Differences in gene expression and endophytic bacterial diversity in Atractylodes macrocephala Koidz. rhizomes from different growth years.

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From: Canadian Journal of Microbiology(Vol. 68, Issue 5)
Publisher: NRC Research Press
Document Type: Report
Length: 8,409 words
Lexile Measure: 1380L

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Abstract :

Atractylodes macrocephala Koidz. (AMK) is widely used in traditional Chinese medicine owing to its pharmacological activity. Here, we aimed to characterize the differentially expressed genes (DEGs) of one- and three-year growth (OYG and TYG) rhizomes of AMK, combined with endophytic bacterial diversity analysis using high-throughput RNA sequencing. A total of 114 572 unigenes were annotated using six public databases. In all, 3570 DEGs revealed a clear difference, of which 936 and 2634 genes were upregulated and downregulated, respectively. The results of KEGG pathway analysis indicated that DEGs corresponding to terpenoid synthesis gene were downregulated in TYG rhizomes. In addition, 414 424 sequences corresponding to the 16S rRNA gene were divided into 1267 operational taxonomic units (OTUs). Moreover, the diversity of endophytic bacteria changed with species in the OYG (773) and TYG (1201) rhizomes at the OTU level, and Proteobacteria, Actinobacteria, and Bacteroidetes were the dominant phyla. A comparison of species differences among different growth years revealed that some species were significantly different, such as Actinomycetes, Variovorax, and Cloacibacterium. Interestingly, the decrease in the function-related metabolism of terpenoids and polyketides was correlated with the low expression of terpene synthesis genes in TYG rhizomes, as assessed using PICRUSt2. These data provide a scientific basis for elucidating the mechanisms underlying metabolite accumulation and endophytic bacterial diversity in relation to the growth years in AMK. Key words: endophytic bacteria, expressed gene, Atractylodes macrocephala Koidz., terpenoid synthase. Atractylodes macrocephala Koidz. (AMK) est largement utilise en raison de son activite pharmacologique dans la medecine traditionnelle chinoise. Ici, les auteurs ont cherche a caracteriser les genes exprimes de maniere differentielle (GED) dans des rhizomes d'AMK cultives pendant un an et trois ans, en combinaison avec une analyse de la diversite des bacteries endophytes, en utilisant le sequencage d'ARN a haut debit. Un total de 114 572 unigenes ont ete annotes dans six bases de donnees publiques. En tout, 3570 GED montaient une difference d'expression claire, dont 936 et 2634 genes qui etaient respectivement regules a la hausse et a la baisse. Les resultats de l'analyse des voies de la base de donnees KEGG ont indique que les GED correspondant aux genes de synthese des terpenoides etaient regules a la baisse dans les rhizomes de trois ans. Par ailleurs, 414424 sequences correspondant aux genes de l'ARNr 16S ont ete divisees en 1267 unites taxonomiques operationnelles (UTO). De plus, la diversite des bacteries endophytes changeait avec les especes dans les rhizomes d'un an (773) et trois ans (1201) en ce qui concerne les OTU, et les Proteobacteria, Actinobacteria, et Bacteroidetes constituaient les phylums dominants. La comparaison des differences en especes entre les differents ages de croissance a revele que certaines especes etaient significativement differentes, comme les Actinomycetes, Variovorax, Cloacibacterium, etc. Il est interessant de noter que la diminution du metabolisme lie a la fonction des terpenoides et des polyketides est correlee a la faible expression des genes de synthese des terpenes dans les rhizomes de trois ans evalues a l'aide de PICRUSt2. Ces donnees fournissent une base scientifique pour elucider les mecanismes sous-jacents a l'accumulation des metabolites et a la diversite des bacteries endophytes en relation avec les ages de croissance chez AMK. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : bacteries endophytes, gene exprime, Atractylodes macrocephala Koidz., terpenoide synthase.

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Gale Document Number: GALE|A703478111