Субповтори у 5s рДНК як молекулярний маркер у популяціях Acer platanoides L.
Анотація
Мета. Для вивчення внутрішньовидової мінливості деревних порід необхідно використовувати ділянки геному, які еволюціонують із найбільшою швидкістю, зокрема такі, як 5S рДНК. Для оцінки можливості застосування 5S рДНК в якості молекулярного маркера у геногеографічних дослідженнях нами було порівняно молекулярну організацію цієї ділянки у представників двох географічно віддалених – болгарської та української – популяцій клена звичайного, Acer platanoides L. Методи. ПЛР-ампліфікація, клонування та розшифрування нуклеотидної послідовності. Результати. Встановлено, що в геномі A. platanoides послідовності 5S рДНК високо подібні між собою. Проте в A. platanoides з болгарської популяції в міжгенному спейсері (МГС) 5S рДНК наявні три копії субповторів GTCCGTT, тоді як у рослини з української популяції наявна лише одна копія цієї послідовності. За винятком різної кількості субповторів, послідовності 5S рДНК болгарського та українського зразків A. platanoides ідентичні. Ділянка МГС 5S рДНК, яка містить потенційні зовнішні елементи промотора РНК-полімерази ІІІ у двох таксономічно віддалених видів (A. platanoides та A. pseudoplatanus), не відрізняється, а отже – еволюціонує з меншою швидкістю, ніж інші частини МГС. Висновки. Ідентичність потенційних зовнішніх елементів промотора в межах роду Acer підтверджує думку про можливу участь цієї частини МГС ініціації транскрипції 5S рДНК. Наявність різної кількості субповторів у МГС 5S рДНК у представників різних популяцій A. platanoides дозволяє використовувати порівняння цієї ділянки для ідентифікації внутрішньовидових форм та оцінки внутрішньовидового генетичного різноманіття цього виду.
Ключові слова: 5S рДНК, молекулярна еволюція, субповтори, внутрішньовидова мінливість, Acer.
Посилання
Kokhno N.A. Maples of Ukraine. К.: Nauk. dumka. 1982. 184 p.
de Jong P.C., Gelderen D.M., Oterdoom H.J. Taxonomy and reproductive biology of maples. Maples of the world. Timber Press, Portland. 1994. Р. 69–104.
Ivanovych Ya., Volkov R. Genetic relatedness of sweet cherry (Prunus avium L.) cultivars from Ukraine determined by mi-crosatellite markers. J. Hortic. Sci. Biotechnol. 2017. Vol. 93, No 1. P. 1–9. doi: https://doi.org/10.1080/14620316.2017.1342568.
Ivanovych Ya.I., Udovychenko K.M., Bublyk M.O., Volkov R.A. ISSR-PCR fingerprinting of Ukrainian sweet cherry (Prunus avium L.) cultivars. Cytology and genetics. 2017. Vol. 51, № 1. С. 61–68. doi: 10.3103/S0095452717010066.
Grimm G.W., Schlee M., Komarova N.Y. Low-level taxonomy and intrageneric evolutionary trends in higher plants. Nova Acta Leopoldina NF. 2005. Vol. 92, No. 342. P. 129–145. URL: www.researchgate.net/profile/Vera_Hemleben2/publication/291025941.
Těšitel J., Vratislavská M., Novák P., Chorney I.I., Roleček J. Merging of Pedicularis exaltata and P. hacquetii in the Carpathi-ans: from local history to regional phylogeography based on complex evidence. Folia Geobotanica. 2018. Vol. 53, No. 3. P. 301–315. doi/10.1007/s12224-018-9317-4.
Denk T. The oaks of western Eurasia. Traditional classifications and evidence from two nuclear markers. Taxon. 2010. Vol. 59. P. 351–366. URL: https://www.jstor.org/stable/25677595.
Ye J.W., Gou X.D., Wang S.H. et al. Molecular evidence reveals a closer relationship between Japanese and mainland subtropical specimens of a widespread tree species, Acer mono. Biochem. Syst. Ecol. 2015. Vol. 60. P. 143–149. https://doi.org/10.1016/j.bse.2015.04.010.
Wang H.Y., Wei B.Y., Xiao H.X. Development of 15 microsatellite markers in Acer triflorum (Aceraceae) and cross- amplifica-tion in congeneric species. Applications in Plant Sciences. 2018. Vol. 6 (7): e1166. P. 1–4. doi: 10.1002/aps3.1166.
Harmon M., Lane T., Staton M. et al. Development of novel genic microsatellite markers from transcriptome sequencing in sugar maple (Acer saccharum Marsh.). BMC Res Notes. 2017. Vol. 10. P. 369. P. 1–7. https://doi.org/10.1186/s13104-017-2653-2.
He Y.L., He Y., Gong L. L. et al. Population genetic structure and interspecific differentiation between Acer davidii Franchi. and A. morrisonense Hayata (Aceraceae) based on SSR markers. Biochem. System. Ecol. 2017. Vol. 71. P. 42–49. https://doi.org/10.1016/j.bse.2017.01.009.
Zhao J., Xu Y., Xi L., et al. Characterization of the chloroplast genome sequence of Acer miaotaiense: Comparative and Phyloge-netic Analyses. Molecules. 2018. Vol. 23. P. 1740. doi: 10.3390/molecules2307174.
Cloix C., Tutois S. Analysis of 5S rDNA arrays in Arabidopsis thaliana L.: physical mapping and chromosome-specific poly-morphisms. Genom Res. 2000. Vol. 10. P. 679–690. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC310874/.
Volkov R.A., Panchuk І.І., Borіsjuk L.G., Borіsjuk M.V. Plant rDNA: Organіzatіon, evolutіon, and usіng. Cytol. Genet. 2003. Vol. 37, No. 1. P. 68–72. URL: https://link.springer.com/article/10.3103%2FS0095452718060105.
Saini A., Jawali N. Molecular evolution of 5S rDNA region in Vigna subgenus Ceratotropis and its phylogenetic implications. Plant Syst. Evol. 2009. Vol. 280. P. 187–206. doi: 10.1007/s00606-009-0178-4.
Zeng Q., Chen H., Zhang C. et. al. Definition of eight mulberry species in the genus Morus by internal transcribed spacer-based phylogeny. PLOS One. 2015. Vol. 10, No. 8. P. 1–13. https://doi:10.1371/journal.pone.0135411.
Mlinarec J., Franjevic D., Bockor L., Besendorfer V. Diverse evolutionary pathways shaped 5S rDNA of species of tribe Anem-oneae (Ranunculaceae) and reveal phylogenetic signal. Bot. J. Linn. Soc. 2016. Vol. 182, No. 1. P. 80–99. https://doi:10.1111/boj.12452.
Bolsheva N.L., Melnikova N.V., Kirov I.V. et al. Evolution of blue-flowered species of genus Linum based on high-throughput sequencing of ribosomal RNA genes. BMC Evol. Biol. 2017. Vol. 17, No. 2. P. 23–36. https://doi:10.1186/s12862-017-1105-x.
Ishchenko O.O., Panchuk I.I., Andreev I.O. et al. Molecular Organization of 5S Ribosomal DNА of Deschapmpsia antarctica. Cytol. Genet. 2018. Vol. 52, No. 6. P. 416–421. doi: 10.3103/S0095452718060105.
Rogers S.O., Bendich A.J. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh, herbarium and mummified plant tissues. Plant Mol. Biol. 1985. Vol. 5. P. 69–76.
Tynkevich Yu.O., Volkov R.A. Novel structural class of 5S rDNA of Rosa wichurana Crep. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine. 2014. No. 5. P. 143–148. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87715.
Tynkevich Yu.O., Nevelska A.O., Chorney I.I., Volkov R.A. Organization and variability of the 5S rDNA intergenic spacer of Lathyrus venetus. Тhe Bulletin of Vavilov Society of Geneticists and Breeders of Ukraine. 2015. Vol. 13, № 1. P. 81–87. URL: http://utgis.org.ua/journals/index.php/VisnykUTGiS/article/view/394.
Rusak О.О., Petrashchuk V.І., Panchuk І.І., Volkov R.А. 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. Vol. 14, No 2. Р. 216–220.
Shelyfist A.Y., Tynkevich Yu.O., Volkov R.A. Molecular organization of 5S rDNA of Brunfelsia uniflora (POHL.) D. DON. Тhe Bulletin of Vavilov Society of Geneticists and Breeders of Ukraine. 2018. Vol. 16, № 1. P. 61–68. URL: http://utgis.org.ua/journals/index.php/VisnykUTGiS/article/view/903/Shelyfist.
Sambrook J., Fritsch E., Maniatis T. Molecular cloning. New York: Cold Spring Harbor Lab. 1989. 1626 p.
DNASTAR, 1998. MegAlign 3.18 edit. Software distributed by DNASTAR Inc., Madison, WI, USA.
Thompson J.D., Higgins D.G., Gibson T.J. CLUSTAL W: improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, position-specific gap penalties and weight matrix choice. Nucl. Acids Res. 1994. Vol. 22, No. 22. P. 4673–4680.
Douet J., Tourmente S. Transcription of the 5S rRNA heterochromatic genes is epigenetically controlled in Arabidopsis thaliana and Xenopus laevis. Heredity. 2007. Vol. 99. P. 5–13. https://doi:10.1038/sj.hdy.6800964.
Layat E., Saez-Vasquez J., Tourmente S. Regulation of Pol I-transcribed 45S rDNA and Pol III-transcribed 5S rDNA in Ara-bidopsis. Plant Cell Physiol. 2012. Vol. 53, No. 2. P. 267–276. https://doi:10.1093/pcp/pcr177.
Volkov R.A., Panchuk I.I., Borisjuk N.V. et al. Evolutional dynamics of 45S and 5S ribosomal DNA in ancient allohexaploid Atropa belladonna. BMC Plant Biol. 2017. Vol. 17, No. 1. P. 1–15. https://doi:10.1186/s12870-017-0978-6
