Un chromosome

Biologie des communications volume 6, Numéro d'article : 867 (2023) Citer cet article

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La rhubarbe est le nom collectif de diverses plantes vivaces du genre Rheum L. et de la famille des Polygonacées. C’est l’une des herbes les plus anciennes, les plus couramment utilisées et les plus importantes de la médecine traditionnelle chinoise. La rhubarbe est une source majeure d’anthraquinones, mais la manière dont elles sont synthétisées reste largement inconnue. Ici, nous générons un assemblage de séquences génomiques d’une importante rhubarbe médicinale R. tanguticum au niveau des chromosomes, avec 2,76 Gb assemblés en 11 chromosomes. Le génome est façonné par deux événements récents de duplication du génome entier et par de récentes explosions de rétrotransposons. Les analyses métaboliques montrent que les principales anthraquinones sont principalement synthétisées dans ses racines. L'analyse transcriptomique révèle un module de co-expression avec une forte corrélation avec la biosynthèse de l'anthraquinone qui comprend des gènes clés de la chalcone synthase. Un gène CHS, quatre CYP450 et deux BGL impliqués dans le métabolisme secondaire présentent des niveaux d'expression significativement régulés positivement dans les racines par rapport à d'autres tissus et regroupés dans le module de co-expression, ce qui implique qu'ils peuvent également agir comme gènes candidats pour la biosynthèse de l'anthraquinone. Cette étude fournit des informations précieuses sur les bases génétiques de la biosynthèse de l'anthraquinone qui faciliteront l'amélioration des pratiques de sélection et des propriétés agronomiques de la rhubarbe à l'avenir.

La rhubarbe est une herbe ancienne et importante avec des racines épaisses, des tiges creuses et dressées et de petites fleurs blanc-vert ou rouge-violet regroupées le long de ses branches1. Le nom Rhubarbe englobe environ 60 espèces de plantes du genre Rheum L. de la famille des Polygonacées2. La rhubarbe est principalement utilisée à des fins médicinales en Asie, bien que plusieurs rhubarbes comestibles soient utilisées en Europe et au Moyen-Orient. La tige de R. rhabarbarum est couramment utilisée pour préparer la tarte à la rhubarbe, un dessert traditionnel aux États-Unis et également populaire au Moyen-Orient et au Canada. De plus, les racines et le rhizome de R. tanguticum Maxim. et deux autres espèces (R. officinale Baill. et R. palmatum L.) ont été officiellement adoptées dans la Pharmacopée chinoise et la Pharmacopée coréenne sous le nom commun de médicament « Da huang » en raison de son activité laxative3. Parmi les trois rhubarbes médicinales, R. tanguticum Maxim. (Fig. 1a) possède une excellente tolérance aux environnements alpins. A l'état sauvage, R. tangisticum Maxim. est réparti principalement sur le plateau Qinghai-Tibet et jouxte les lisières de forêts (vallées ou prairies arbustives), avec des altitudes allant de 2 300 à 4 200 m4. Il s’agit d’une plante médicinale importante dans le nord-ouest de la Chine (Gansu, Qinghai et Tibet) qui profite aux économies locales.

un Habitat de R. tangisticum. b Aperçu du génome de R. tangisticum. Différentes pistes (se déplaçant vers l'intérieur) désignent les chromosomes (I) ; (II) densité d'éléments Gypsy dans des fenêtres coulissantes de 500 Ko (minimum-maximum, 0-1,0) ; (III) densité des éléments Copia dans des fenêtres coulissantes de 500 Ko (minimum-maximum, 0-1,0) ; (IV) Contenu GC dans des fenêtres coulissantes de 500 Ko (minimum-maximum, 0-0,5) ; (V) densité de répétition dans des fenêtres coulissantes de 500 Ko (minimum-maximum, 0-1,0) ; (VI) densité génétique dans des fenêtres coulissantes de 500 Ko (minimum-maximum, 0-50) ; (VII) densité d'ARN non codant dans des fenêtres glissantes de 500 Ko (minimum-maximum, 0-30) ; (VIII) a identifié des blocs synténiques.

Les études modernes sur la rhubarbe ont identifié ses constituants chimiques5,6, ses activités pharmacologiques7,8 et ses mécanismes fonctionnels2,9 de manière plus scientifique et rigoureuse. Des recherches approfondies en photochimie ont conduit à l'isolement et à l'identification de plus de 120 composés issus des racines et des feuilles de rhubarbe, qui fournissent des preuves chimiques de ses effets pharmacologiques10. Les principaux composés biologiquement actifs de la rhubarbe sont une variété de composés phénoliques, notamment les anthraquinones, les anthrones, les stilbènes, les flavonoïdes, les dianthrones, les tanins, les polyphénols et les chromones2,11. Si la rhubarbe est une source majeure d’anthraquinones, les effets pharmacologiques les plus abondants de la rhubarbe résultent de l’action conjointe de plusieurs anthraquinones2. Les anthraquinones sont les composants actifs de nombreuses plantes médicinales traditionnelles connues depuis longtemps pour leurs effets laxatifs2,12. Par exemple, dans un essai clinique randomisé, en double aveugle et contrôlé par placebo mené par Neyrinck et al.13, ils ont rapporté qu'une supplémentation en extrait brut riche en anthraquinone favorise les bactéries productrices de butyrate et d'acide gras à chaîne courte, qui est un laxatif efficace. pour le traitement de la constipation chronique. Ils ont également démontré qu’une supplémentation orale quotidienne en extrait de rhubarbe pendant 30 jours était sans danger, même à des doses plus élevées (25 mg par jour, calculés en rhéine). Un autre essai clinique randomisé, en double aveugle et contrôlé par placebo, a révélé que les gélules d'anthraquinones étaient utilisées comme un médicament sûr et efficace et ont montré des effets évidents sur la jaunisse chez 80 patients atteints d'ictérohépatite14. De plus, les dérivés anthraquinoniques de la rhubarbe : l'émodine15, l'aloe-émodine16, la rhéine17, le physcion18 et le chrysophanol19 sont des composants biologiquement actifs majeurs qui ont démontré de manière convaincante leurs capacités à présenter des activités hépatoprotectrices, néphroprotectrices, anti-inflammatoires, antioxydantes, anticancéreuses et antimicrobiennes, ce qui étayer la justification de plusieurs de ses utilisations médicinales potentielles. Cependant, des recherches plus approfondies sont nécessaires sur ses mécanismes, sa biodisponibilité et sa sécurité. En outre, l’utilisation clinique et commerciale actuelle des anthraquinones a également créé une demande urgente pour leur biosynthèse, au lieu de leur extraction naturelle par les plantes.

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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