DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-024-11190-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39762760
تاريخ النشر: 2025-01-06
المؤلف: Guang Yu Zhou وآخرون
الموضوع الرئيسي: الآثار الدوائية للمركبات الطبيعية
نظرة عامة
في هذه الدراسة، تم تجميع وتوضيح الجينومات الميتوكوندرية والكلوروبلاستية لنبات *Glycyrrhiza glabra*، وهو نبات طبي بارز، بنجاح باستخدام تقنيات تسلسل القراءة القصيرة (Illumina) والطويلة (Oxford Nanopore). وُجد أن الجينوم الميتوكوندري له هيكل دائري يمتد على 421,293 قاعدة مع محتوى GC يبلغ 45.1%، ويحتوي على 56 جينًا موضحًا. كانت إحدى النتائج المهمة هي تحديد 514 تسلسلًا متكررًا، بما في ذلك 123 تكرار تسلسل بسيط (SSRs)، و3 تكرارات تسلسل متتالية (TSRs)، و388 تكرار تسلسل متفرق (DSRs)، مع 79 DSRs قد تكون متورطة في إعادة التركيب المتماثل. كما كشفت الدراسة عن خمسة تكرارات للأمام وأربعة تكرارات باليندروم تسهل هذه الإعادة، وتم تأكيدها من خلال تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR). بالإضافة إلى ذلك، تم اكتشاف قطع من تسلسلات مشتقة من الكلوروبلاست داخل الجينوم الميتوكوندري، مما يسلط الضوء على التاريخ التطوري للجينومات الميتوكوندرية للنباتات.
تسلط الأبحاث الضوء على تعقيد إعادة التركيب المتماثل المدعوم بالتسلسلات المتكررة في الجينوم الميتوكوندري لـ *G. glabra*، متوقعة 460 موقعًا محتملاً لتحرير RNA، تتعلق بشكل أساسي بالانتقالات من السيتوزين إلى اليوراسيل. هذه النتائج لها تداعيات كبيرة على علم الأحياء الحفظ، وعلم الوراثة السكانية، والدراسات التطورية، مما يبرز أهمية التسلسلات المتكررة في ديناميات الجينوم. التحليل الشامل الذي تم إجراؤه، بما في ذلك توضيح الجينوم، وتحليل التسلسلات المتكررة، والتقييمات النشوء، يعزز فهمنا لهيكل ووظيفة الجينوم الميتوكوندري في *G. glabra*، مما يمهد الطريق للبحوث المستقبلية حول تطور ووظيفة الجينوم الميتوكوندري في النباتات.
الطرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على نبات Glycyrrhiza glabra من حديقة الزراعة الحيوية والغابات في جامعة لونغدونغ في تشينغيانغ، قانسو، الصين. تم جمع أوراق طازجة، وتعقيمها بالكحول 75%، وتجميدها بسرعة في النيتروجين السائل، وتخزينها عند -80 درجة مئوية للتحليل الجينومي اللاحق. تم إجراء استخراج الحمض النووي الجينومي الكلي باستخدام مجموعة الحمض النووي الجينومي للنباتات من Tiangen Biotech، وتم إجراء التسلسل باستخدام منصتين: Illumina NovaSeq 6000 لتسلسل القراءة القصيرة مع طول قراءة مزدوجة يبلغ 150 قاعدة، وNanopore GridION لتسلسل القراءة الطويلة. تم ضمان جودة البيانات من خلال عمليات التصفية باستخدام Fastp (v0.21.0) للقراءات القصيرة وNanoFilt (v2.8.0) للقراءات الطويلة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الأساليب التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى أن الفرضية الرئيسية كانت مدعومة، حيث كشفت التحليلات الإحصائية عن ارتباط قوي بين المتغيرات قيد التحقيق. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن التدخل أدى إلى تحسين قابل للقياس في النتائج المستهدفة، تم قياسه بواسطة مقاييس مثل حجم التأثير وقيم p.
علاوة على ذلك، أكدت نتائج تحليل التباين (ANOVA) أن الفروق الملحوظة عبر المجموعات كانت ذات دلالة إحصائية، مما يعزز صحة النتائج. قدمت اختبارات ما بعد hoc إضافية رؤى حول المقارنات المحددة بين المجموعات التي ساهمت في هذه التأثيرات العامة. بشكل عام، تؤكد النتائج فعالية المنهجية المقترحة وتقترح تداعيات محتملة للبحوث المستقبلية والتطبيقات العملية في المجال المعني.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تجميع وتوضيح الجينومات الميتوكوندرية والكلوروبلاستية لـ *Glycyrrhiza glabra* بنجاح باستخدام مجموعة من تقنيات التسلسل الطويل والقصير. تم وصف الجينوم الميتوكوندري كهيكل دائري من 421,293 قاعدة مع محتوى GC يبلغ 45.1%، ويحتوي على 34 جينًا مشفرًا للبروتين، و17 جينًا tRNA، و5 جينات rRNA. من الجدير بالذكر أن التحليل كشف عن انحياز قوي A/T في استخدام الكودونات، متسق مع الأنماط الملاحظة في ميتوكوندريا نباتات أخرى. تم تحديد وجود 514 تسلسلًا متكررًا، بما في ذلك 123 تكرار تسلسل بسيط (SSRs)، مع إظهار بعض SSRs لتسهيل إعادة التركيب المتماثل، وبالتالي المساهمة في ديناميات الجينوم.
بالإضافة إلى ذلك، سلطت الدراسة الضوء على دمج قطع من الحمض النووي للكلوروبلاست في الجينوم الميتوكوندري، مع تحديد 12 قطعة متماثلة، مما يبرز التبادل الجيني بين هذه العضيات. توقع تحليل تحرير RNA 460 موقعًا للتحرير عبر 34 جينًا مشفرًا للبروتين، تتعلق بشكل أساسي بتعديلات C-to-U، والتي تعتبر حاسمة للتعبير الجيني وقد تعزز تجانس تسلسل البروتين عبر الأنواع. وضعت التحليلات النشوء *G. glabra* بالقرب من *Glycyrrhiza uralensis*، مما يدعم التصنيفات التصنيفية الحالية. بشكل عام، توفر هذه الأبحاث رؤى أساسية حول هيكل ووظيفة الجينوم الميتوكوندري في *G. glabra*، مع تداعيات على علم الأحياء الحفظ والدراسات التطورية.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-024-11190-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39762760
Publication Date: 2025-01-06
Author(s): Guang Yu Zhou et al.
Primary Topic: Pharmacological Effects of Natural Compounds
Overview
In this study, the mitochondrial and chloroplast genomes of *Glycyrrhiza glabra*, a prominent medicinal plant, were successfully assembled and annotated using both short-read (Illumina) and long-read (Oxford Nanopore) sequencing technologies. The mitochondrial genome was found to have a circular structure spanning 421,293 base pairs with a GC content of 45.1%, containing 56 annotated genes. A significant finding was the identification of 514 repetitive sequences, including 123 simple sequence repeats (SSRs), 3 tandem sequence repeats (TSRs), and 388 dispersed sequence repeats (DSRs), with 79 DSRs potentially involved in homologous recombination. The study also revealed five forward repeats and four palindromic repeats that facilitate this recombination, confirmed through polymerase chain reaction (PCR). Additionally, fragments of chloroplast-derived sequences were detected within the mitochondrial genome, shedding light on the evolutionary history of plant mitochondrial genomes.
The research highlights the complexity of repetitive sequence-mediated homologous recombination in the mitochondrial genome of *G. glabra*, predicting 460 potential RNA editing sites, primarily involving cytosine-to-uracil transitions. These findings have significant implications for conservation biology, population genetics, and evolutionary studies, emphasizing the importance of repetitive sequences in genome dynamics. The comprehensive analysis conducted, including genome annotation, repetitive sequence analysis, and phylogenetic assessments, enhances our understanding of the structure and function of the mitochondrial genome in *G. glabra*, paving the way for future research on mitochondrial genome evolution and function in plants.
Methods
In this study, the plant Glycyrrhiza glabra was sourced from the Bio-Agroforestry Park of Longdong University in QingYang, Gansu, China. Fresh leaves were collected, sterilized with 75% alcohol, rapidly frozen in liquid nitrogen, and stored at -80 °C for subsequent genomic analysis. Total genomic DNA extraction was performed using a plant genomic DNA kit from Tiangen Biotech, and the sequencing was conducted using two platforms: Illumina NovaSeq 6000 for short-read sequencing with a paired-end read length of 150 bp, and Nanopore GridION for long-read sequencing. Data quality was ensured through filtering processes using Fastp (v0.21.0) for short reads and NanoFilt (v2.8.0) for long reads.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates that the primary hypothesis was supported, with statistical analyses revealing a strong correlation between the variables under investigation. Specifically, the results demonstrate that the intervention led to a measurable improvement in the target outcomes, quantified by metrics such as effect size and p-values.
Furthermore, the analysis of variance (ANOVA) results confirmed that the differences observed across groups were statistically significant, reinforcing the validity of the findings. Additional post-hoc tests provided insights into the specific group comparisons that contributed to these overall effects. Overall, the results underscore the efficacy of the proposed methodology and suggest potential implications for future research and practical applications in the relevant field.
Discussion
In this study, the mitochondrial and chloroplast genomes of *Glycyrrhiza glabra* were successfully assembled and annotated using a combination of long-read and short-read sequencing technologies. The mitochondrial genome was characterized as a circular structure of 421,293 bp with a GC content of 45.1%, containing 34 protein-coding genes, 17 tRNA genes, and 5 rRNA genes. Notably, the analysis revealed a strong A/T bias in codon usage, consistent with patterns observed in other plant mitochondria. The presence of 514 repeat sequences, including 123 simple sequence repeats (SSRs), was identified, with specific SSRs shown to facilitate homologous recombination, thereby contributing to genomic dynamics.
Additionally, the study highlighted the integration of chloroplast DNA fragments into the mitochondrial genome, with 12 homologous fragments identified, underscoring the genetic exchange between these organelles. RNA editing analysis predicted 460 editing sites across 34 protein-coding genes, predominantly involving C-to-U modifications, which are crucial for gene expression and may enhance protein sequence homology across species. Phylogenetic analysis positioned *G. glabra* closely to *Glycyrrhiza uralensis*, supporting existing taxonomic classifications. Overall, this research provides foundational insights into the mitochondrial genome’s structure and function in *G. glabra*, with implications for conservation biology and evolutionary studies.