Молекулярна організація 5S рДНК Brunfelsia uniflora (Pohl.) D. Don
Анотація
Мета. 5S рДНК становить зручну модель для вивчення молекулярної еволюції тандемно організованих повторюваних послідовностей. Проте, у багатьох групах покритонасінних рослин ця ділянка геному все ще залишається вивченою фрагментарно. Так, у родині Solanaceae 5S рДНК охарактеризована лише для п’яти родів. Для того, щоб отримати уявлення про організацію 5S рДНК представників інших родів Solanaceae, було вирішено дослідити цю ділянку у Brunfelsia uniflora (триба Petunieae). Методи. ПЛР-ампліфікація, клонування та розшифрування нуклеотидної послідовності 5S рДНК. Результати. Сиквеновано три клоновані послідовності 5S рДНК B. uniflora. Встановлено, що у геномі B. uniflora присутній лише один клас повторів довжиною 343-347 нп. Рівень внутрішньогеномної подібності досліджених послідовностей ділянки міжгенного спейсера (МГС) 5S рДНК становить 86,7–96,4 %. МГС цього виду та інших представників родини Solanaceae суттєво відрізняються між собою: гомологію було виявлено лише у ділянках, необхідних для ініціації та термінації транскрипції РНК-полімерази III. Висновки. Молекулярна еволюція МГС 5S рДНК в родині Solanaceae відбувається з високою швидкістю. Відповідно, порівняння МГС варто використовувати для уточнення філогенетичних відносин між таксонами низького рангу, зокрема — між видами та родами триби Petunieae.Ключові слова: 5S рДНК, міжгенний спейсер, молекулярна еволюція, Brunfelsia, Solanaceae.
Посилання
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., Medina F. J., Zentgraf U., Hemleben V. Molecular cell biology: Organization and molecular evolution of rDNA, nucleolar dominance, and nucleolus structure. Prog. Bot. 2004. Vol. 65. P. 106–146.
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(8). P. 1273–1282.
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
Layat E., Sáez-Vásquez J., Tourmente S. Regulation of Pol I-transcribed 45S rDNA and Pol IIItranscribed 5S rDNA in Arabidopsis. Plant Cell Physiol. 2012. Vol. 53(2). P. 267–276. doi: 10.1093/pcp/pcr177
King K., Torres R.A., Zentgraf U., Hemleben V. Molecular evolution of the intergenic spacer in the nuclear ribosomal RNA genes of Cucurbitaceae. J. Mol. Evol. 1993. Vol.36. P. 144–152.
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.
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
Poczai P., Hyvönen J. Nuclear ribosomal spacer regions in plant phylogenetics: problems and prospects. Mol. Biol. Rep. 2010. Vol. 37(4). P. 1897–1912. doi: 10.1007/s11033-009-9630-3
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
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
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
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
Mlinarec J., Franjević D., Bočkor 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
Frasch M., Wenzel W., Hess D. The nucleotide sequences of nuclear 5S rRNA genes and spacer regions of Petunia hybrida. Nucleic Acids Res. 1989. Vol. 17(7). P. 2857
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(1). P. 18–24
Fulnecek J., Lim K. Y., Leitch A. R. et al. Evolution and structure of 5S rDNA loci in allotetraploid Nicotiana tabacum and its putative parental species. Heredity. 2002. Vol. 88(1). P. 19–25. doi: 10.1038/sj.hdy.6800001
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 Biology. 2017. Vol.17(1):21. doi: 10.1186/s 12870-017-0978-6
Olmstead R. G., Bohs L., Migid H. A. et al. A molecular phylogeny of the Solanaceae. Taxon. 2008. Vol. 57(4). P. 1159–1181.
Filipowicz N., Renner S. S. Brunfelsia (Solanaceae): A genus evenly divided between South America and radiations on Cuba and other Antillean islands. Mol. Phylogenet. Evol. 2012. Vol. 64. P. 1–11. doi: 10.1016/j.ympev.2012.02.026
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
Sambrook J., Fritsch E., Maniatis T. Molecular cloning. New York: Cold Spring Harbor Laboratory, 1989. — 1626 p.
DNASTAR, 1998. MegAlign 3.18 edit. Software distributed by DNASTAR Inc., Madison, WI, USA.
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
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.
Tynkevich Y. O., Volkov R. A. Structural organization of 5S ribosomal DNA in Rosa rugosa. Cytol. Genet. 2014. Vol. 48(1). P. 3–9. doi: 10.3103/ S009545271401009
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(12). P. 81–87.
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(2). P. 216–220.
