Молекулярна організація 5S рДНК пажитниці багаторічної Lolium perenne L.
Анотація
Мета. Рибосомальна ДНК (рДНК) є важливим інструментом молекулярної систематики та являє собою зручну модель для вивчення еволюції повторюваних послідовностей. Проте, для багатьох груп покритонасінних рослин 5S рДНК все ще залишається вивченою недостатньо, зокрема для такої великої групи як родина Тонконогові або Злакові. Відповідно, було вирішено проаналізувати молекулярну організацію 5S рДНК у широко розповсюдженого та економічно важливого виду Lolium perenne. Методи. Виділення ДНК, ПЛР-ампліфікація, клонування та розшифрування нуклеотидної послідовності ДНК. Результати. Сиквеновано дві клоновані послідовності 5S рДНК L. perenne. Показано, що в геномі L. perenne присутній тільки один варіант повторюваної одиниці 5S рДНК з міжгенним спейсером (МГС) довжиною 188–189 нп. У МГС виявлено потенційні елементи промотора та термінатора РНК-полімерази III. Рівень подібності МГС представників різних родів триби Poeae коливається від 46 до 63 %. Висновки. Порівняльний аналіз МГС може бути використаний для уточнення філогенетичних відносин між таксонами низького рангу, зокрема — між видами та родами триби Poeae.
Ключові слова: 5S рДНК, міжгенний спейсер, молекулярна еволюція, Lolium, Poaceae.
Посилання
Altschul S.F., Madden T.L., Schaffer A.A. et al. Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs. Nucl. Acids Res. 1997. Vol. 25(17). P. 3389-3402.
Amosova A.V., Bolsheva N.L., Zoshchuk S.A. et al. Comparative molecular cytogenetic characterization of seven Deschampsia (Poaceae) species. PLOS One. 2017. Vol. 12(4). P. 1-17. doi: 10.1371/journal.pone.0175760.
Baum B.R., Bailey, L.G., Belyayev A. et al. 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. Vol. 47(3). P. 590–599. doi: 10.1139/g03-146
Baum B.R., Edwards T., Mamuti M., Johnson D.A. Phylogenetic relationships among the polyploid and diploid Aegilops species inferred from the nuclear 5S rDNA sequences (Poaceae: Triticeae). Genome. 2012. Vol. 55(3). P. 177-193. doi: 10.1139/g2012-006
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(2). P. 23-36. doi: 10.1186/s12862-017-1105-x
Clayton W.D., Govaerts R., Harman K.T. et al. World checklist of Poaceae. Facilitated by the Royal Botanic Gardens, Kew: 2014. URL: http://apps.kew.org/wcsp/ – 2014
Coen E.S., Thoday J.M., Dover G. Rate of turnover of structural variants in the rDNA gene family of Drosophila melanogaster. Nature. 1982. Vol. 295. P. 564-568.
Denk T., Grimm G. The oaks of western Eurasia: Traditional classifications and evidence from two nuclear markers. Taxon. 2010. Vol. 59(2). P. 351–366.
Douet J., Tourmente S. Transcription of the 5S rRNA heterochromatic genes is epigenetically controlled in Arabidopsis thaliana and Xenopus laevis. Heredity. 2007. Vol. 99(1). P. 5–13. doi: 10.1038/sj.hdy.6800964
Duvall M. R., Davis. J.I., Clark L.G. et al. Phylogeny of the Grasses (Poaceae) revisited. J. Syst. Evol. Bot. 2007. Vol. 23(1). P. 237-247. doi: 10.5642/aliso.20072301.18
Givnish T.J., Ames M., Mcneal J.R. et al. Assembling the tree of the monocotyledons: plastome sequence phylogeny and evolution of Poales. Ann. Miss. Bot. Gard. 2010. Vol. 97(4). P. 584-616. doi: 10.3417/2010023
Grimm G.W., Schlee M., Komarova N.Y. et al. Low-level taxonomy and intrageneric evolutionary trends in higher plants. Nova Acta Leopoldina NF. 2005. Vol. 92(342). P. 129-145.
Higgins D.G., Bleasby A.J., Fuchs R. CLUSTAL V: Improved software for multiple sequence alignment. Comput. Appl. Biosci. 1992. Vol. 8. P. 189–191. doi: 10.1093/bioinformatics/8.2.189
Ishchenko O.O., Panchuk I.I., Andreev I.O. et al. Molecular organization of 5S ribosomal DNA of Deschapmpsia antarctica. Cytol. Genet. 2018. Vol. 52(6). P. 416-421. doi: 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 Cell Physiol. 2012. Vol. 53(2). P. 267-276. doi: 10.1093/pcp/pcr177
Mlinarec J., Franjevic D., Bockor L., Besendorfer V. Diverse evolutionary pathways shaped 5S rDNA of species of tribe Anemoneae (Ranunculaceae) and reveal phylogenetic signal. Bot. J. Linn. Soc. 2016. Vol. 182(1). P. 80-99. doi: 10.1111/boj.12452
Navrotska D., Andreev A., Betekhtin A. et al. Assessment of the molecular cytogenetic, morphometric and biochemical parameters of Deschampsia antarctica from its southern range limit in maritime Antarctic. Pol. Polar Res. 2018. Vol. 39(4). P. 525-248. doi: 10.24425/118759
Peng Y.Y., Wei Y.M., Baum B.R., Zheng Y.L. Molecular diversity of the 5S rRNA gene and genomic relationships in the genus Avena (Poaceae: Aveneae). Genome. 2008. Vol. 51(2). P. 137–54. doi.org/10.1139/G07-111
Quintanar A., Castroviejo S., Catalan P. Phylogeny of the tribe Aveneae (Pooideae, Poaceae) inferred from plastid trnT-F and nuclear ITS sequences. Am. J. Bot. 2007. Vol. 94(9). P. 1554-1569. doi: 10.3732/ajb.94.9.1554
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. doi: 10.1007/BF00020088
Roser M., Winterfeld G., Grebenstein B., Hemleben V. Molecular diversity and physical mapping of 5S rDNA in wild and cultivated oat grasses (Poaceae: Aveneae). Mol. Phylogen. Evol. 2001. Vol. 21(2). P. 198–217. doi: 10.1006/mpev.2001.1003
Rusak O.O., Petrashchuk V.I., Panchuk I.I., Volkov R.A. Molecular organization of 5S rDNA in two Ukrainian populations of Sycamore (Acer pseudoplatanus). The Bulletin of Vavilov Society of Geneticists and Breeders of Ukraine. 2016. Vol. 14, No. 2. P. 216–20.
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.
Sambrook J., Fritsch E., Maniatis T. Molecular cloning. New York: Cold Spring Harbor Laboratory, 1989. 1626 p.
Shelyfist A.Ie., Tynkevich Yu.O., Volkov R.A. Molecular organization of 5S rDNA Brunfelsia uniflora (Pohl.) D. Don. The Bulletin of Vavilov Society of Geneticists and Breeders of Ukraine. 2018. Vol.16(1). P. 61-68.
Soreng R.J., Peterson P.M., Romschenko K. et al. A worldwide phylogenetic classification of the Poaceae (Gramineae). J. Syst. Evol. 2015. Vol. 53(2). P. 117–137. doi: 10.1111/jse.12150/epdf
Tynkevich Y.O., Nevelska A.O., Chorney I.I., Volkov R.A. Organization and variability of the 5S rDNA intergenic spacer of Lathyrus venetus. The Bulletin of Vavilov Society of Geneticists and Breeders of Ukraine. 2015. Vol. 13(1). P. 81–87.
Tynkevich Y.O., Volkov, R.A. Structural organization of 5S ribosomal DNA in Rosa rugosa. Cytol. Genet. 2014. Vol. 48(1). P. 1–6. doi: 10.3103/S0095452714010095
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.
Volkov A.R., Panchuk I.I. 5S rDNA of Dactylis glomerata (Poaceae): molecular organization and taxonomic application. The Bulletin of Vavilov Society of Geneticists and Breeders of Ukraine. 2014. Vol. 12(1). P. 3–11.
Volkov R.A., Zanke C., Panchuk I.I., Hemleben V. Molecular evolution of 5S rDNA of Solanum species (sect. Petota): application for molecular phylogeny and breeding. Theor. Appl. Genet. 2001. Vol. 103(8). P. 1273–1282. doi: 10.1007/s001220100670
Volkov R.A., Panchuk I.I., Borisjuk L.G., Borisjuk M.V. Plant rDNA: Organization, evolution, and using. Cytol. Genet. 2003. Vol. 37(1). P. 68–72.
Volkov R.A., Kozeretska I.A., Kyryachenko S.S. et al. Molecular evolution and variability of ITS1 and ITS2 in populations of Deschampsia antarctica from two regions of the Maritime Antarctic. Polar Sci. 2010. Vol. 4(3). P. 469-478. doi: 10.1016/j.polar.2010.04.011
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(1). P. 1–15. doi: 10.1186/s12870-017-0978-6
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(8). P. 1-13. doi: 10.1371/journal.pone.0135411
