al. Sammenligning av to bioinformatikkverktøy som brukes til å karakterisere det mikrobielle mangfoldet og prediktive funksjonelle attributter til mikrobielle matter fra Lake Obersee, Antarktis. Tidsskrift for mikrobiologiske metoder 140, 15–22 (2017).
27. Huang, L., Zheng, S., Wu, L., Jiang, X. & Chen, S. Økotyper av Cistanche deserticola basert på kjemisk sammensetning og molekylære egenskaper. Scientia Sinica Vitae 44, 318–328 (2014).
28. Gabriele, B. & Kornelia, S. Plantearter og jordtype former sammen strukturen og funksjonen til mikrobielle samfunn i rhizosfæren. Fems Microbiology Ecology 68, 1–13 (2010).
29. Parte, AC LPSN–liste over prokaryote navn med stående i nomenklaturen. Nukleinsyreforskning 42, 613–616 (2014).
30. Pirog, T., Grinberg, T. & Malashenko, YR Beskyttende funksjoner av eksopolysakkarider produsert av en Acinetobacter sp. Microbiology (New York, NY) 66, 279–283 (1997).
31. Liu, Y.-H. et al. Mangfold, samfunnsdistribusjon og vekstfremmende aktiviteter for endofytter assosiert med halofytt Lycium ruthenicum Murr. 3 Biotech 9, 144 (2019).
32. Staley, Bryant, Pfennig, Holt & JG Bergeys manual for systematisk bakteriologi - bind 4. Bergeys Manual of Systematic Bacteriology 38, 89–100 (1989).
33. Pasqua, RD et al. Påvirkning av forskjellige lignocellulosekilder på endo-1,4- -glukanase-genekspresjon og enzymatisk aktivitet til Bacillus amyloliquefaciens B31C. Bioressurser 9 (2014).
34. Pot, B. & Gillis, M. Oceanospirillum. (2015).
35. Euzeby, JP Liste over bakterienavn med stående i nomenklatur: en mappe tilgjengelig på Internett. International journal of systematic bacteriology 47, 590–592, https://doi.org/10.1099/00207713-47-2-590 (1997).
36. Balkwill, DL, Fredrickson, JK & Romine, MF Sphingomonas og beslektede slekter. Prokaryotes 7, 605–629 (2003).
37. Takeuchi, M., Hamana, K. & Hiraishi, A. Forslag om slekten Sphingomonas sensu stricto og tre nye slekter, Sphingobium, Novosphingobium og Sphingopyxis, på grunnlag av fylogenetiske og kjemotaxonomiske analyser. International Journal of Systematic & Evolutionary Microbiology 51, 1405–1417 (2001).
38. Saori, S. & Akira, H. Novosphingobium naphthalenivorans sp. nov., en naftalen-nedbrytende bakterie isolert fra polyklorerte dioksin-forurensede miljøer. Journal of General & Applied Microbiology 53, 221–228 (2007).
39. Alánt, O., Pulay, I., Esztergályos, J. & Bodnár, A. Effekt av kirurgi på karbohydratmetabolisme. Acta Chirurgica Academiae Scientiarum Hungaricae 16, 307 (1975).
40. Grå, GM Karbohydratfordøyelse og absorpsjon. Encyclopedia of Gastroenterology 58, 275–278 (2004).
41. Coon, MJ & Robinson, WG Amino Acid Metabolism. (2003).
42. Purves, WK, Orians, G., Heller, C. & Sadava, D. Vida, LaCiencia de la Biología. 8ª utgave. Panamericana (2009).
43. Schneider, E. & Hunke, S. Transportsystemer for ATP-bindingskassett (ABC): Funksjonelle og strukturelle aspekter ved de ATP-hydrolyserende underenhetene/domenene. Fems Microbiology Reviews 22, 1–20 (1998).
44. Kleerebezem, M., Quadri, LE, Kuipers, OP & Vos, WM De. Quorum sensing av peptidferomoner og to-komponent signaltransduksjonssystemer i grampositive bakterier. Molecular Microbiology 24, 895–904 (2010).
