Організація 5S рибосомної ДНК Litchi chinensis Sonn.

  • О. О. Іщенко Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Україна, 58012, м. Чернівці, вул. Коцюбинського, 2
  • В. В. Козуб Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Україна, 58012, м. Чернівці, вул. Коцюбинського, 2
  • І. І. Панчук Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Україна, 58012, м. Чернівці, вул. Коцюбинського, 2
DOI: https://doi.org/10.7124/visnyk.utgis.18.1-2.1348

Анотація

Мета. 5S рибосомна ДНК (5S рДНК) являє собою універсальну модель для вивчення еволюції повторюваних послідовностей у еукаріотичних організмів. Беручи до уваги, що ця ділянка геному все ще залишається майже неописаною у видів родини Sapindaceae, ми дослідили мо­лекулярну організацію повторюваної одиниці 5S рДНК у представника цєї родини Litchi chinensis. Методи. ПЛР-ампліфікація, клонування та розшифрування нуклеотидної послідовності 5S рДНК. Результати. Встановлено, що довжина повторюваної ділянки 5S рДНК L. chinensis становить 321-323 нп. Рівень внутрішньогеномної подібності повторів 5S рДНК становить 87,1 %. Потенційні зовнішні елементи промотора РНК-полімерази ІІІ, які локалізу­ються у IGS, відрізняються від описаних раніше для представників інших родин покрито­насінних рослин. Висновки. У геномі L. chinensis присутні як мінімум два класи повторів 5S рДНК, які, зокрема, різняться послідовністю частини IGS, що містить зовнішні елементи промотора.
Ключові слова: 5S рДНК, молекулярна еволюція, Litchi chinensis, Sapindaceae

Посилання

Barciszewska M. Z. Szymanski M., Erdmann V. A., Barciszewski J. Structure and functions of 5S rRNA. Acta Biochim. Polon. 2001. Vol. 48(1). P. 191-198.

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.

Besendorfer V., Krajacic-Sokol I., Jelenic S., Puizina J., Mlinarec J., Sviben T., Papes D. Two classes of 5S rDNA unit arrays of the silver fir, Abies alba Mill.: structure, localization and evolution. Theor. Appl. Genet. 2005. Vol. 110(4). P. 730-741. doi: 10.1007/s00122-004-1899-y.

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.

de Jong P. C. Worldwide maple diversity. In: Wiegrefe SJ, Angus H, Otis D, Gregorey P (eds) Proceedings of the International Maple symposium 02. Gloucestershire: Westonbirt Arboretum and the Royal Agricultural College, 2002. P. 2-11.

de Souza T. B., Gaeta M. L., Martins C, Vanzela A. L. L. IGS sequences in Cestrum present AT-and GC-rich conserved domains, with strong regulatory potential for 5S rDNA. Mol. Biol. Reports. 2020. Vol. 47. P. 55-66. doi: 10.1007/s11033-019-05104-y.

Denk T., Grimm G. W. The oaks of western Eurasia: traditional classifications and evidence from two nuclear markers. Taxon. 2010. Vol. 59(2). P. 351-366. doi: 10.1002/tax.592002.

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.

Fulnecek J., Lim K., Leitch A., Kovarik A., Matyasek R. Evolution and structure of 5S rDNA loci in allotetraploid Nicotiana tabacum and its putative parental species. Heredity. 2002. Vol. 88. P. 19-25. doi: 10.1038/sj.hdy.6800001.

Garcia S., Wendel J. F., Borowska-Zuchowska N., Ainouche M., Kuderova A., Kovarik A. The Utility of Graph Clustering of 5S Ribosomal DNA homoeologs in plant allopolyploids, homoploid hybrids, and cryptic introgressants. Front. Plant Sci. 2020. Vol. 11. P. 41. doi: 10.3389/fpls.2020.00041.

Harris A. J., Chen Y. S., Olsen R. T., Lutz S., Wen J. On merging Acer sections Rubra and Hyptiocarpa: molecular and morphological evidence. Phytokeys. 2017. Vol. 86. P. 9-42. doi: 10.3897/phytokeys.86.13532.

Ishchenko O. O, Mel’nyk V. M., Parnikoza I. Y., Budzhak V. V., Panchuk I. I., Kunakh V. A., Volkov R. A. Molecular organization of 5S ribosomal DNA and taxonomic status of Avenella flexuosa (L.) Drejer (Poaceae). Cytol. Genet. 2020. Vol. 54(6). P. 505-513. doi: 10.3103/S0095452720060055.

Ishchenko O. O., Panchuk I. I., Andreev I. O., Kunakh V. A., Volkov R. A. Molecular organization of 5S ribosomal DNA of Deschampsia antarctica. Cytol. Genet. 2018. Vol. 52(6). P. 416-421. doi: 10.3103/S0095452718060105.

Ishchenko O. O., Panchuk I. I., Volkov R. A. Organization of 5S rDNA of field maple (Acer campestre L.). Sci. Herald Chernivtsy University. Biol. (Biol. Systems). 2019. Vol. 11(2). P. 40-45. [in Ukrainian]. doi: 10.31861/biosystems2019.01.040.

Kubis S. E., Heslop-Harrison. J. S., Desel C., Schmidt T. The genomic organization of non-LTR retrotransposons (LINEs) from three Beta species and five other angiosperms. Plant Mol. Biol. 1998. Vol. 36. P. 821-831.

Larkin M. A., Blackshields G., Brown N. P. et al. Clustal W and Clustal X version 2.0. Bioinformatics. 2007. Vol. 23(21). P. 2947-2948. doi: 10.1093/bioinformatics/btm404.

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.

Lee S. I., Kim N. S. Transposable elements and genome size variations in plants. Genomics Inform. 2014. Vol. 12(3). P. 87. doi: 10.5808/GI.2014.12.3.87.

Menzel C. The lychee crop in Asia and the Pacific. Bangkok: FAO, 2002. 108 p.

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.

Panchuk I. I., Kasijanchuk R. M., Volkov R. A. Subrepeats in 5S rDNA as a molecular marker in populations of Acer platanoides L. Factors Exp. Evol. Organisms 2019. Vol. 25. P. 80-85. [in Ukrainian]. doi: 10.7124/FEEO.v25.1143.

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. 137-154. doi: 10.1139/G07-111.

Pfosser M. F., Guzy-Wrobelska J., Sun B. Y., Stuessy T. F., Sugawara T., Fujii N. The origin of species of Acer (Sapindaceae) endemic to Ullung Island, Korea. Syst. Bot. 2002 Vol. 27(2). P. 351367. doi: 1043/0363-6445-27.2.351.

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(1). P. 8-15. doi: 10.1007/BF02772108.

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). Bull. Vavilov Soc. Genet. Breed. Ukraine. 2016. Vol. 14(2). P. 216-220. [in Ukrainian]. doi: 10.7124/visnyk.utgis.14.2.691.

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 А. Y., Yakobyshen D. V., Volkov R. A. Molecular structure of 5S rDNA of Mandragora autumnalis Bertol. Bull. Vavilov Soc. Genet. Breed. Ukraine. 2019. Vol. 17(2). P. 187-195. [in Ukrainian]. doi: 10.7124/visnyk.utgis.17.2.1220.

Simon L., Rabanal F. A., Dubos T., Oliver C., Lauber D., Poulet A., Vogt A., Mandlbauer A., LeGoff 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(6). P. 3019-3033. doi: 10.1093/nar/gky163.

Stratiichuk A. S., Derevenko T. O., Tynkevych Y. O. Organization of 5S rDNA repeated unit of Quercus imbricaria Michx. Bull. Vavilov Soc. Genet. Breed. Ukraine. 2019. Vol. 17(2). P. 179-186. [in Ukrainian]. doi: 10.7124/visnyk.utgis.17.2.1219.

Tynkevich Y. O., Nevelska A. O., Chorney I. I, Volkov R. A. Organization and variability of the 5S rDNA intergenic spacer of Lathyrus venetus. Bull. Vavilov Soc. Genet. Breed. Ukraine. 2015. Vol. 13(1). P. 81-87. [in Ukrainian].

Tynkevich Y. O., Volkov R. A. 5S ribosomal DNA of distantly related Quercus species: molecular organization and taxonomic application. Cytol. Genet. 2019. Vol. 53(6). P. 459-466. doi: 10.3103/S0095-452719060100.

Tynkevich Y. 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. [in Ukrainian].

Volkov R. A., Panchuk I. I., Borisjuk N. V., Hosiawa-Baranska M, Maluszynska J. Hemleben V. Evolutional dynamics of 45S and 5S ribosomal DNA in ancient allohexaploid Atropa belladonna. BMC Plant Biol. 2017. Vol. 17(21). P. 1-15. doi: 10.1186/s12870-017-0978-6.

Zhu X. Y., Cai D. T., Ding Y. Molecular and cytological characterization of 5S rDNA in Oryza species: genomic organization and phylogenetic implications. Genome. 2008. Vol. 51. P. 332-340. doi: 10.1139/G08-016.