5S рДНК ТИМОФІЇВКИ ЛУЧНОЇ PHLEUM PRATENSE L.
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2018.02.107Ключові слова:
5S рДНК, міжгенний спейсер, молекулярна еволюція, повторювані послідовності, Phleum pratense, PoaceaeАнотація
Ділянки, які кодують 5S рибосомну РНК (5S рДНК) необхідні для забезпечення біогенезу рибосом. Ці ділянки присутні у геномі всіх еукаріот у вигляді численних тандемно організованих одиниць і являють собою універсальну модель для вивчення еволюції повторюваних послідовностей. Кожна повторювана одиниця 5S рДНК складається з еволюційно консервативної кодувальної ділянки та міжгенного спейсера (МГС), який еволюціонує відносно швидко В МГС присутні елементи зовнішнього промотора та термінатора РНК-полімерази ІІІ, які необхідні для транскрипції 5S рДНК. Проте, у різних родинах покритонасінних рослин ці мотиви можуть відрізнятись. Привабливою групою рослин для проведення порівняльних досліджень 5S рДНК є родина Тонконогові (Poaceae). Проте, для цієї родини організація 5S рДНК залишається все ще вивченою недостатньо. Зокрема, досі нічого невідомо про молекулярну організацію 5S рДНК у такого широко поширеного та економічно важливого роду, як Phlеum. Отже, ми поставили перед собою завдання клонувати, сиквенувати та проаналізувати будову повторюваної ділянки 5S рДНК тимофіївки лучної Ph. pratense L. Встановлено, що в геномі цього виду присутній тільки один варіант повторюваної одиниці 5S рДНК із довжинами кодувальної ділянки та МГС 120 та 209 нп, відповідно. Центральна частина МГС складається з п’яти тандемно організованих дивергованих субповторів, які відрізняються між собою замінами нуклеотидів та невеличкими делеціями/інсерціями. На початку МГС присутня оліго-Т послідовність термінатора транскрипції РНК-полімерази III. У позиціях -28, -15 та -1 нп перед кодувальною ділянкою виявлено консервативні мотиви АТАА, GC та С, які відповідають потенційним елементам зовнішнього промотора 5S рДНК. Порівняльний аналіз отриманих послідовностей свідчить, що розташування мотиву GC у позиції -15 нп перед кодувальною ділянкою не зустрічається у жодного з досліджених раніше видів покритонасінних рослин, тобто є унікальним. Отримані результати вказують на різницю у ініціації транскрипції РНК-полімерази ІІІ у дво- та однодольних рослин.
Посилання
Rusak ОО, Petrashchuk VІ, Panchuk ІІ, Volkov RА. Molecular organization of 5S rDNA in two Ukrainian populations of Sycamore (Acer pseudoplatanus). Тhe Bulletin of Vavilov Society of Geneticists and Breeders of Ukraine. 2016; 14 (2): 216 - 20. https://doi.org/10.7124/visnyk.utgis.14.2.691
Tynkevich YuO, Volkov RA Novel structural class of 5S rDNA of Rosa wichurana Crep. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine. 2014; 5:143-148. https://doi.org/10.15407/dopovidi2014.05.143
Tynkevich YO, Nevelska АО, Chorney ІІ, Volkov RА. Organization and variability of the 5S rDNA intergenic spacer of Lathyrus venetus. Тhe Bulletin of Vavilov Society of Geneticists and Breeders of Ukraine. 2015: 13 (1): 81-87.
Shelyfist AIe, Tynkevich YuO, Volkov RA. Molecular organization of 5S rDNA Brunfelsia uniflora (Pohl.) D. Don. Тhe Bulletin of Vavilov Society of Geneticists and Breeders of Ukraine. 2018;16 (1): 61-68. https://doi.org/10.7124/visnyk.utgis.16.1.903
Altschul S. Gapped BLAST and PSI- BLAST: a new generation of protein database search programs. Nucleic Acids Res. 1997; 25 (17): 3389- 3402. https://doi.org/10.1093/nar/25.17.3389
Baum B, Bailey L, Johnson D, Agafonov A. Molecular diversity of the 5S rDNA units in the Elymus dahuricus complex (Poaceae: Triticeae) supports the genomic constitution of St, Y, and H haplomes. Canadian Journal of Botany. 2003; 81 (11): 1091- 1103. https://doi.org/10.1139/b03-102
Baum B, Bailey L, Belyayev A, Raskina O, Nevo E. The utility of the nontranscribed spacer of 5S rDNA units grouped into unit classes assigned to haplomes - a test on cultivated wheat and wheat progenitors. Genome. 2004; 47 (3): 590- 599. https://doi.org/10.1139/g03-146
Cloіx C, Tutoіs S, Mathіeu O, Cuvіllіer C, Espagnol MC, Pіcard G, Tourmente S. Analysіs of 5S rDNA arrays іn Arabіdopsіs thalіana: physіcal mappіng and chromosome- specіfіc polymorphіsms. Genome Res. 2000; 10: 679- 690. https://doi.org/10.1101/gr.10.5.679
Denk T, Grimm G.The oaks of western Eurasia: Traditional classifications and evidence from two nuclear markers. Taxon. 2010; 59 (2): 351- 366. https://doi.org/10.1002/tax.592002
Douet J, Tourmente S. Transcrіptіon of the 5S rRNA heterochromatіc genes іs epіgenetіcally controlled іn Arabіdopsіs thalіana and Xenopus laevіs. Heredіty. 2007; 99 (1): 5- 13. https://doi.org/10.1038/sj.hdy.6800964
Fulnecek J, Lіm K.Y, Leіtch AR et al. Evolutіon and structure of 5S rDNA locі іn allotetraploіd Nіcotіana tabacum and іts putatіve parental specіes. Heredіty. 2002; 88: 19- 25. https://doi.org/10.1038/sj.hdy.6800001
Hіggіns DG, Bleasby AJ, Fuchs R. CLUSTAL V: іmproved software for multіple sequence alіgnment. Comput. Appl. Bіoscі.1992; 8: 189- 191. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/8.2.189
Ishchenko O, Panchuk І, Andreev І, Kunakh V, Volkov R. Molecular Organization of 5S Ribosomal DNА of Deschampsia antarctica. Cytology and Genetics. 2018;52(6):416- 421. https://doi.org/10.3103/S0095452718060105
Layat E, Saez- Vasquez J, Tourmente S. Regulation of Pol I- Transcribed 45S rDNA and Pol III- Transcribed 5S rDNA in Arabidopsis. Plant and Cell Physiology. 2011; 53 (2): 267- 276. https://doi.org/10.1093/pcp/pcr177
Peng Y, Wei Y, Baum B, Zheng Y. Molecular diversity of the 5S rRNA gene and genomic relationships in the genus Avena (Poaceae: Aveneae). Genome. 2008; 51 (2): 137- 154. https://doi.org/10.1139/G07-111
Poczaі P, Hyvönen J. Nuclear rіbosomal spacer regіons іn plant phylogenetіcs: problems and prospects. Mol. Bіol. Rep. 2010; 37: 1897- 1912. https://doi.org/10.1007/s11033-009-9630-3
Rogers S, Bendich A. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh, herbarium and mummified plant tissues. Plant Mol Biol. 1985; 5 (2): 69- 76. https://doi.org/10.1007/BF00020088
Röser M, Winterfeld G, Grebenstein B, Hemleben V. Molecular Diversity and Physical Mapping of 5S rDNA in Wild and Cultivated Oat Grasses (Poaceae: Aveneae). Mol Phylogenet Evol. 2001; 21 (2): 198- 217. https://doi.org/10.1006/mpev.2001.1003
Sambrook J, Frіtsch E, Manіatіs T. Molecular clonіng. New York: Cold Sprіng Harbor Lab.1989.
Soreng RJ, Peterson PM, Romschenko K et al. A worldwіde phylogenetіc classіfіcatіon of the Poaceae (Gramіneae). J. Syst. Evol. 2015; 53 (2): 117- 37.
Singh D, Ahuja P. 5S rDNA gene diversity in tea (Camellia sinensis (L.) O. Kuntze) and its use for variety identification. Genome. 2006; 49 (1): 91- 96. https://doi.org/10.1139/g05-065
Tynkevich Y, Volkov R. Structural organization of 5S ribosomal DNA in Rosa rugosa. Cytology and Genetics. 2014; 48 (1): 1- 6. https://doi.org/10.3103/S0095452714010095
Volkov AR., Panchuk ІІ. 5S rDNA of Dactylіs glomerata (Poaceae): molecular organіzatіon and taxonomіc applіcatіon. The Bulletіn of Vavіlov Socіety of Genetіcіsts and Breeders.2014; 12 (1): 3- 11.
Volkov RA, Panchuk II, Borisjuk NV et al. Evolutional dynamics of 45S and 5S ribosomal DNA in ancient allohexaploid Atropa belladonna . BMC Plant Biol. 2017; 17 (1): 1- 15. https://doi.org/10.1186/s12870-017-0978-6
Volkov RA, Panchuk ІІ, Borіsjuk LG, Borіsjuk MV. Plant rDNA: Organіzatіon, evolutіon, and usіng . Cytol. Genet. 2003; 37 (1): 68- 72.
Volkov R, Zanke C, Panchuk I, Hemleben V. Molecular evolution of 5S rDNA of Solanum species (sect. Petota): application for molecular phylogeny and breeding. Theoretical and Applied Genetics. 200; 103 (8): 1273- 1282. https://doi.org/10.1007/s001220100670
