Аналіз нуклеотидних послідовностей бактеріальних ретроінтронів на наявність гомології до еукаріотних МГЕ

  • О. В. Підпала Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, Україна, 03143, м. Київ, вул. Академіка Заболотного, 150 https://orcid.org/0000-0002-9446-1590
  • Л. Л. Лукаш Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, Україна, 03143, м. Київ, вул. Академіка Заболотного, 150 https://orcid.org/0000-0003-4522-1600
DOI: https://doi.org/10.7124/visnyk.utgis.22.1-2.1683
Ключові слова: ретроелементи, ретроінтрони, еукаріотні МГЕ

Анотація

Мета. Проаналізувати послідовності бактеріальних ретроінтронів на наявність гомології до представників різних класів еукаріотних мобільних генетичних елементів (МГЕ). Методи. Нуклеотидні послідовності бактеріальних інтронів ІІ групи взято для аналізу із бази даних Database for Bacterial Group II Introns. Результати пошуку та ідентифікації МГЕ здійснено за допомогою програми CENSOR. Результати. У проаналізованих послідовностях бактеріальних ретроінтронів виявлено фрагменти послідовностей обох класів еукаріотних МГЕ у різноманітних комбінаціях: non-LTR; LTR; DNA; non-LTR+LTR; non-LTR+DNA; LTR+DNA; non-LTR+LTR+DNA. Найбільша група ретроінтронів містить МГЕ різних класів.Висновки. Бактеріальні ретроінтрони можуть бути не лише предками non-LTR ретроелементів, але і носіями фрагментарних нуклеотидних послідовностей для формування різноманітних еукаріотних МГЕ.

Посилання

Almojil D., Bourgeois Y., Fali M., Hariyani I., Wilcox J., Boissinot S. The structural, functional and evolutionary impact of transposable elements in eukaryotes. Genes. 2021. Vol. 12, № 6. P. 918. doi: 10.3390/genes12060918.

Alzohairy A.M., Gyulai G., Jansen R.K., Bahieldin A. Transposable elements domesticated and neofunctionalized by eukaryotic genomes. Plasmid. 2013. Vol. 69, № l. P. l-15. doi:10.1016/j.plasmid.2012.08.001.

Bao W., Kapitonov V.V., Jurka J. Ginger DNA transposons in eukaryotes and their volutionary relationships with long terminal repeat retrotransposons. Mob. DNA. 2010. Vol. 1, № 1. P. 3. doi: 10.1186/1759-8753-1-3.

Bao W., Kojima K. K., Kohany O. Repbase Update, a database of repetitive elements in eukaryotic genomes. 2015. Mobile DNA. Vol. 6. P. 11-17. doi: 10.1186/s13100-015-0041-9.

Candales M.A., Duong A., Hood K.S., Li T., Neufeld R.A., Sun R., McNeil B.A., Wu L., Jarding A.M., Zimmerly S. Database for bacterial group II introns. Nucleic Acids Res. 2012. Vol. 40, № 1. D187-90. doi: 10.1093/nar/gkr1043.

Capy P., Langin T., Higuet D., Maurer P., Bazin C. Do the integrases of LTR-retrotransposons and class II element transposases have a common ancestor? Genetica. 1997. Vol. 100. P. 63-72. doi: 10.1023/A:1018300721953.

Dai L., Zimmerly S. Compilation and analysis of group II intron insertions in bacterial genomes: evidence for retroelement behavior. Nucleic Acids Res. 2002. Vol. 30, № 5. P. 1091-1102. doi: 10.1093/nar/30.5.1091.

Dai L., Toor N., Olson R., Keeping A., Zimmerly S. Database for mobile group II introns Nucleic Acids Research. 2003. Vol. 31, № 1. P. 424–426. doi: 10.1093/nar/gkg049.

Danilevskaya O.N., Traverse K.L., Hogan N.C., DeBaryshe P.G., Pardue M.L. The two Drosophila telomeric transposable elements have very different patterns of transcription. Mol. Cell. Biol. 1999. Vol. 19, № 1. P. 873–881. doi: 10.1128/mcb.19.1.873.

Fedoroff N. V. How transposition was discovered. Nat. Struct. Biol. 2001. Vol. 8, № 4. P. 300-301. doi: 10.1038/86161.

Feschotte C., Pritham E.J. DNA transposons and the evolution of eukaryotic genomes. Annu. Rev. Genet. 2007. Vol. 41. P. 331–368. doi:10.1146/annurev.genet.40.110405.090448.

Fischer M.G., Suttle C.A. A virophage at the origin of large DNA transposons. Science. 2011. Vol. 332, № 6026. P. 231–234. doi: 10.1126/science.1199412.

Garavís M., González C., Villasante A. On the origin of the eukaryotic chromosome: the role of noncanonical DNA structures in telomere evolution. Genome Biol. Evol. 2013. Vol. 5, № 6. P. 1142–1150. doi: 10.1093/gbe/evt079.

Hellen E.H.B., Brookfield J.F.Y. Transposable element invasions. Mob. Genet.Elements. 2013. Vol. 3, № 1. e23920. doi: 10.4161/mge.23920.

Hickey D.A. Evolutionary dynamics of transposable elements in prokaryotes and eukaryotes. Genetica. 1992. Vol. 86, № l-3. P. 269-274. doi: 10.1007/BF00133725.

Hickman A.B., Chandler M., Dyda F. Integrating prokaryotes and eukaryotes: DNA transposases in light of structure. Biochem. Mol. Biol. 2010. ol. 45, № 1. P. 50-69. doi: 10.3109/10409230903505596.

Kapitonov V.V., Jurka J. Rolling circle transposons in eukaryotes. Proc. Nat. Acad. Sci.USA. 2001. Vol. 98, № 15. P. 8714–8719. doi: 10.1073/pnas.151269298.

Kapitonov V.V., Jurka J. Self-synthesizing DNA transposons in eukaryotes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006. Vol.103, № 12. P. 4540–4545. doi: 10.1073/pnas.0600833103.

Kennell J.C., Moran J.V., Perlman P.S., Butow R.A., Lambowitz A.M. Reverse transcriptase activity associated with maturase-encoding group II introns in yeast mitochondria. Cell. 1993. Vol. 73, № 1. P. 133–146. doi: 10.1016/0092-8674(93)90166-n.

Kim A., Terzian C., Santamaria P., Pe´lisson A., Purd'homme N., Bucheton A. Retroviruses in invertebrates: the gypsy retrotransposon is apparently an infectious retrovirus of Drosophila melanogaster. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994. Vol. 91, № 4. P. 1285-1289. doi: 10.1073/pnas.91.4.1285.

Kohany O., Gentles A.J., Hankus L., Jurka J. Annotation, submission and screening of repetitive elements in Repbase: RepbaseSubmitter and Censor. BMC Bioinformatics. 2006.

Vol. 7. P. 474. doi: 10.1186/1471-2105-7-474.

Kojima K.K. Structural and sequence diversity of eukaryotic transposable elements. Genes and Genetic Systems. 2019. Vol. 94, № 6. P. 233-252. doi: 10.1266/ggs.18-00024.

Lambowitz A.M., Belfort M. Mobile bacterial group II introns at the crux of eukaryotic evolution. Microbiol Spectr. 2015. Vol. 3, № 1. MDNA3–MDNA0050. doi:10.1128/microbiolspec. MDNA3-0050-2014.

Llorens C., Muñoz-Pomer A., Bernad L., Botellan H., Moya A. Network dynamics of eukaryotic LTR retroelements beyond phylogenetic trees. Biol. Direct. 2009. Vol. 4. P. 41. doi:10.1186/1745-6150-4-41.

Malik H. S., Burke W.D., Eickbush T.H. The age and evolution of non-LTR retrotransposable elements. 1999. Mol. Biol. Evol. Vol. 16, № 6. P. 793-805. doi:10.1093/oxfordjournals.molbev.a026164.

Malik H.S., Eickbush T.H. Phylogenetic analysis of ribonuclease H domains suggests a late, chimeric origin of LTR retrotransposable elements and retroviruses. Genome Res. 2001. Vol. 11, № 7. P. 1187-1197. doi: 10.1101/gr.185101.

McClure M.A. Evolution of retroposons by acquisition or deletion of retrovirus-like genes. Mol.Biol.Evol. 1991.Vol. 8, № 6. P. 835–856. doi:10.1093/oxfordjournals.molbev.a040686.

Novikova O.S., Blinov A.G. Origin, evolution, and distribution of different groups of non-LTR retrotransposons among eukaryotes. Genetika. 2009. Vol. 45, № 2. P. 149–159. doi:10.1134/S102279540902001X.

Novikova O., Belfort M. Mobile group II introns as ancestral eukaryotic elements. Trends Genet. 2017. Vol. 33, № 11. P. 773–783. doi: 10.1016/j.tig.2017.07.009.

Pardue M.L., DeBaryshe P.G. Drosophila telomeres: two transposable elements with important roles in chromosomes. Genetica. 1999. Vol. 107, № 1-3. P. 189-196. doi:10.1023/A:1003905210770.

Pritham E.J., Putliwala T., Feschotte C. Mavericks, a novel class of giant transposable elements widespread in eukaryotes and related to DNA viruses. Gene. 2007. Vol. 390, № 1-2. P. 3–17. doi:10.1016/j.gene.2006.08.008.

Ray D.A., Walker J.A., Batzer M.A. Mobile element-based forensic genomics. Mutat. Res. 2007. Vol. 616, № 1-2. P. 24-33. doi: 10.1016/j.mrfmmm.2006.11.019.

Ross K., Varani A.M., Snesrud E., Huang H., Alvarenga D.O., Zhang J., Wu C., McGann P., Chandler M. TnCentral: a prokaryotic transposable element database and web portal for transposon analysis. mBio. 2021. Vol. 12, № 5. e0206021. doi: 10.1128/mBio.02060-21.

Stocking C., Kozak C.A. Endogenous retroviruses. Cell. Mol. Life Sci. 2008. Vol. 65, № 21. P. 3383–3398. doi: 10.1007/s00018-008-8497-0.

Toro N., Martínez-Abarca F. Comprehensive phylogenetic analysis of bacterial group II intron-encoded ORFs lacking the DNA endonuclease domain reveals new varieties. PLoS One. 2013. Vol. 8, № 1. e55102. doi:10.1371/journal.pone.0055102.

Vassilieff H., Geering A.D.W., Choisne N., Teycheney P.Y., Maumus F. 2023. Endogenous caulimovirids: fossils, zombies, and living in plant genomes. Biomolecules. 2023. Vol. 13, № 7. P. 1069. doi: 10.3390/biom13071069.

Wells J.N., Feschotte C. A field guide to eukaryotic transposable elements. Annu. Rev. Genet. 2020. Vol. 54. P. 539-561. doi:10.1146/annurev-genet-040620-022145.

Werren J.H. Selfish genetic elements, genetic conflict, and evolutionary innovation. Proc. Natl. Acad. Sei. USA. 2011. Vol. 108, № 2. P.10863-10870. doi:10.1073/pnas.11023431.

Wicker T., Sabot F., Hua-Van A., Bennetzen J. L., Capy P., Boulos C., Flavell A., Leroy P., Morgante M., Panaud O., Paux E., SanMiguel P., Schulman A. H. A unified classification system for eukaryotic transposable. Nat. Rev. Genet. 2007. Vol. 8, № 12. P. 973-982. doi:10.1038/nrg2165.

Zimmerly S., Hausner G., Wu X. Phylogenetic relationships among group II intron ORFs. Nucleic Acids Res. 2001. Vol. 29, № 5. P.1238-1250. doi:10.1093/nar/29.5.1238.

Zimmerly S., Semper C. Evolution of group II introns. Mobile DNA. 2015. Vol. 6. P. 7. doi:10.1186/s13100-015-0037-5.