Молекулярна організація міжгенного спейсера 5S рДНК Gentiana pneumonanthe L. і G. punctata L.

  • В. М. Мельник Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, Україна, 03143, м. Київ, вул. Акад. Заболотного, 150
  • І. О. Андрєєв Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, Україна, 03143, м. Київ, вул. Акад. Заболотного, 150
  • Г. Ю. Мирюта Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, Україна, 03143, м. Київ, вул. Акад. Заболотного, 150
  • А. Є. Шелифіст 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
  • В. А. Кунах Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, Україна, 03143, м. Київ, вул. Акад. Заболотного, 150
DOI: https://doi.org/10.7124/visnyk.utgis.18.1-2.1349

Анотація

Мета. Метою роботи було клонування і аналіз молекулярної організації міжгенного спейсера (МГС) 5S рДНК двох видів роду Gentiana флори України, а саме G. pneumonanthe L. і G. punctata L. Методи. Послідовність МГС 5S рДНК ампліфікували методом полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) з використанням пари праймерів, специфічних до кодувальної ділянки гена. Отримані ПЛР-продукти фракціонували гель-електрофорезом, очищали, лігували в плазміду pUCl8, клонували в E. coli та сиквенували. Нуклеотидні послідовності вирівнювали із використанням алгоритму Muscle та аналізували у програмі Unipro UGENE. Результати. Клоновано та визначено нуклеотидну послідовність ділянки міжгенного спейсера генів 5S рРНК двох видів роду Gentiana флори України G. pneumonanthe і G. punctata. На основі вирівнювання послідовностей п’яти видів роду з трьох секцій встановлено деякі особливості молекулярної організації МГС генів 5S рРНК у вивчених представників роду. Показано наявність типових для інших родин покритонасінних рослин мотивів, а саме – консервативного оліго-dT мотиву на початку МГС, який відіграє роль ділянки термінації транскрипції, та АТ-багатої ділянки, що передує кодувальному регіону гена 5S рРНК, водночас в ділянці ініціації транскрипції замість консервативного GC елемента в положенні -13 знаходиться АС. Висновки. Встановлено міжвидову мінливість молекулярної організації МГС Gentiana, що може бути використано для уточнення філогенетичних відносин між представниками цього роду.
Ключові слова: Gentiana, міжгенний спейсер 5S рДНК, молекулярна організація, філогенія

Посилання

Andreev I. O., Mel’nyk V. M., Myryuta G. Yu., Kunakh V. A. Polymorphism of 5S rDNA intergenic spacer in some Gentiana species. Factors in Experimental Evolution of Organisms. 2017. Vol. 20. P. 42-46. [in Ukrainian]. doi: 10.7124/FEEO.v20.731.

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.

Edgar R.C. MUSCLE: multiple sequence alignment with high accuracy and high throughput. Nucleic Acids Res. 2004. Vol. 32(5). P. 1792-1797. doi: 10.1093/nar/gkh340.

Favre, A., Matuszak, S., Sun, H., Liu, E., Yuan, Y., Muellner-Riehl, A. Two new genera of Gentianinae (Gentianaceae): Sinogentiana and Kuepferia supported by molecular phylogenetic evidence. Taxon. 2014. Vol. 63, No. 2. P. 342-354. doi: 10.12705/632.5.

Favre A., Yuan Y., Küpfer P., Alvarez N. Phylogeny of subtribe Gentianinae (Gentianaceae): Biogeographic inferences despite limitations in temporal calibration points. Taxon. 2010. Vol. 59, No. 6, P. 1701-1711. doi: 10.1002/tax.596005.

Gielly L., Taberlet P. The use of chloroplast DNA to resolve plant phylogenies: noncoding versus rbcL sequences. Mol. Biol. Evol. 1994. Vol. 11, No. 5. P. 769-777. doi: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040157

Gielly L., Yuan Y. M., Kupfer P., Taberlet P. Phylogenetic use of noncoding regions in the genus Gentiana L.: Chloroplast trnL (UAA) intron versus nuclear ribosomal internal transcribed spacer sequences. Mol. Phylogenet. Evol. 1996. Vol. 5, No. 3. P. 460-466. doi: 10.1006/mpev.1996.0042.

Hammerli M. Molecular aspects in systematics of Gentiana Sect. Calathianae Froel. / Theses for obtaining scient. degree of Dr. of Sci. Neuchâtel, 2007. 99 p. Retrieved from: https://doc.rero.ch/record/8521/files/these_HaemmerliM.pdf.

Ho T.-N., Liu S.-W. The infrageneric classification of Gentiana (Gentianaceae). Bull. Br. Mus. (Nat. Hist.), Bot. 1990. Vol. 20, No. 2. P. 169-192.

Ho T.-N., Liu S.-W Lu X.-F. A phylogenetic analysis of Gentiana (Gentianaceae). Acta Phytotaxonomica Sinica. 1996. Vol. 34, No. 5. P. 505-530.

Hungerer K. B., Kadereit J. W. The phylogeny and biogeography of Gentiana L. sect. Ciminalis (Adans.) Dumort.: A historical interpretation of distribution ranges in the European high mountains. Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics. 1998. V. 1/1. P. 121-135. doi: 10.1078/1433-8319-00055.

Ishchenko O. O., Bednarska I. O., Panchuk I. I. Application of 5S ribosomal DNA for molecular taxonomy of subtribe Loliinae (Poaceae). Cytol. Genet. 2021. Vol. 55, No. 1. P. 10-18. doi: 10.3103/S0095452721010096

Ishchenko O. O., Panchuk I. I., Volkov R. A. Organization of 5S rDNA of field maple (Acer campestre L.). Scientific Herald of Chernivtsy University. Biology (Biological Systems). 2019. Vol. 11 (1), P. 40-45. [in Ukrainian]. doi: 10.31861/biosystems2019.01.040.

Jensen S. R., Schripsema J. Chemotaxonomy and pharmacology of Gentianaceae. Gentianaceae: Systematics and Natural History / Struwe L., Albert V. A. (eds.). Cambridge, U. K.: Cambridge University Press, 2002. P. 573-632. doi: 10.1017/CBO9780 511541865.007

Kumar S., Stecher G., Li M., Knyaz C., Tamura K. MEGA X: Molecular Evolutionary Genetics Analysis across computing platforms. Molecular Biology and Evolution. 2018. Vol. 35, No 6. P. 1547-1549. doi: 10.1093/molbev/msy096.

Kunakh V. A., Mel’nyk V. М., Drobyk N. М., Andreev I. O., Spiridonova K. V., Twardovska M. O., Konvalyuk I. I., Adonin V. I. Genetic variation induced by tissue and organ culture in Gentiana species. In: Rybczynski J. J., Davey M. R., Mikula A. (Eds.). The Gentianaceae. Vol. 2. Biotechnology and Applications. Springer Heidelberg, New York, Dordrecht, London, 2015: 199-238. doi: 10.1007/978-3-642-54102-5_9

Layat E., Sâez-Vâsquez J., Tourmente S. Regulation of Pol I-transcribed 45S rDNA and Pol III-transcribed 5S rDNA in Arabidopsis. Plant and Cell Physiology. 2012. Vol. 53, No. 2. P. 267-276. doi: 10.1093/pcp/pcr177.

Madeira F., Park Y. M., Lee J., Buso N., Gur T., Madhusoodanan N., Basutkar P., Tivey A. R. N., Potter S. C., Finn R. D., Lopez R. The EMBL-EBI search and sequence analysis tools APIs in 2019. Nucleic Acids Res. 2019. Vol. 47(W1). P. W636-W641. doi: 10.1093/nar/gkz268.

Mel'nyk V. M. Polymorphism of nuclear 5S ribosomal DNA of some Gentiana L. species. The Bulletin of Vavilov Society of Geneticists and Breeders of Ukraine. 2013. 11(1). P. 92-95. [in Ukrainian].

Mel’nyk V. М., Drobyk N. М., Twardovska M. O., Kunakh V. A. Karyology of European Species of Genus Gentiana L. In: Rybczynski J. J., Davey M. R., Mikula A. (Eds.). The Gentianaceae. Vol. 1. Characterization and Ecology. Springer Heidelberg, New York, Dordrecht, London, 2014. P. 219-230. doi: 10.1007/978-3-642-54010-3_7.

Okonechnikov K., Golosova O., Fursov M., the UGENE team. Unipro UGENE: a unified bioinformatics toolkit. Bioinformatics. 2012. Vol. 28. P. 1166-1167. doi: 10.1093/bioinformatics/bts091.

Rogers I., Bendich A. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh herbarium and mummified plant tissues. Plant Mol. Biology. 1985. Vol. 5. P. 69-76. doi: 10.1007/BF00020088.

Shelyfist A. Y., Yakobyshen D. V., Volkov R. A. Molecular structure of 5S rDNA of Mandragora autumnalis Bertol. The Bulletin of Vavilov Society of Geneticists and Breeders of Ukraine. 2019. Vol. 17(2). P. 187-195. [in Ukrainian]. doi: 10.7124/visnyk. utgis.17.2.1220

Strashniuk N. M., Hrytsak L. R., Les’kova O. M., Mel’nyk V. М. Gentiana L. species of Ukrainian flora in nature and in culture in vitro. Ukr. Bot. J. 2005. Vol. 62(3). P. 337-348. [in Ukrainian].

Struwe L., Klackenberg J., Kadereit J. W., Nilsson S., Thiv M., von Hagen K. B., Albert V. A. Systematics, character evolution, and biogeography of Gentianaceae, including a new tribal and subtribal classification. Gentianaceae: Systematics and Natural History / Struwe L., Albert V. A. (eds.). Cambridge, U. K.: Cambridge University Press, 2002. P. 21-309. doi: 10.1017/CBO9780511541865.003.

Tutin T. G. Gentianaceae. In: Tutin T. G., Haywood V. H., Burges N. A., Moore D. M., Valentine D. H., Walters S. M., Webb D. A. (eds) Flora Europea. 1972. Vol 3. Cambridge Univ Press, Cambridge, P. 59-63.

Tynkevich Y. O., Nevelska А. О., Chorney І. І., Volkov R. А. 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. [in Ukrainian].

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].

Tynkevich Yu. O., Bushyla K. D., Volkov R. A. Organization of the 5S rDNA intergenic spacer of Quercus rubra L. and its relationship to the Ukrainian Quercus species. Factors in Experimental Evolution of Organisms. 2020. Vol. 26. P. 125-131. [in Ukrainian]. doi: 10.7124/FEEO.v26.1254.

Volkov R. A., Panchuk, I. I. 5S rDNA of Dactylus 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.

Wong K. L., But P. H., Shaw P. C. Evaluation of seven DNA barcodes for differentiating closely related medicinal Gentiana species and their adulterants. Chinese medicine. 2013. Vol. 8, No 1. P. 16. doi: 10.1186/1749-8546-8-16.

Yuan Y.-M., Kupfer Ph. The monophyly and rapid evolution of Gentiana sect. Chondrophyllae Bunge s.l. (Gentianaceae): evidence for nucleotide sequences of the internal transcribed spacers (ITS) of nuclear ribosomal DNA. Bot. J. Linn. Soc. 1997. Vol.123. P. 25-43. doi: 10.1111/j.1095-8339.1997.tb01403.x.

Yuan Y.-M., Kupfer Ph., Doyle J. J. Infrageneric phylogeny of the genus Gentiana (Gentianaceae) inferred from nucleotide sequences of the internal transcribed spacers (ITS) of nuclear ribosomal DNA. Amer. J. Bot. 1996. Vol.83, No. 5. P. 641-652. doi: 10.1002/j.1537-2197.1996.tb12750.x.