Funkcia chemickej diverzity cistanche a predpoveď potenciálnych oblastí pestovania bylín cistanche

Prosím kontaktujteoscar.xiao@wecistanche.compre viac

Od r72. Svetovom zdravotníckom zhromaždení bola tradičná medicína zaradená do Medzinárodnej klasifikácie chorôb (11. verzia), ktorá pochádza najmä z tradičnej čínskej medicíny a je široko akceptovaná aj v krajinách juhovýchodnej Ázie, ako je Japonsko, Kórea a India. Konferencia naznačila, že tradičná medicína zohráva dôležitú úlohu v regulácii zdravia. Liečivé byliny sú materiálnou základňou tradičnej medicíny popri akupunktúre a manipulácii. Presné používanie a kombinácia rôznych bylín určujú konečnú účinnosť tradičnej medicíny1–3. Okrem toho obsah a typ aktívnych zložiek v bylinkách kolíše s ich botanickým pôvodom a rastovým prostredím. Preto sú pre klinickú účinnosť a bezpečnosť životne dôležité správny botanický pôvod a vhodné rastové prostredie. Rastliny cistanche sa používajú ako vzácne tonikum a jedlé bylinky pre starostlivosť o mužov v Číne, Japonsku a niektorých krajinách juhovýchodnej Ázie4,5. Štyri druhy tohto rodu sú známe pre svoju potenciálnu liečivú hodnotu v Číne, a to C. deserticola, C.tubulosa, C. salsa a C. Sinensis. Sukulentné stonky prvých dvoch druhov sú zaznamenané v Čínskom liekopise (vydanie z roku 2015) s názvom Cistanches Herba. Tieto druhy sú prospešné pre obličky a črevný trakt. Ďalšie dva druhy sa konzumujú na niektorých miestach alebo sa používajú ako falzifikáty Cistanches Herba. C. salsa bola zaznamenaná v miestnych bylinných štandardoch v provinciách Gansu (vydanie 1992) a Xinjiang (vydanie 1987). C. Sinensis je v Číne jedinečný druh. Moderné chemické a farmakologické štúdie ukázali, že chemické zložky z týchto bylín majú viacero účinkov, ako je zlepšenie funkcie mozgu, afrodiziakálne účinky a účinky na posilnenie imunity6. Publikované štúdie poukazujú na obsah a typový rozdiel chemických zložiek medzi rôznymi rastlinami Cistanche, v ktorých medziprodukty betaínu, Krebsovho cyklu,fenyletanoidové glykozidya iridoidy boli považované za štyri chemické markery zodpovedné za diskriminačnú analýzu medzi C. deserticola a C. tubulosa7,8. Podrobná štúdia ukázala, že izoméry kamneozidu II,cistanozidC a cistanozid A boli tri potenciálne 1 Ústav vývoja liečivých rastlín, Čínska akadémia lekárskych vied, Peking Union Medical College, Centrum inžinierskeho výskumu zdrojov čínskej medicíny, Ministerstvo školstva, Kľúčové výskumné laboratórium ochrany zdrojov tradičnej čínskej medicíny, Správa Tradičná čínska medicína, Národná správa tradičnej čínskej medicíny, Peking, 100193, Čína. 2 College of Science, Sichuan Agricultural University, Ya'an, 625000, Čína. 3 College Pharmacy, Univerzita tradičnej čínskej medicíny Chengdu, Chengdu, 611137, Čína. *E-mail: peixjin@163.com; lfuang@implad.ac.cn

chemické markery na rozlíšenie dvoch vyššie uvedených druhov 9. Ďalší výskum ukázal, že osemfenyletanoidglykozidy by sa mohli vybrať ako chemické markery na rozlíšenie druhov Cistanche, ktoré zahŕňajú hlavne C. deserticola, C. tubulosa a C. sinensis10. Okrem toho sa obsah chemických zložiek líši v závislosti od zemepisného pôvodu. Zhou a jeho spoluautori uviedli, že celkový obsah siedmich indexových zložiek (kazín A, echinakozid,izoakteozid, 2'-aktylakteozid, kastanosid C a stolová strana B) C. tubulosa z juhu Sin-ťiangu boli približne šesťkrát vyššie ako Kuitun a Hami v Číne11. Medzi tieto chemické zložky patríacetonida echinakozid sa považujú za indexové zložky na kontrolu kvalitybylinková medicína. Uvádza sa, že tieto dve zložky zlepšujú funkciu mozgu a acetonid prispieva najmä k afrodiziakálnemu účinku6. Modely distribúcie druhov (SDM) sú štatistické modely vytvorené s existujúcimi environmentálnymi premennými na odvodenie ekologických požiadaviek druhov. Takéto modely môžu mapovať potenciálne distribúcie cieľových druhov na základe pozorovaných distribučných údajov12. Doteraz boli SDM úspešne aplikované na predikciu tendencie distribúcie ohrozených a ekologických rastlín počas klimatických zmien13,14. Medzi týmito modelmi sa model MaxEnt bežne používa ako jednoduchý prostriedok na predpovedanie distribúcie vhodnosti biotopov s údajmi iba o prítomnosti a funguje dobre s neúplnými údajmi, malými veľkosťami vzoriek a medzerami14. V kombinácii s niektorým softvérom (napríklad ArcGIS) môže výskum extrahovať environmentálne a klimatické premenné miest odberu vzoriek. Okrem toho možno potenciálne vhodné miesto rozdeliť do troch alebo štyroch úrovní15–17. Žiadna štúdia však neuviedla kombinované stratégie, ktoré zahŕňajú potenciálne vhodné miesta po rozdelení a obsah chemických zložiek na kontrolu kvality bylinnej medicíny. V tejto štúdii sa zhromaždili štyri ohrozené rastliny Cistanche na hodnotenie kvality pomocou vysokoúčinnej kvapalinovej chromatografie (HPLC) a sedem chemických zložiek sa použilo ako indexy. Okrem toho sa model MaxEnt vybavený 26 environmentálnymi premennými použil na predpovedanie potenciálne vhodných oblastí na skúmanie optimálnych druhov na ďalšie použitie. Nakoniec bola kombinácia obsahov indexových komponentov a vhodných oblastí systematicky analyzovaná pre lepší rozvoj a využitie týchto ohrozených rastlín Cistanche v Číne a iných krajinách.

Ak chcete vedieť viac, kliknite sem

Výsledky v chromatografických analýzach.

Obsahy siedmich chemických zložiek sa vypočítali na základe ich kalibračných kriviek. Týchto sedem rovníc kalibračných kriviek bolo Y{{0}}.54{{10}}0X plus 0.1616 (2′-acetyllakteozid , R=0,9992), Y=18,5640X plus 0,3724 (akteozid, R=0,9821), Y {{14 }}.6350X plus 0.0090 (izoakteozid, R=0.9999), Y=12.7460X plus 0,0103 (tubulozid A, R=0,9999), Y=10,638X plus 0,1615 (cistanozid A, R=0,9997), Y=21,533X−0,0006 ( cistanozid F, R=1) a Y=13.0740X plus 1.1381 (echinakozid, R=0.9821); koncentrácia (X) je horizontálna os a plocha píku (Y) je vertikálna os. R je korelačný koeficient a označuje vynikajúcu lineárnu koreláciu medzi týmito kalibračnými krivkami. Experiment s presnosťou (šesť sekvenčných injekcií rovnakých extraktov vzoriek) ukázal, že presnosť bola dobrá a relatívna štandardná odchýlka (RSD) plochy piku bola medzi 0,3 percenta a 0,8 percenta. Podobne opakovateľnosť (šesť po sebe idúcich injekcií tých istých extraktív zo vzorky) a testy stability (šesť injekcií tých istých extraktív zo vzorky po 0, 2, 4, 8, 12 a 24 hodinách) poskytli RSD 0,56–1,46 percenta a 1,06–3,60 percent, resp. Ďalšie obsahové analýzy siedmich zložiek indexu boli zobrazené v zoskupených horizontálnych rámčekoch obsahujúcich výsledky vizuálneho porovnania a významné rozdiely napísané malými písmenami. Výsledky testu obnovy siedmich zložiek sa pohybovali od 99,25 percenta do 104,10 percenta s RSD medzi 0,69 percenta a 3,45 percenta. Preto bola metóda presná. Obsah siedmich zložiek indexu v štyroch druhoch a zemepisný pôvod toho istého druhu sú zobrazené v zoskupených horizontálnych rámčekoch. Obsah niektorých chemických zložiek bol pod detekčným limitom. Len časť figúrok teda obsahovala štyri druhy Cistanche. Chemická zložka 2'-acetylakteozid bola detegovaná iba v C. deserticola, zatiaľ čo u ostatných druhov nebola predloženou metódou zistená. Bol však pozorovaný rozdiel v obsahu medzi rôznymi geografickými pôvodmi zameranými na 2'-acetylakteozid. Obsah zložky z Alashanzuoqi vo Vnútornom Mongolsku bol výrazne vyšší ako obsah v troch ďalších provinciách, zatiaľ čo obsahy v druhoch z Tingtuhu z Minqininu, provincia Gansu, boli výrazne nižšie ako v iných lokalitách (obr. 1A). Tubulozid A bol detegovaný v C. deserticola a C. tubulosa. Nebol pozorovaný žiadny významný rozdiel medzi týmito dvoma druhmi a dokonca ani medzi rastlinami rovnakého druhu z rôzneho geografického pôvodu (obr. 1B). Štyri druhy obsahovali rovnakú chemickú zložku (acetonid). Obsah acetonidu v C. salsa zozbieraný od Jianga'erhana z Tachengu v Xinjiangu bol výrazne vyšší ako v iných druhoch a rovnakých druhoch z rôznych pestovateľských oblastí. Na rozdiel od toho sa obsah acetonidu medzi rôznymi pôvodmi C. deserticola významne nelíšil (toto zistenie bolo rovnaké ako v prípade stola A; obr. 1C). Cistanosid A bol detegovaný v C. deserticola a C. salsa. Obsah vzoriek C. salsa z Jianga'erhan z Tachengu v Sin-ťiangu bol výrazne vyšší ako vo vzorkách C. deserticola z iných miest. Okrem toho variácia v umiestnení neovplyvnila obsah komponentu. Táto podmienka bola rovnaká ako pre stranu stola A a acetonid (obr. 1D). Pre cistanozid A obsah indexovej zložky nekolísal s variáciami druhov a geografického pôvodu (obr. 1E). Obsah echinakozidov vo vzorkách C. salsa z Hejiaoke z Tuoli v Sin-ťiangu bol výrazne vyšší ako obsah vo vzorkách z Jianga'erhan z Tachengu v Sin-ťiangu. Obsah zložiek vo vzorkách z C. deserticola a C. tubulosa, bez ohľadu na to, kde boli odobraté, bol výrazne nižší ako v iných lokalitách (Jianga'erhan z Tachengu v Sin-ťiangu). Navyše, chemické zloženie nebolo možné zistiť u C. Sinensis (obr. 1F). Izoakteozid bol detegovaný u všetkých druhov Cistanche okrem C. salsa; obsah izoakteozidov v C. tubulosa bol významne vyšší ako u dvoch ďalších druhov bez ohľadu na zdrojové provincie v Číne (obr. 1G). Tu boli všetky významné rozdiely menšie ako P<0.5. the="" total="" contents="" of="" these="" chemical="" components="" are="" stacked="" in="" fig.="" 2="" for="" improved="" comparison="" of="" the="" seven="" styrene="" glycosides.="" herein,="" we="" hypothesized="" that="" geographical="" origins="" exerted="" a="" small="" influence="" on="">

akumulácia týchto chemických zložiek v porovnaní s druhovými rozdielmi. Vo vzorkách C. deserticola sa zistilo sedem typov styrénových glyko strán. Celkový obsah bol však nižší ako v C. tubeless a C. salsa. Výsledky ukázali, že C. salsa mala najvyšší obsah styrénových glykozidov, hoci kvapalinovou chromatografiou boli detegované iba echinakozid, castanozid A a acetonid. C. Sinensis obsahoval iba izoakteozid a acetonid a mal teda najnižší obsah celkových styrénových glykozidov. Podľa zaznamenanej normy v Čínskom liekopise by obsah echinakozidu a acetonidu v C. deserticola mal byť vyšší ako 3 mg/g a obsah v C. tubulosa by mal byť vyšší ako 15 mg/g. Výsledky detekcie ukázali, že väčšina vzoriek C. deserticola vyhovovala štandardom okrem vzoriek z Changcheng, Liangzhou v provincii Gansu (obsah acetonidu bol 1,51 mg/g) a oblasti jazera Aibi, Tacheng v provincii Xinjiang (obsah acetonidu bol 2,18 mg). /g), ktorých obsah bol nižší ako normy. Okrem toho obsah nukleozidov v C. tubulosa (8,1225 mg/g) bol nižší ako štandardy, zatiaľ čo obsah echinakozidu bol vyšší ako štandard (28,38 mg/g).

Potenciálne vhodné oblasti vo svete a v Číne

Pomocou kombinovaných výpočtov z MaxEnt a ArcGIS boli vypočítané potenciálne vhodné oblasti pre štyri druhy bylín Cistanche. Výsledky sú uvedené v tabuľke 1. Podobne ako kategórie vo vyššie uvedených častiach boli potenciálne vhodné oblasti rozdelené do štyroch tried. Pokiaľ ide o vysokú triedu vhodnosti biotopu, tri druhy mali približne o 30 km2 väčšie vhodné oblasti na celom svete (C. deserticola: 29,2210 km2, C. Sinensis: 31,3034 km2, C. salsa: 30.{10}} km2) v porovnaní s C. tubulosa (10,6866 km2). Ako ukazuje porovnanie vysokej triedy vhodnosti biotopu, C. deserticola mala najväčšiu výmeru (38,9267 km2 ) z hľadiska stredne vhodnej triedy (C. tubulosa: 12,4069 km2, C. Sinensis: 32,1292 km2, C. salsa: 38,5764 km2 ), pričom rozloha C. tubulosa bola stále najmenšia. Z hľadiska potenciálnych oblastí považovaných za potenciálne rozmiestnenie vhodných pestovateľských lokalít sa o vysokej vhodnosti biotopu a stredne vhodných triedach diskutuje nasledovne. Väčšina vhodných oblastí (približne 90 percent) pre C. deserticola bola rozšírená najmä na severe a severozápade Číny. Okrem toho bolo identifikovaných niekoľko oblastí s potenciálnymi kultivačnými podmienkami na juhu USA, juhozápadnom Iráne, východnom Turecku, južnom Mongolsku a východnom Kazachstane (obr. 3). Na rozdiel od vyššie uvedených druhov sa C. tubulosa zdala byť dobre rozšírená po celom svete, pokrývajúc západ Číny, severozápad Južnej Ameriky, sever Afriky a niektoré krajiny medzi Čínou a Afrikou. Napriek tomu, že C. tubulosa mala široké potenciálne rozšírenie, celková plocha tohto druhu bola najmenšia v porovnaní s ostatnými tromi druhmi, pre ktoré boli celkové plochy vysokej vhodnosti biotopu a stredných tried 23,0935 km2. Pokiaľ ide o tieto dve triedy, v severnom Egypte, v západnej oblasti Kráľovstva Saudskej Arábie, južnom Jemene, severných Spojených arabských emirátoch, južnom Iráne a Pakistane sa našlo len niekoľko potenciálnych oblastí vhodných na rast tohto druhu. Najväčšie oblasti boli stále v Číne, kde sa celkové predikčné oblasti nachádzali na západe krajiny (obr. 4). Podobne ako C. deserticola, aj C. salsa bola rozšírená hlavne na severozápade a severe Číny, kde má tento exemplár záznamy. Po predikcii pomocou modelu MaxEnt existovala malá oblasť predikcie, ktorá môže byť vhodným rastovým prostredím v USA a na východe Kazachstanu a Kirgizska (obr. 5). Väčšina predpovedaných lokalít C. Sinensis bola rozšírená v severnej a západnej Číne. Okrem toho bolo identifikovaných niekoľko oblastí v strednej časti Maroka, juhovýchodnom Alžírsku a severozápadnom Čade a Iráne (obr. 6). Potenciálne vhodné oblasti vypočítané pomocou MaxEnt sú zobrazené v pravom dolnom rohu obr. 3–6, aby ukázali predikčnú distribúciu štyroch druhov v Číne. V tomto prípade boli najmenšie jednotky mapovania distribúcie predikcie založené na provinciách v Číne. Podobne ako analýza vo svete, analýza v tejto časti bola založená na vysokej vhodnosti biotopu a stredne veľkých triedach. Predikčné oblasti ukázali, že C. deserticola bola rozšírená hlavne v provinciách Xinjiang, Vnútorné Mongolsko, Ningxia, Gansu a Qinghai. Aj keď sa niekoľko oblastí rozšírenia našlo v iných provinciách, patrili do triedy 2. Preto boli tieto oblasti málo vhodné, a preto sa neodporúčajú na pestovanie tohto druhu. Pre C. tubulosa boli všetky potenciálne vhodné oblasti tohto druhu predpovedané v provincii Xinjiang v Číne. Je zaujímavé, že C. salsa mala širokú škálu potenciálnych distribúcií v Číne, vrátane provincií Xinjiang, Vnútorné Mongolsko, Ningxia, Gansu, Qinghai, Shanxi, Shaanxi a Hebei. Okrem toho sa zdalo, že možnou oblasťou pestovania tohto druhu je celá provincia Ningxia. Podobne ako C. salsa, aj C. Sinensis mala široké oblasti pre potenciálne rozšírenie okrem provincie Xinjiang (ale mala oblasť predpovede v provincii Xizang).

Príspevok environmentálnych premenných.

Pomocou dvoch indexov (percentuálny príspevok a dôležitosť permutácie v súbore .html) boli tieto bioklimatické premenné zoradené na základe ich dôležitosti pre model MaxEnt. K modelu C. deserticola prispelo 39 dôležitých premenných, z ktorých srad08, tmax12, pre01 a tmax02 boli najdôležitejšie premenné; to znamená, že ich podiely príspevkov presiahli 10 percent (tabuľka S1). Pre C. tubulosa prispelo k modelu dvadsaťdeväť premenných a pre09, srad05, pre08 a vapr08 boli životne dôležité faktory prostredia (tabuľka S2). Tridsať premenných bolo prispievajúcich premenných pre model C. salsa a tmax02, srad08, bio19 a pre01 boli životne dôležité faktory, pričom percentá príspevku presahovali 10 percent (tabuľka S3). Model Te C. Sinensis mal 35-percentný príspevok premenných, medzi ktorými boli najdôležitejšie tmax02, bio19 a pre12 (tabuľka S4).

Ďalej bol vykonaný test jackknife na výber životne dôležitých bioklimatických premenných, ktoré sa môžu líšiť od vyššie uvedených premenných. Vo všeobecnosti sa použili tri grafy na preukázanie premenlivej dôležitosti, a to regulovaný zisk vlaku, zisk testu a AUC testovacích údajov. Výsledky testu jackknife pre model C. deserticola sú znázornené na obr. S1. V tomto prípade srad07, bio09 a wind10 poskytli veľmi vysoký zisk, keď sa použili nezávisle alebo vynechali, čo naznačuje, že srad07 obsahoval viac užitočných informácií ako ostatné premenné. Naopak, bio09 a wind10, ktoré neboli prítomné v ostatných premenných, sa zdalo, že majú najviac informácií. Na rozdiel od druhov boli srad05, pre10 a tmax07 životne dôležité premenné pre C. tubulosa a poskytli modelu vysoké zisky. Ostatné premenné poskytujúce hodnotu zosilnenia sú zobrazené na obr. S2. Výsledky zosilnenia modelu C. salsa sú znázornené na obr. S3. Tieto grafy naznačujú, že štyri premenné poskytli vyššie zisky pre model, konkrétne srad11, srad06, bio09 a pre02. Čo sa týka modelu MaxEnt a potenciálnej distribúcie C. Sinensis, za dôležité premenné sa považovali štyri bioklimatické premenné, srad11, srad12, win08 a tmax11; obsahovali viac užitočných informácií samy o sebe ako ostatné premenné (obr. S4). Preto vyššie uvedené premenné obsahovali najdôležitejšie informácie prispievajúce k zisku modelu. Je zaujímavé, že medzi výsledkami testu jackknife a permutačným významom (alebo percentuálnym významom) bolo identifikovaných niekoľko rozdielov. Premenné stromu (srad07, srad11 a tmax07) boli dôležitými premennými s vysokými ziskami vo výsledkoch testu jackknife v porovnaní s dvoma ďalšími metódami.

Hodnotenie každého konkrétneho modelu.

Výkonnosť modelu bola rozdelená do piatich kategórií: neúspešná, slabá, primeraná, dobrá a vynikajúca (0.9

(bio09), s optimálnym rozsahom -12,6159–2,8479 stupňa . Štvrtou premennou boli zrážky v septembri (pre09), s vhodným rozsahom 8,3762–32,4312 mm (obr. S7). MaxEnt model C. Sinensis mal tri dôležité premenné, ktoré väčšinou prispeli k potenciálnej distribúcii druhu. Vhodný rozsah slnečného žiarenia v decembri (srad12) bol 6138,3161–9488,8316 kJ·m-2·deň-1 a maximálna teplota v novembri (tmax11) bola -1,9115–9,6048 stupňa . Okrem toho vhodný rozsah rýchlosti vetra v auguste (wind08) bol 2,1005–3,3054 m·s−1 (obr. S8). Ďalšie dôležité premenné prispievajúce k potenciálnej distribúcii štyroch druhov sú zhrnuté na obr. S5 – S8.

Diskusia

Bylinná medicína je komplexná zmes mnohých chemických zložiek, ktoré prispievajú k systematickému zameraniu sa na choroby. Okrem toho sa jeden typ rastlinného materiálu môže zbierať z rôznych botanických druhov, ktoré majú podobné vlastnosti alebo účinné zložky. Napríklad Coptidis Rhizoma je bylinný liek s vysokou frekvenciou užívania; získava sa z troch kongenerických rastlín (Coptis Chinensis, C. deltoidea a C. zuby) a používa sa na liečbu hnačky vyvolanej zadržiavaním vlhkosti pomocou rôznych berberínov18. Okrem toho sa Polygonatum Rhizoma bežne používa ako funkčná potravina v každodennom živote v Číne na imunoreguláciu; surovým materiálom sú odnože Polygonatum kingianum, P. sibiricum a P. cyrtonema19. Táto štúdia zahŕňala štyri druhy, z ktorých dva sú oficiálne zaznamenané v Čínskom liekopise (C. deserticola a C. tubulosa vo verzii z roku 2015). Výsledky týkajúce sa chemických zložiek naznačili existenciu rozdielov v type a obsahu medzi týmito štyrmi druhmi. Najmä echinakozid, karotenoid A, 2'-acetyl verbaskozid, antokyanín a karotenoid F možno detegovať v C. Sinensis a možno ich teda považovať za index na stanovenie

či prášok oficiálneho druhu nebol falšovaný neoficiálnym rastlinným liekom. 2'-Acetyl ver bascoside bol zistený iba v C. deserticola, čo sa zdá byť optimálnym indexovým komponentom naznačujúcim, že známe rastlinné materiály patria k jednému zo štyroch druhov uvedených v našej štúdii. Tieto zistenia sú rovnaké ako tie v našej predchádzajúcej štúdii, v ktorej bola zložka považovaná za potenciálny marker na rozlíšenie vzoriek C. deserticola zo Xinjiangu a Vnútorného Mongolska20. Okrem toho, antokyanín A a karotenoid F boli bežnými zložkami v dvoch oficiálnych druhoch, ale nenašli sa u dvoch ďalších druhov. Preto sa tieto chemické zložky môžu používať ako chemické markery pre oficiálne a neoficiálne druhy na zlepšenie kontroly kvality surových liečivých materiálov na trhu s bylinkami. Model MaxEnt stanovil korelačný vzťah medzi environmentálnymi premennými a potenciálnou distribúciou cieľových druhov na celom svete21,22. Model má schopnosť predpovedať súčasné rozšírenie a potenciálne vhodné regióny, ktoré možno považovať za referenčné pre pestovanie druhov, najmä ohrozených. Vo všeobecnosti je ochrana ex-situ účinným prostriedkom ochrany ohrozených druhov23. Stratégie ochrany môžu zabezpečiť bežné používanie na klinikách. V našej štúdii existovali potenciálne distribučné regióny v provincii Qinghai v Číne, južných Spojených štátoch, juhozápadnom Iráne, východnom Turecku, južnom Mongolsku a východnom Kazachstane, ktoré sa líšili od záznamov v Flora Reipublicae Popularis Sinicae (http://frps. iplant.cn/ fps/Cistanche percent 20deserticola) pre C. deserticola. Predpovedané oblasti C. tubulosa sú mimoriadne podobné tým v záznamoch Flora Reipublicae Popularis Sinicae (http://frps.iplant.cn/frps/Cistanche percent 20tubulosa), v ktorých sa uvádza, že tento druh je rozšírený v južnej provincii Xinjiang v r. Čína, severná Afrika, Arabský polostrov a stredná Ázia. Tu môže byť len niekoľko oblastí vhodných na pestovanie C. tubulosa na juhozápade Južnej Ameriky. Naše oblasti s obmedzeným rastom potvrdili, že kultivácia tohto druhu vyžaduje dostatok vody. Južne od provincie Xinjiang má dostatok vody vhodnej pre široké rozšírenie tohto druhu. Potenciálne vhodné oblasti C. salsa sa líšili od oblastí v záznamoch a predpovedané oblasti boli väčšie ako zaznamenaná distribúcia podľa http://frps.iplant.cn/frps/Cistanche percent 20salsa. Podobne predpovedané umiestnenie C. Sinensis sa mierne líšilo od toho v záznamoch na http://frps.iplant.cn/frps/Cistanche percent 20sinensis, najmä v strednej časti Maroka, juhovýchodnom Alžírsku a severozápadnom Čade a Iráne, ktoré boli identifikované výsledkami predikčného modelu ako vhodné pre rast druhu. Rozsiahle oblasti dvoch posledných druhov znamenali, že pestovatelia bylín môžu pestovať tieto dva druhy, aby uspokojili dopyt miestnych trhov s bylinkami, ktoré väčšinou závisia od divokých zdrojov. Náš terénny prieskum zistil, že zber divokých vzoriek týchto dvoch druhov je čoraz ťažší. V roku 2012 existovali približne 2–3 divoké vzorky v 10 kvadrátoch s rozmermi 2 × 2 m, ale tie isté vzorky potrebovali v roku 2019 30 rovnakých kvadrátov. Tieto výsledky naznačujú, že množstvo divokých zdrojov sa zmenšuje. Vhodné regióny sú čoraz viac obmedzené v dôsledku priemyselného rozvoja a výstavby ciest. Na základe potenciálne vhodnej distribúcie predpovedanej modelom MaxEnt by sa preto výskumníci mali zamerať na kultiváciu týchto dvoch druhov, aby sa zvýšila ochrana divokých vzoriek. Nenašli sme literatúru používajúcu 12-mesačnú minimálnu teplotu, maximálnu teplotu, priemernú teplotu, zrážky, slnečné žiarenie, rýchlosť vetra a tlak vodných pár ako bioklimatické premenné pri vytváraní modelov MaxEnt. Šesť premenných (viac ako 12 mesiacov) v kombinácii s 19 bioklimatickými faktormi sa systematicky používalo na vytvorenie modelov MaxEnt štyroch študovaných druhov. Výsledky ukázali, že predpoveď potenciálneho vhodného regiónu každého druhu závisela od rôznych premenných prostredia. Vo všeobecnosti bolo slnečné žiarenie (srad05, srad06, srad12) hlavnou vplyvnou premennou medzi týmito štyrmi druhmi. Máj a jún boli interpretované ako obdobia kvitnutia a plodenia. Slnečné žiarenie preto môže byť hlavným ovplyvňujúcim počiatočným faktorom, ktorý určuje distribúciu štyroch druhov Cistanche. Kombinácia vysokoúčinnej kvapalinovej chromatografie a modelu MaxEnt bola použitá na systematické skúmanie kolísania obsahu v siedmich chemických zložkách. Výsledky ukázali rozdiely v type a obsahu zložiek medzi štyrmi druhmi Cistanche a medzi rastlinami rovnakého druhu z rôznych geografických pôvodov. Okrem toho sa 2'-acetylakteozid môže použiť ako potenciálny chemický marker na rozlíšenie C. deserticola od troch ďalších rastlín Cistanche. Antokyanín A a karotenoid F boli spoločnými zložkami dvoch oficiálnych druhov, a preto ich možno považovať za chemický marker na rozlíšenie medzi oficiálnymi a neoficiálnymi druhmi. Obsah echinakozidu v C. deserticola sa výrazne líšil medzi dvoma vhodnými potenciálnymi distribúciami; obsah vzoriek z Vnútorného Mongolska bol výrazne vyšší ako vo vzorkách z mesta Minqin v provincii Gansu. Naše výsledky môžu poskytnúť referenciu pre zvýšený rozvoj a využitie štyroch ohrozených druhov Cistanche v Číne a okolitých krajinách.

Zdroj údajov a bioklimatické premenné.

Z databáz bolo zhromaždených stoštyridsaťšesť záznamov o výskyte štyroch rastlín Cistanche na svete, vrátane údajov z terénnych prieskumov medzi 2{10}}17 a 2019, Global Biodiversity Information Facility (http://www.gbif.org ), Národná vzorová informačná infraštruktúra (HTTP:// www.nsii.org.cn/) a Čínsky virtuálny herbarium (http://www.cvh.org.cn/). Tu patrí 49 záznamov C. deserticola a C. tubulosa má 26 záznamov o výskyte vo svete. C. salsa má 45 údajových bodov a C. Sinensis má 26 lokalít, z ktorých všetky sú distribuované v Číne. Podrobné lokalizačné distribúcie štyroch druhov sú znázornené na mape sveta a sú zmapované na obr. 10. V prípadoch s replikovanými dátovými bodmi sa na zníženie skreslenia vzoriek vzhľadom na podmienky prostredia použila iba jedna vzorka. Každý údajový bod bol prevedený na geografické súradnice World Geodetic System 1984 pomocou ArcGIS (verzia 10.0, Environmental Systems Research Institute, Inc. USA)24.

Založenie modelu MaxEnt

Cieľom metódy MaxEnt je vytvoriť predikčný model s maximálnou entropiou na základe existujúcich záznamov o výskyte26,27. Teória maximálnej entropie poskytuje vynikajúce vysvetlenie pre aproximáciu neznámeho rozdelenia pravdepodobnosti28. Hlavným princípom modelu je výpočet maximálnej entropie rozdelenia pravdepodobnosti v cieľovej oblasti za podmienok špeciálneho obmedzenia. Vo svetle výsledkov výpočtov model vytvára rozloženie pravdepodobnosti cieľových druhov vo výskumných oblastiach. Vo všeobecnosti sú environmentálne premenné a záznamy o výskyte obmedzujúce podmienky. Model kontinuálne prekrýva známe vzorové dáta, pre ktoré sa rozloženie pravdepodobnosti cieľovej oblasti zvyšuje, až kým sa jej maximálna entropia nezvýši na prah konvergencie. Softvér založený na jazyku Java (verzia 3.4.1) bol voľne stiahnutý z http://www.cs.princeton.edu/schapire/max ent na simuláciu vhodnosti biotopov. Pred vytvorením modelu bola každá premenná konvertovaná z formátu označeného obrazového súboru do formátu komunikácie s akčným skriptom (ASC), aby sa vytvorili vrstvy prostredia. Ako funkcie nášho modelu sme vybrali „automatické funkcie“ (vrátane lineárnych, kvadratických, produktových a pántových funkcií). Na meranie dôležitosti environmentálnych premenných bol vykonaný test jackknife. Percento náhodného testu bolo nastavené na 30; to znamená, že 70 percent dátových bodov bolo náhodne vybraných ako tréningové dáta a zvyšných 30 percent záznamov o výskyte boli testovacie dáta. Ako replikovaný typ cyklu sa použila krížová validácia. Pre ostatné nastavenia boli vybraté predvolené možnosti. Po použití softvéru MaxEnt sa nám podarilo získať súbor (vo formáte ASC), ktorý odrážal distribúciu vhodnosti biotopov. Súbor tiež ukázal náhodné rozdelenie údajových bodov, ktoré pokrylo tréningové a testovacie sady dvoma farbami. Súbor bol ďalej transformovaný do rastrových údajov, aby sa zlepšila interpretácia a výpočet vhodnej lokality. Okrem toho bol rastrový súbor preklasifikovaný do štyroch tried zložených z veľmi nízkej vhodnej triedy alebo nevhodnej triedy (4,<0.2), low="" suitable="" class="" (3,="" threshold="" between="" [0.2,="" 0.4]),="" moderately="" suitable="" class="" (2,="" [0.4,="" 0.6])="" and="" high="" habitat="" suitability="" class="" (1,="" [0.6,="" 1])29–31.="" the="" number="" indicates="" the="" class="" number="" in="" the="" final="" figure.="" a="" commonly="" used="" threshold="" of="" 0.4="" was="" used="" for="" the="" class="" division30.="" te="" format="" transformation="" and="" calculation="" of="" suitable="" areas="" were="" completed="" by="" arctoolbox="" in="" arcgis="" software.="" the="" receiver="" operating="" characteristic="" (roc)="" curve="" and="" area="" under="" the="" curve="" (auc)="" was="" used="" to="" analyze="" the="" fitting="" capability="" and="" to="" comprehensively="" evaluate="" the="" performance="" of="" the="" well-established="" model.="" in="" general,="" the="" closer="" the="" top="" left="" corner="" the="" roc="" curve="" is="" to="" 1,="" the="" more="" robust="" the="" model.="" a="" high="" auc="" value="" implies="" a="" superior="" model="" performance,="" which="" is="" not="" affected="" by="" the="" choice="" of="" the="" threshold32.="" the="" normal="" value="" of="" the="" latter="" parameter="" is="" between="" 0.5="" and="" 1.="" in="" accordance="" with="" the="" range="" of="" parameters,="" the="" maxent="" model="" performance="" was="" categorized="" into="" six="" standards="" comprising="" a="" pure="" guess="" (auc="0.5)," fail="">

Tento článok pochádza z vedeckých správ|(2019) 9:19737|https://doi.org/10.1038/s41598-019-56379-x