Ідентифікація генів тубуліну у амфідиплоїдних представників роду Brassica та їх батьківських видів

  • Р. Я. Блюм ДУ «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України», Україна, 04123, м. Київ, вул. Байди-Вишневецького, 2а https://orcid.org/0000-0003-4936-1803
  • С. В. Демидов ННЦ «Інститут біології та медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка, Україна, 03022, м. Київ, просп. Академіка Глушкова, 2
  • Я. В. Пірко Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України, Україна, 04123, м. Київ, вул. Байди-Вишневецького, 2А https://orcid.org/0000-0003-1887-5406
  • Я. Б. Блюм Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України, Україна, 04123, м. Київ, вул. Байди-Вишневецького, 2А https://orcid.org/0000-0001-7078-7548
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v36.1710
Ключові слова: Brassica, α-тубулін, β-тубулін, γ-тубулін, філогенія, синтенія, алополіплоїдизація, еволюція геному

Анотація

Мета. Ідентифікація генів α-, β- та γ-тубуліну у шести найбільш економічно значимих видів роду Brassica, а також встановлення їх філогенетичної класифікації та еволюційної історії. Методи. Повногеномний пошук послідовностей генів тубуліну, методи реконструкції філогенії, а також підходи порівняльної геноміки, зокрема аналіз синтенії. Результати. Ідентифіковано 229 функціональних генів тубуліну у шести представнків роду Brassica, зокрема у Brassica oleracea, Brassica rapa, Brassica nigra, Brassica napus, Brassica juncea та Brassica carinata. Результати реконструкції філогенії ідентифікованих генів тубуліну свідчать про те, що α-тубуліни Brassica поділяються на два філогенетичні класи, а β-тубуліни на 5 основних груп, що спостерігається і у інших Хрестоцвітих. Представники підродини γ-тубулінів Brassica не демонстрували ізотипового різноманіття і виявились філогенетично ближчими до TUG1. Завдяки аналізу синтенії підтверджено значну консервативність набору генів тубуліну у проаналізованих видів Brassica, зокрема і у тих, котрі мають алополіплоїдне походження. Висновки. Показано, що родина генів тубуліну у представників Brassica характеризується значною консервативністю та еволюційно стабільним набором генів навіть у алополіплоїдних видів, а наявне різноманіття ізотипів тубуліну сформоване більш ранніми подіями повногеномних перебудов, що є спільними для більшості Хрестоцвітих.

Посилання

Warwick S. I. Brassicaceae in agriculture, In: Schmidt R., Bancroft I. (Eds), Genetics and Genomics of the Brassicaceae. Springer Science+Business Media; LLC, New York, NY, 2011. P. 33–65. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-7118-0.

Gesch R. W., Isbell T. A., Oblath E. A., Allen B. L., Archer D. W., Brown J., Hatfield J. L., Jabro J. D., Kiniry J. R., Long D. S., Vigil M. F. Comparison of several Brassica species in the north central U.S. for potential jet fuel feedstock. Ind. Crop. Prod. 2015. Vol. 75. P. 2–7. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.05.084.

Blume R. Y., Rakhmetov D. B., Blume Y. B. Evaluation of Ukrainian Camelina sativa germplasm productivity and analysis of its amenability for efficient biodiesel production. Ind. Crop. Prod. 2022. Vol. 187B. P. 115477. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.115477.

Gavazzi F., Pigna G., Braglia L., Giani S., Breviario D., Morello L. Evolutionary characterization and transcript profiling of beta-tubulin genes in flax (Linum usitatissimum L.) during plant development. BMC Plant Biol. 2017. Vol. 17. P. 237. https://doi.org/10.1186/s12870-017-1186-0.

Guadalupi C., Braglia L., Gavazzi F., Morello L., Breviario D. A combinatorial Q-locus and tubulin-based polymorphism (TBP) approach helps in discriminating Triticum species. Genes. 2022. Vol. 13. P. 633. https://doi.org/10.3390/genes13040633.

Rabokon A. M., Blume R. Y., Sakharova V. G., Chopei M. I., Afanasieva K. S., Yemets A. I., Rakhmetov D. B., Pirko Y. V., Blume Y. B. Genotyping of interspecific Brassica rapa hybrids implying β-tubulin gene intron length polymorphism (TBP/cTBP) assessment. Cytol. Genet. 2023. Vol. 57 (6). P. 538–549. https://doi.org/10.3103/S0095452723060075.

Lykholat Y. V., Rabokon A. M., Blume R. Ya., Khromykh N. O., Didur O. O., Sakharova V. H., Kabar A. M., Pirko Ya. V., Blume Ya. B. Characterization of β-tubulin genes in Prunus persica and Prunus dulcis for fingerprinting of their interspecific hy-brids. Cytol. Genet. 2022. Vol. 56 (6). P. 481–493. https://doi.org/10.3103/S009545272206007X.

Blume R. Y., Rabokon A. M., Pydiura M., Yemets A. I., Pirko Y. V., Blume Y. B. Genome-wide identification and evolution of the tubulin gene family in Camelina sativa. BMC Genomics. 2024. Vol. 25. P. 599. https://doi.org/10.1186/s12864-024-10503-y.

Hatje K., Keller O., Hammesfahr B., Pillmann H., Waack S., Kollmar M. Cross-species protein sequence and gene structure prediction with fine-tuned Webscipio 2.0 and Scipio. BMC Res. Notes. 2011. Vol. 4. P. 265. https://doi.org/10.1186/1756-0500-4-265.

Trifinopoulos J., Nguyen L.T., von Haeseler A., Minh B.Q. W-IQ-TREE: a fast online phylogenetic tool for maximum likelihood analysis. Nucleic Acids Res. 2016. Vol. 44 (W1). P. W232–235. https://doi.org/10.1093/nar/gkw256.

Letunic I., Bork P. Interactive Tree Of Life (iTOL) v5: an online tool for phylogenetic tree display and annotation. Nucleic Acids Res. 2021. Vol. 49 (W1). P. W293–296. https://doi.org/10.1093/nar/gkab301.

Chen C., Wu Y., Li J., Wang X., Zeng Z., Xu J., Liu Y., Feng J., Chen H., He Y., Xia R. TBtools-II: A "one for all, all for one" bioinformatics platform for biological big-data mining. Mol. Plant. 2023. Vol. 16. P. 1733–1742. https://doi.org/10.1016/j.molp.2023.09.010.

Blume R. Y., Hotsuliak V. Y., Nazarenus T. J., Cahoon E. B., Blume Y. B. Genome-wide identification and diversity of FAD2, FAD3 and FAE1 genes in terms of biotechnological importance in Camelina species. BMC Biotechnol. 2024. Vol. 24. P. 107. https://doi.org/10.1186/s12896-024-00936-4.

Yemets A., Shadrina R., Blume R., Plokhovska S., Blume Y. Autophagy formation, microtubule disorientation, and alteration of ATG8 and tubulin gene expression under simulated microgravity in Arabidopsis thaliana. npjMicrogravity. 2024. Vol. 10. P. 31. https://doi.org/10.1038/s41526-024-00381-9.

Lysak M. A., Mandakova T., Schranz M.E. Comparative paleogenomics of crucifers: ancestral genomic blocks revisited. Curr. Opin. Plant Biol. 2016. Vol. 30. P. 108–115. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2016.02.001.