Aistriú MRNA ar mhórscála idir Haloxylon Ammodendron (Chenopodiaceae) Agus Fréamh Luibheach Holoparasite Cistanche Deserticola (Orobanchaceae)

Buaicphointí
•Aistríonn deich míle mRNA idir ammodendron Halocsalon agus seadán fréimheCistanche deserticola

•Rinneadh soghluaisteacht RNA agus anailís fheidhmiúil i gcóras cumana lus na gréine-Orobanche

•Bheadh ​​CdNLR1 agus CdNLR2 ina chúis le HR a bhaineann go sonrach le fréamhacha agus chuirfeadh sé isteach ar chothromaíocht seadánacha

Saothrú agus Anailís Cistanche

Achoimre
Taispeánadh malartuithe mRNA idir seadáin óstaigh agus gas ach ní paraisítí fréamhacha iad.Cistanche deserticola(Orobanchaceae) is aluibh holoparasitica parasitizes ar na fréamhacha na plandaí adhmadach Haloxylon ammodendron (Chenopodiaceae). D’úsáideamar seicheamhú tras-scríbhinne agus anailísí bithfhaisnéise chun beagnach deich míle mRNA soghluaiste a shainaithint. Is cosúil go bhfuil flúirse tras-scríbhinní mar fhórsa tiomána le haghaidh imeacht aistrithe agus tarlaíonn malartuithe mRNA trí acomhal tarlaithe. Deimhníodh soghluaisteacht na mRNAanna roghnaithe in situ agus i gcóras seadánacha heitreolaíochta lus na gréine-Orobanche cumana. CeathrarC. deserticola→H. Is cosúil go n-éascaíonn mRNAanna soghluaiste ammodendron forbairt halaisiam. Díol spéise é, is cúis le dhá mRNA soghluaiste de ghéinte friotaíochta toimhdí CdNLR1 agus CdNLR2 freagairt hipiríogaireach a bhaineann go sonrach le fréamhacha agus cuireann siad moill ar fhorbairt paraisítí, rud a d’fhéadfadh cur le cothromaíocht na seadán. Cuireann an staidéar reatha fianaise ar fáil don imeacht aistrithe mRNA ar mhórscála idir ósta adhmadach agus paraisít fréimhe, agus léiríonn sé ábharthacht fheidhmiúil séC. deserticolagéinte in idirghníomhaíochtaí óstaigh-parasite.

Réimsí ábhair
Bitheolaíocht phlandaIdirghníomhaíocht plandaí le horgánaighOmicsTranscriptomics
Réamhrá
Tugann fianaise mhéadaitheach le fios an tábhacht a bhaineann le macramóilíní cosúil le próitéiní agus mRNAnna i gcumarsáid ghearr agus fadraoin i bplandaí.1 Breathnaítear ar phlasmodesmata mar bhealaí iompair gearr-achair, agus déanann an córas soithíoch iompar móilíneach fadraoin idir fíocháin chisteach.2 Tuairiscíodh go raibh ,3 mRNA ag aistriú sa phloem.4 Tá sé léirithe ag staidéir le déanaí gur thug struchtúr gas-lúb de bhunadh tRNA mRNA le hacmhainn iompair fad-achair.5 Tuairiscíodh go raibh AtRRP44A, fo-aonad den eiseasóim RNA, ag idirghníomhú le plasmodesmata agus chun idirghabháil a dhéanamh ar gháinneáil cille-go-chill ar KNOTTED1 (KN1) mRNA.6

Is ionann plandaí seadánacha agus thart ar 1 faoin gcéad de phlandaí bláthanna. Is í an ghné is tábhachtaí de phlandaí seadánacha ná struchtúr speisialaithe ar a dtugtar haustorium, a bhunaíonn bealaí nasc fisiceacha agus fiseolaíocha idir na plandaí óstacha agus seadánacha agus mar sin is é an príomhrud dá n-idirghníomhaíochtaí.7 Braitheann plandaí seadánacha ar an óstaigh chun a bhfás a chothú, ag ionsú uisce agus na cothaithigh cosúil le fótaisintáití, aimínaigéid agus meitibilítí idirmheánacha eile ón ósta tríd an haistorium.8 Feidhmíonn Haustoria freisin mar an droichead nasc idir na hóstach chun móilín comharthaíochta a tharchur cosúil le comhartha luibheach.9 Léiríodh freisin go bhfuil na bithmhóilíní lena n-áirítear próitéiní agus Malartaíonn RNAnna go déthreoch trí naisc óstaigh-seadán. Is é an sampla is luaithe d’aistriú RNA idir an t-óstach agus plandaí seadánacha ná tarchur víreas RNA ón óstach ionfhabhtaithe go dtí an planda neamhionfhabhtaithe tríd an dodder.10 Taispeánadh RNAanna beaga (sRNAanna) cosúil le cur isteach beag RNA (siRNA) agus microRNA (miRNA). aistriú idir óstaigh-parasite chun an sprioc-sloinneadh géine in orgánaigh fhaighteora a rialáil.11,12,13 Maidir le haistriú mRNA, tá mRNAanna soghluaiste ó na hóstach trátaí, pumpkin agus alfalfa go dtí an parasite Cuscuta chinensis léirithe do roinnt géinte sa tosaigh test.14 Trí anailís microarray, Roney et al. fuarthas amach gur aistríodh 474 mRNA ó thrátaí go dobharchú.14 Mar sin féin, níor baineadh amach sainaithint ar scála mór mRNAanna aistrithe ach amháin ar úsáidí na teicneolaíochta seicheamhaithe den chéad ghlúin eile. Kim et al. úsáid as teicneolaíocht seicheamhaithe tras-sgrìobhaidh chun aistriú mRNA ar scála mór agus déthreoch a aithint idir an parasite Cuscuta pentagona agus na hóstach ar nós Arabidopsis thaliana agus trátaí.15 Ach ní raibh ábharthacht fheidhmiúil mRNAanna aistrithe in idirghníomhaíochtaí óstaigh-seadán soiléir.

Is é Orobanchaceae an teaghlach angiosperm seadánacha is mó ina bhfuil go leor ina pharasítí fréimhe dáimhe nó oibleagáideacha.16 Géineas domhanda de phlandaí fásaigh holoparasiteacha in Orobanchaceae is ea Cistanche. Is holaparasít é C. deserticola a dhéanann seadánú ar fhréamhacha psammophyte adhmadach, Haloxylon ammodendron (Chenopodiaceae).17 Taispeánadh gur aistríodh géine clóraplasta rpoC2 ó H. ammodendron go C. deserticola trí aistriú géine cothrománach.18 Anseo, d'aithin muid beagnach deich míle mRNA soghluaiste idir C. deserticola agus H. ammodendron trí sheicheamhú tras-scríbhinne den chéad ghlúin eile agus anailís bhithfhaisnéiseach. Fuarthas na mRNAanna soghluaiste trí ailíniú iolrach seicheamh, bailíochtú PCR, agus go háirithe úsáid a bhaint as córas seadánach lus na gréine-Orobanche cumana. Léiríodh feidhm na mRNAanna soghluaiste freisin do roinnt géinte ag an gcóras seadánach heitreolaíoch seo. Go dtí seo, bhí na tuarascálacha ar mhalartú feidhmiúil mRNA idir óstach agus seadán an-teoranta. Mar sin, cuireann ár staidéar léargais nua ar fáil ar mheicníocht na seadán ó thaobh mRNAanna soghluaiste de.

Torthaí
Sainaithint mRNAanna soghluaiste idir C. deserticola agus H. ammodendron
Mar gheall ar nasc daingean fisiciúil an fhréamh ammodendron óstach H. agus an parasite C. deserticola ní féidir iad a scaradh ag an haistiriam. Mar sin, chomhcheangaileamar seicheamhú ard-thréchur RNA (RNA-seq) agus aicmiú bithfhaisnéiseach céim ar chéim chun na tras-scríbhinní soghluaiste idir an óstaigh agus an seadán a shainaithint. Bailíodh ceithre shraith samplaí éagsúla le haghaidh anailísí RNA-seq ar ardán Illumina HiSeq2500. Ina measc seo tá fíochán fréimhe an óstaigh saor ó pharasítí H. ammodendron (HA), gas succulent deC. deserticola(CD), an fíochán fréimhe an ósta H. ammodendron parasitized leC. deserticola(HC), agus an comhéadan hastorial (HI). I gcás samplaí HC agus CD, bailíodh an fhréamh óstach agus an gas seadán faoi seach 1 cm ar shiúl ó naacomhal paraisiúit(Fíor 1A).

Fíor 1. Anailís RNA-seq agus deimhniú RNAanna soghluaiste

(A) Léiriú ar fhíocháin roghnaithe le haghaidh anailíse RNA-seq. CD, gais úr succulent de C. deserticola in aice le hacomhal haustorial; HC, fréamhacha CD-infested H. ammodendron; Dia duit, comhéadan hastairiúil. Léirítear barraí scála.

(B) Tabhair breac-chuntas ar na straitéisí chun seicheamh a chur le chéile agus chun RNAanna soghluaiste a dhearbhú. RNA-seq, seicheamhú RNA den chéad ghlúin eile. ISO-Seq, seicheamh trascríobh fad-iomlán. HA, fréamhacha neamh-parasitized H. ammodendron. HA.FL_NR, seicheamh tras-scríobhaithe lánfhad de H. ammodendron. CD.FL_NR, seicheamh tras-scríbhinne lánfhad C. deserticola.

(C) tuar ORF agus tuilleadh deimhnithe ar thoradh an tionóil. Cuireadh aimsitheoir ORF (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/orffinder/) i bhfeidhm ar thuar ORF, agus os cionn na n-aonéinéin cóimeáilte leis an luach tairsí slonn de (FPKM Níos mó ná nó cothrom le 0.3 ) a chros-seiceáil. Rinneadh scagadh breise ar na haonáiníní forluite le dé BLASTN (luach E=1e−10) i gcoinne Cis agus HAC unienees.

(D) Léaráidí Venn a thaispeánann tacair choitianta agus dhifriúla tras-scríbhinní idir samplaí CD, HA agus HC.

Is ceist dhúshlánach í sainaithint iontaofa fíocháin foinse do thras-scríbhinn ar leith ó orgánaigh idirghníomhaithe. Dá bhrí sin Ikeue et al. tá modh úsáideach bithfhaisnéiseach forbartha acu chun tras-scríbhinní óstaigh agus seadáin a idirdhealú.¹⁹Anseo d'úsáideamar cur chuige modhnaithe bithfhaisnéise atá bunaithe ar a modh chun na mRNAanna soghluaiste idirC. fásach agusH. ammodendron(Fíor 1B). Gineadh iomlán de 723,382,940 léamh glan ó na leabharlanna thuas (Tábla S2), agus cuireadh na léamha seo le chéile trí straitéisí éagsúla (Fíor 1B). Mar thoradh air sin, cuireadh na deich sampla go léir le chéile go hibrideach i 222,899 unigéin (ar a dtugtar "Combined" anseo feasta, Tábla S3).C. fásachagusH. ammodendronCuireadh samplaí le chéile freisin i 107,752 agus 194,720 unilene faoi seach (ar a dtugtar "Cis" agus "HAC" anseo feasta, Tábla S3). Chun an éagsúlacht chomh maith leis na cosúlachtaí do na samplaí go léir a shamhlú, rinneamar anailís phríomh-chomhpháirt (PCA) ar luachanna normalaithe FPKM na ngéinte braite go léir in "Combined unigenes". Léirigh an plota PCA go raibh na sonraí do thrí mhacasamhlú bitheolaíocha cnuasaithe go dlúth agus go raibh siad deighilte i samplaí éagsúla, go háirithe idirH. ammodendronagusC. fásach(Fíor S1). Idir an dá linn, léirigh tuar ORF gur glacadh leis go n-ionchódaíonn 149,825 (67.23 faoin gcéad ) de na haonaráin "Combined" próitéiní toimhdeacha (Fíor 1C). Rinneadh na unigenes a cuireadh le chéile ina n-aonar le luach tairsí slonn FPKM Níos mó ná nó cothrom le 0.3 ó cheithre shampla éagsúla a chros-seiceáil le torthaí réamh-mheastacháin ORF (Táblaí S4-S6). D'aithin an anailís seo go raibh ORF tuarthach (Fíor 1C) ag 69.01-75.90 faoin gcéad de na haonaráin ó na ceithre shampla CD, HC, HA agus HI. Rinneadh seicheamhú trascríobhaithe lánfhad agus rinneadh na sonraí, CD_FL forC. fásachagus HA_FL le haghaidhH. ammodendron, le haghaidh ceartú earráide tionóil don dá óstachH. ammodendronagus parasiteC. fásachtoisc nach bhfuil sonraí géanómacha sa dá speiceas (Táblaí S8–S11). Nuair a rinneadh na haonáinéin sannta ó thuas a scagadh le dé BLASTN (luach E=1e⁻¹⁰) in aghaidh Cis, HAC, CD_FL agus HA_FL, 94.78–99.00 faoin gcéad díobh sin bhí seichimh chomhthoil iontaofa (Fíor 1C agus Tábla S7). Bunaithe ar an anailís thuas, fuarthas ar deireadh 17,379 (HA-eisiach 14,810 agus HA-ina bhfuil 2,569) unigéin coiteann ó HC agus CD ar anailís léaráid Venn ar na unigenes ó CD, HC agus HA (Fíor 1D). Ina measc, is dócha gur de bhunadh CD paraisítí na 14,810 a bhí ann roimhe seo mar gheall ar a bheith as láthair in HA, ach d’fhéadfadh cuid díobh ionadaíocht a dhéanamh freisin ar mRNAnna soghluaiste HC→CD nach bhfuil i láthair ach in HC ach nach bhfuil i HA mar gheall ar a n-uasrialú. ar iatán paraisítí. Is dócha gurb ionann na 2,569 aonair deiridh agus mRNA aistrithe HC→CD aontreoch mar go bhfuil siad i láthair in HA freisin. Eisíodh na haonáin eile ó mRNAnna soghluaiste iarrthóra toisc nach raibh siad roinnte idir HC agus CD. Ba cheart a thabhairt faoi deara freisin go raibh 14,810 uniéinéin choitianta in [HC, CD] 89 uair níos mó ná 166 uniéinéin choitianta in [HA, CD], rud a thugann le tuiscint go mór d’iontaofacht ár n-anailísí toisc go raibh an dara ceann dodhéanta go loighciúil agus ba chúis leis na hearráidí dosheachanta ó unigene. anailísí cóimeála nó bithfhaisnéise (Fíor 1D).

Deimhníodh tuilleadh bunús na mRNAanna soghluaiste toimhdiúla trí anailísí dé-BLAST chun a mbunús seichimh a shannadh (Fíor 1B agus Tábla S12). Mar gheall ar an easpa sonraí géanómaíochta le haghaidh óstaigh agus seadán araon, d’úsáideamar sonraí seichimh a bhí ar fáil d’orgánaigh teaghlaigh Chenopodiaceae agus Orobanchaceae lena mbaineannH. ammodendronagusC. fásachmbaineann faoi seach. Is é an hipitéis atá againn ná go bhfuil mRNAanna soghluaiste deH. ammodendronis dócha go bhfuil homologies níos airde lena n-orthologaí ó speicis Chenopodiaceae eile ná iad siúd ó speicis Orobanchaceae, cé go bhfuil sé vice versa le haghaidh mRNA soghluaiste deC. fásachtionscnaimh, agus is dócha go bhfuil cosúlachtaí ard idir na orthologs caomhnaithe agus Orobanchaceae agus Chenopodiaceae araon. D’fhéadfadh an anailís seo cabhrú linn bunús na mRNAanna soghluaiste a fháil amach mar d’fhéadfaí iad a shannadh do leibhéal an teaghlaigh trí chuardach homeolaíochta. Chun ár hipitéis a chruthú, tógadh crann phylogenetic de thríocha a seacht speiceas, lena n-áirítear sé speiceas Orobanchaceae agus ceithre speiceas Chenopodiaceae, ag baint úsáide as OrthoFinder. Chinn an fad éabhlóideach idir speicis Orobanchaceae agus Chenopodiaceae iontaofacht ár hipitéis (Fíor 2A agus Tábla S13). Léirigh anailís caillteanas géine go raibh na tras-scríbhinní do go leor géinte a bhaineann le orthogroups agus fótaisintéis as láthair iC. fásach(Fíoracha 2B agus 2C, Tábla S14, Sonraí S2 agus S3). Thairis sin, an anailís léaráid Venn idirC. fásachagus léirigh trí ghléasra seadánacha seicheamhaithe eile freisin go raibh 53.84 faoin gcéad (926/1,720) de na horthghrúpaí ar iarraidh iC. fásachbhí siad as láthair freisin i dtrí ghléasra seadánacha eile, eadhon 50.81 faoin gcéad (755/1486), 48.09 faoin gcéad (377/784) agus 50.00 faoin gcéad (260/520) iC. astráil, Striga ÁiseagusPhtheirospermum japonicumfaoi ​​seach (Fíor S2). Ní hamháin gur léirigh na torthaí seo airí seadánacha an speicis seo ach chomh maith le hiontaofacht an chomhthionóil unigene ónár n-anailísí, agus thacaigh siad freisin lenár hipitéis maidir le speicis choibhneasta plandaí a úsáid chun bunús an tseichimh a dhearbhú. Dá bhrí sin, scartha na haonáin aistrithe iarrthóra ó na hanailísí thuas le dé BLASTN (luach E=1e⁻¹⁰) in aghaidh bailiúchán de thacair shonraí seichimh atá ar fáil go poiblí ó Orobanchaceae (trascríobh deTriphysaria versicolor, Striga hermonthica agus Phelipanche aegyptiaca; Seichimh EST agus mRNA ó NCBI) agus Chenopodiaceae (trascríobh den chéad ghlúin eile agus fad iomlán deH. ammodendron; Seichimh EST agus mRNA ón NCBI) (Fíor 1B agus Tábla S12). Mar thoradh air sin, deimhníodh gur tháinig 7,496 aonarán ón seadánC. fásach, arb ionann é agus 9.66 faoin gcéad (7,496/77,615) agus 13.70 faoin gcéad (7,496/54,721) de na haonaráin i samplaí HC ceann scríbe agus foinse CD, faoi seach; agus sannadh 2,370 uniene mar óstachH. ammodendron, arb ionann é agus 3.38 faoin gcéad (2,370/70,119) agus 4.15 faoin gcéad (2,370/57,091) de na haonaráin i samplaí foinse HC agus CD ceann scríbe, faoi seach (Fíoracha 2D agus 2E, Táblaí S7, S12, agus S15). Bhí na 2,931 unigéiní coitianta ró-homalógach le sannadh don orgánach foinseach. Thug na torthaí seo le fios go bhféadfadh beagnach deich míle (7,496 móide 2,370 = 9,866) ainéiséin aistriú idir fréamhphlanda seadánachaC. fásachagus óstach plandaí adhmadachH. ammodendron. Paraisítí i bhfad níos mó (7,496/2,370 = 3.16-folds) RNAanna soghluaisteC. fásachtionscnaimh ná an óstaighH. ammodendrontionscnaimh, a thaispeánann an claonadh aistrithe mRNA i dtreo seadán → óstach.

Fíor 2. Anailís ar chaillteanas géine agus deimhniú breise ar RNAanna soghluaiste trí ailíniú iolrach

(A) Phylogeny de ghéanóim plandaí bláthanna. Baineadh úsáid as OrthoFinder chun anailís a dhéanamh ar éabhlóid gach seicheamh próitéine de 37 speiceas, agus chun an grúpa orthogonal a aimsiú lena n-áirítear géinte homalógacha díreacha agus géinte homalógacha comhthaobhachta i measc speiceas.

(B) Céatadán ortaghrúpaí caillte. Líon na scriosadh orthogroup i bplandaí leath-seadánacha agus plandaí seadánacha iomlán.

(C) Céatadán na n-aonaráin caillte. Léiríodh an cion de ghéinte a bhaineann le fótaisintéis agus meitibileacht.

(D) Léaráidí Venn a thaispeánann tacair choitianta agus dhifriúla tras-scríbhinní idir samplaí CD agus HC ar ailíniú iolrach. CD{0}}tras, CD→HC RNAanna soghluaiste. HC_tras, HC→CD RNAanna soghluaiste.

(E) Taispeánann píchairteacha na comhréireanna de léann soghluaiste mapáilte go tras-scríbhinní CD (ciorcal seachtrach) agus HC (ciorcal istigh).