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Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 867 (2023) Cita questo articolo 350 Accessi 3 Dettagli metriche altmetriche Rabarbaro è il nome collettivo di varie piante perenni del genere Rheum

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 867 (2023) Citare questo articolo

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Rabarbaro è il nome collettivo di diverse piante perenni del genere Rheum L. e della famiglia delle Poligonacee. Sono una delle erbe più antiche, comunemente usate e importanti nella medicina tradizionale cinese. Il rabarbaro è una delle principali fonti di antrachinoni, ma il modo in cui vengono sintetizzati rimane in gran parte sconosciuto. Qui, generiamo un assemblaggio della sequenza del genoma di un importante rabarbaro medicinale R. tanguticum a livello cromosomico, con 2,76 Gb assemblati in 11 cromosomi. Il genoma è modellato da due recenti eventi di duplicazione dell'intero genoma e da recenti esplosioni di retrotrasposoni. Le analisi metaboliche mostrano che i principali antrachinoni sono sintetizzati principalmente nelle sue radici. L'analisi trascrittomica rivela un modulo di coespressione con un'elevata correlazione con la biosintesi dell'antrachinone che include geni chiave della calcone sintasi. Un gene CHS, quattro CYP450 e due BGL coinvolti nel metabolismo secondario mostrano livelli di espressione significativamente sovraregolati nelle radici rispetto ad altri tessuti e raggruppati nel modulo di coespressione, il che implica che potrebbero anche agire come geni candidati per la biosintesi dell'antrachinone. Questo studio fornisce preziose informazioni sulle basi genetiche della biosintesi dell’antrachinone che faciliteranno il miglioramento delle pratiche di selezione e delle proprietà agronomiche del rabarbaro in futuro.

Il rabarbaro è un'erba antica e importante con radici spesse, steli cavi ed eretti e piccoli fiori bianco-verdi o rosso porpora raggruppati lungo i rami1. Il nome Rabarbaro comprende circa 60 specie di piante del genere Rheum L. della famiglia delle Poligonacee2. Il rabarbaro è stato utilizzato principalmente per scopi medicinali in Asia, anche se diversi rabarbari commestibili vengono utilizzati in Europa e nel Medio Oriente. Di cui, il gambo di R. rhabarbarum è comunemente usato per preparare la torta al rabarbaro, che è un dolce tradizionale negli Stati Uniti, ed è popolare anche in Medio Oriente e in Canada. Inoltre, le radici e il rizoma di R. tanguticum Maxim. e altre due specie (R. officinale Baill. e R. palmatum L.) sono state ufficialmente adottate sia nella farmacopea cinese che in quella coreana utilizzando il nome comune del farmaco “Da huang” a causa della sua attività lassativa3. Tra i tre rabarbari medicinali, R. tanguticum Maxim. (Fig. 1a) possiede un'eccellente tolleranza agli ambienti alpini. Allo stato selvatico, R. tanticicum Maxim. è distribuito principalmente sull'altopiano del Qinghai-Tibet ed è adiacente ai margini delle foreste (valli o prati arbustivi), con altitudini che vanno da 2300 a 4200 m4. È un'importante pianta medicinale nella Cina nordoccidentale (Gansu, Qinghai e Tibet) che è benefica per le economie locali.

un Habitat di R. tanticicum. b Panoramica del genoma di R. tanticicum. Tracce diverse (che si muovono verso l'interno) denotano (I) cromosomi; (II) densità di elementi zingari in finestre scorrevoli da 500 kb (minimo–massimo, 0–1,0); (III) densità degli elementi Copia in finestre scorrevoli da 500 kb (minimo–massimo, 0–1,0); (IV) contenuto GC in finestre scorrevoli da 500 kb (minimo-massimo, 0-0,5); (V) densità di ripetizione in finestre scorrevoli da 500 kb (minimo-massimo, 0-1,0); (VI) densità genetica in finestre scorrevoli da 500 kb (minimo-massimo, 0-50); (VII) densità di RNA non codificante in finestre scorrevoli da 500 kb (minimo-massimo, 0-30); (VIII) identificarono i blocchi sintetici.

I moderni studi sul rabarbaro ne hanno identificato in modo più scientifico e rigoroso i costituenti chimici5,6, le attività farmacologiche7,8 e i meccanismi funzionali2,9. Approfondite indagini fotochimiche hanno portato all'isolamento e all'identificazione di oltre 120 composti dalle radici e dalle foglie del rabarbaro, che forniscono prove chimiche dei suoi effetti farmacologici10. I principali composti biologicamente attivi presenti nel rabarbaro sono una varietà di composti fenolici, tra cui antrachinoni, antroni, stilbeni, flavonoidi, diantroni, tannini, polifenoli e cromoni2,11. Sebbene il rabarbaro sia una delle principali fonti di antrachinoni, gli effetti farmacologici più abbondanti nel rabarbaro sono il risultato dell'azione congiunta di diversi antrachinoni2. Gli antrachinoni sono i componenti attivi di molte piante medicinali tradizionali note da tempo per i loro effetti lassativi2,12. Ad esempio, in uno studio clinico randomizzato, in doppio cieco, controllato con placebo condotto da Neyrinck et al.13, hanno riferito che l'integrazione di estratti grezzi ricchi di antrachinone promuove i batteri produttori di butirrato e gli acidi grassi a catena corta, che è un efficace lassativo per il trattamento della stitichezza cronica. Hanno inoltre dimostrato che l’integrazione orale quotidiana di estratto di rabarbaro per 30 giorni era sicura anche a dosi più elevate (25 mg al giorno, calcolati come reina). Un altro studio clinico randomizzato, in doppio cieco, controllato con placebo ha rilevato che le capsule di antrachinoni erano usate come medicinale sicuro ed efficace e hanno mostrato effetti evidenti sull'ittero in 80 pazienti affetti da itteroepatite14. Inoltre, i derivati ​​antrachinonici del rabarbaro: emodin15, aloe-emodin16, rhein17, physcion18 e crisofanolo19 sono importanti componenti biologicamente attivi che hanno dimostrato in modo convincente la loro capacità di esibire attività epatoprotettive, nefroprotettive, antinfiammatorie, antiossidanti, antitumorali e antimicrobiche, che fornire supporto alla logica alla base di molti dei suoi potenziali usi medicinali. Tuttavia, è necessaria una maggiore esplorazione dei suoi meccanismi, della biodisponibilità e della sicurezza. Inoltre, l’attuale uso clinico e commerciale degli antrachinoni ha anche creato una domanda urgente per la loro biosintesi, invece dell’estrazione naturale dalle piante.

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>