Молекулярна будова 5S рДНК Mandragora autumnalis Bertol.

  • А. Є. Шелифіст Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Україна, 58012, м. Чернівці, вул. Коцюбинського, 2
  • Д. В. Якобишен Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Україна, 58012, м. Чернівці, вул. Коцюбинського, 2
  • Р. А. Волков Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Україна, 58012, м. Чернівці, вул. Коцюбинського, 2
DOI: https://doi.org/10.7124/visnyk.utgis.17.2.1220

Анотація

Мета. У всіх еукаріотичних організмів в геномі присутня ділянка, яка кодує 5S рРНК (5S рДНК). 5S рДНК являє собою універсальну модель для вивчення молекулярної еволюції тандемно організованих повторюваних послідовностей. Втім, у родині Solanaceae молекулярна організація 5S рДНК досліджена лише для кількох родів. У зв’язку з цим нами було вирішено охарактеризувати будову 5S рДНК Mandragora autumnalis, представника триби Mandragoreae, яка займає ізольоване положення у родині Пасльонові. Методи. ПЛР-ампліфікація, клонування та розшифрування нуклеотидної послідовності. Результати. Сиквеновано дві клоновані послідовності 5S рДНК M. autumnalis. Встановлено, що в геномі цього виду присутній лише один клас повторів 5S рДНК, які мають міжгенний спейсер (МГС) довжиною 103 нп. Це – найменший розмір МГС, відомий на сьогодні для родини Solanaceae. Нуклеотидна послідовність МГС M. autumnalis демонструє помірний рівень подібності з МГС інших представників підродини Solanoideae. Висновки. Отримані результати підтримують існуючі уявлення про ізольоване таксономічне положення роду Mandragora в межах підродини Solanoideae. Найвищій рівень подібності притаманний ділянкам МГС, які відповідають потенційним зовнішнім елементам промотора та термінатора РНК-полімерази III. Мутації, які виникали у частині МГС перед кодувальною ділянкою, мали компенсаторний характер, що забезпечувало збереження зовнішніх елементів промотора протягом еволюції.
Ключові слова: 5S рДНК, міжгенний спейсер, молекулярна еволюція, Mandragora autumnalis, Solanaceae.

Посилання

Davidjuk Y. M., Moloda O. O., Volkov R. A. Molecular organization of 5S rDNA of Solanum betaceum Cav. Visnik ukrains’kogo tovaristva genetikiv i selekcioneriv. 2013. Vol. 11. No 1. P. 14–19.

Rusak О. О., Petrashchuk V. I., Panchuk І. І., Volkov R. A. Molecular organization of 5S rDNA in two Ukrainian populations of sycamore (Аcer pseudoplatanus). Visnik ukrains’kogo tovaristva genetikiv i selekcioneriv. 2016. Vol. 14. No. 2. P. 216–220. doi: 10.7124/visnyk.utgis.14.2.691.

Tynkevich Y. O., Nevelska A. O., Chorney I. I., Volkov R. A. Organization and variability of the 5S rDNA intergenic spacer of Lathyrus venetus. Visnik ukrains’kogo tovaristva genetikiv i selekcioneriv. 2015. Vol. 13. No 1. P. 81–87.

Shelyfist A. Y., Tynkevich Y. O., Volkov R. A. Molecular organization of 5S rDNA of Brunfelsia uniflora (Pohl.) D. Don. Visnik ukrains’kogo tovaristva genetikiv i selekcioneriv. 2018. Vol. 16, No 1. P. 61–68. doi: 10.7124/visnyk.utgis.16.1.903.

Altschul S. F., Madden T. L., Schäffer A. A., Zhang J., Zhang Z., Miller W., Lipman D. J. Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs. Nucl. Acids Res. 1997. Vol. 25. No 17. P. 3389–3402. doi: 10.1093/nar/25.17.3389.

Barciszewska M. Z., Szymañski M., Erdmann V. A., Barciszewski J. Structure and functions of 5S rRNA. Acta Biochim. Polon. 2001. Vol. 48. No 1. P. 191–198.

Bolsheva N. L., Melnikova N. V., Kirov I. V., Speranskaya A. S., Krinitsina A. A., Dmitriev A. A., Rozhmina T. A. 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. doi: 10.1186/s12862–017–1105–x.

Cloix C., Tutois S. Analysis of 5S rDNA arrays in Arabidopsis thaliana: physical mapping and

chromosome-specific polymorphisms. Genom Res. 2000. Vol. 10. P. 679–690. doi: 10.1101/gr.10.5.679.

Cloix C., Yukawa Y., Tutois S., Sugiura M., Tourmente S. In vitro analysis of the sequences required for transcription of the Arabidopsis thaliana 5S rRNA genes. Plant J. 2003. Vol. 35. P. 251–226. doi: 10.1046/j.1365-313X.2003.01793.x.

Davidjuk Y. M., Hemleben V., Volkov R. A. Structural organization of 5S rDNA of eggplant, Solanum melongena L. Biol. Systems. 2010. Vol. 2. No 1. P. 3–6.

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. doi: 10.1038/sj.hdy.6800964.

Feng S., Zhu Y., Yu C., Jiao K., Jiang M., Lu J., Shen C., Ying Q., Wang H. Development of speciesspecific SCAR markers, based on a SCoT analysis, to authenticate Physalis (Solanaceae) species. Frontiers in Genetics. 2018. Vol. 9. Article 192. doi: 10.3389/fgene.2018.00192.

Ganaie M., Raja V., Reshi Z. A., Verma V. Family Solanaceae: Taxonomy and modern trends. Ann. Plant Sci. 2018. Vol. 7. No 9. P. 2403–2414. doi: 10.21746/aps.2018.7.9.1.

Ishchenko O. O., Panchuk I. I., Andreev I. O., Kunakh V. A., Volkov R. A. Molecular organization of 5S ribosomal DNA of Deschapmpsia antarctica. Cytol. Genet. 2018. Vol. 52. No 6. P. 416–421. doi: 10.3103/S0095452719010146.

Layat E., Sáez-Vásquez J., Tourmente S. Regulation of Pol I-Transcribed 45S rDNA and Pol III-Transcribed 5S rDNA in Arabidopsis. Plant Cell Physiol. 2012. Vol. 53. No 2. P. 267–276. doi: 10.1093/pcp/pcr177.

Leśniewska E., Boguta M. Novel layers of RNA polymerase III control affecting tRNA gene transcription in eukaryotes. Open Biol. 2017. Vol. 7. No 2. doi: 10.1098/rsob.170001.

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. No 1. P. 80–99. doi: 10.1111/boj.12452.

Olmstead R. G., Bohs L., Migid H. A., SantiagoValentin E., Garcia V. F., Collier S. M. A molecular phylogeny of the Solanaceae. Taxon. 2008. Vol. 57. No 4. Р. 1159–1181. doi: 10.1002/tax.574010.

Park Y. K., Park K. C., Park C. H., Kim N. S. Chromosomal localization and sequence variation of 5S rRNA gene in five Capsicum species. Mol. Cells. 2000. Vol. 10. No 1. P. 18–24. doi: 10.1007/s10059-000-0018-4.

Porebski S., Bailey L. G., Baum B. R. Modification of a CTAB DNA extraction protocol for plants containing high polysaccharide and polyphenol components. Plant Mol. Biol. Rep. 1997. Vol. 15. No 1. P. 8–15. doi: 10.1007/BF02772108.

Ranaweera L. T., Hancock J. F., Weebadde C. K., Sooriyapathirana S. D. S. S. Phylogeographic and phylogenetic analyses of selected set of wild and naturalized Solanum spp. in Sri Lanka Ceylon J. Sci. 2018. Vol. 47. No 1. P. 85–93. doi: 10.4038/cjs.v47i1.7491.

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.

Sergeeva E. M., Shcherban A. B., Adonina I. G., Nesterov M. A., Beletsky A. V., Rakitin A. L., Mardanov A. V., Ravin N. V., Salina E. A. Fine organization of genomic regions tagged to the 5S rDNA locus of the bread wheat 5B chromosome. BMC Plant Biol. 2017. Vol.17: 183. P. 144–155. doi: 10.1186/s12870-017-1120-5.

Simeone M. C., Cardoni S., Piredda R. Imperatori F., Avishai M., Grimm G.W., Denk T. Comparative systematics and phylogeography of Quercus section Cerris in western Eurasia: inferences from plastid and nuclear DNA variation. Peer J. 2018. doi: 10.7717/peerj.5793.

Simon L., Rabanal F. A., Dubos T., Oliver C., Lauber D., Poulet A., Vogt A., Mandlbauer A., Le Goff S., Sommer A., Duborjal H., Tatout C., Probst A. V. Genetic and epigenetic variation in 5S ribosomal RNA genes reveals genome dynamics in Arabidopsis thaliana. Nucl. Acids Res. 2018. Vol. 46. No 6. P. 3019–3033. doi: 10.1093/nar/gky163.

Sun Y. L., Kang H. M., Kim Y. S., Baek J. P., Zheng S. L., Xiang J. J., Hong S. K. Tomato (Solanum lycopersicum) variety discrimination and hybridization analysis based on the 5S rRNA region. Biotechnology & Biotechnological Equipment. 2014. Vol. 28. No. 3. Р. 431–437. doi: 10.1080/13102818.2014.928499.

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. Р. 4673–4680. doi: 10.1093/nar/22.22.4673.

Tu T., Volis S., Dillon M. O., Sun H., Wen J. Dispersals of Hyoscyameae and Mandragoreae (Solanaceae) from the New World to Eurasia in the early Miocene and their biogeographic diversification within Eurasia. Mol. Phylogen. Evol. 2010. Vol. 57. Р. 1226–1237. doi: 10.1016/j.ympev.2010.09.007.

Tynkevich Y. O., Volkov R. A. 5S ribosomal DNA of distantly related Quercus species: molecular organization and taxonomic application. Cytol. Genet. 2019. Vol. 53. No 6. P. 26–35. doi: 10.3103/S0095-452719060100.

Tynkevich Y. O., Volkov R. A. Structural organization of 5S ribosomal DNA in Rosa rugosa. Cytol. Genet. 2014. Vol. 48. No 1. P. 3–9. doi: 10.3103/S00954-52714010095.

Volis S., Fogel K., Tu T., Sun H., Zaretsky M. Evolutionary history and biogeography of Mandragora L. (Solanaceae). Mol. Phylogen. Evol. 2018. Vol. 129. P. 85–95. doi: 10.1016/j.ympev.2018.08.015.

Volis S., Tu T., Deng T., Zaretsky M., Fogel K., Sun H. Phylogeographic study of Mandragora L. reveals a case of ancient human assisted migration. Israel J. Plant Sci. 2015. Vol. 62. No. 3, 176–186. doi: 10.1080/07929978.2015.1063922.

Volkov A. R., Panchuk I. I. 5S rDNA of Dactylis glomerata (Poaceae): molecular organization and taxonomic application. Visnik ukrains’kogo tovaristva genetikiv i selekcioneriv. 2014. Vol. 12. No 1. Р. 3–11.

Volkov R. A., Panchuk I. I., Borisjuk N. V., HosiawaBaranska M., Maluszynska J., Hemleben V. Evolutional dynamics of 45S and 5S ribosomal DNA in ancient allohexaploid Atropa belladonna. BMC Plant Biology. 2017. Vol. 17: 21. doi: 10.1186/s12870-017-0978-6.

Volkov R. A., Zanke C., Panchuk I. I., Hembleben V. Molecular evolution of 5S rDNA of Solanum species (sect. Petota): application for molecular phylogeny and breeding. Theor. Appl. Genet. 2001. Vol. 103. No 8. P. 1273–1282. doi: 10.1007/s001220100670