Міжгенний спейсер (МГС) генів 5S рибосомної РНК (5S рДНК), які присутні в геномі всіх живих організмів, характеризується високою мінливістю, завдяки чому він є зручним і широко застосовуваним об’єктом для з’ясування питань еволюції геному, популяційної генетики, систематики та ін. Метою цієї роботи було дослідження МГС 5S рДНК перлинниці антарктичної Colobanthus quitensis. Методами молекулярно-генетичного аналізу визначено нуклеотидну послідовність, а також досліджено молекулярну організацію МГС 5S рДНК C. quitensis. Показано, що вона містить типові для інших судинних рослин регуляторні елементи. Встановлено існування в індивідуальному геномі щонайменше двох класів повторів 5S рДНК, які істотно відрізняються за довжиною і нуклеотидною послідовністю МГС. Крім того, на основі відмінностей у довжині та нуклеотидній послідовності виділено 2 підкласи повторів з довгим та 3 підкласи – з коротким МГС. Порівняння послідовностей МГС 5S рДНК C. quitensis і Silene latifolia Poir., представника іншої секції родини Caryophyllaceae, показало значні відмінності в будові спейсерної ділянки генів 5S рРНК за виключенням її частин, що містять регуляторні елементи. Загалом, отримані дані свідчать про значний рівень внутрішньогеномного поліморфізму МГС 5S рДНК C. quitensis.
Ключові слова: рДНК, міжгенний спейсер, структурна організація, варіабельність, Colobanthus quitensis
Повний текст та додаткові матеріали
Цитована література
Androsiuk, P., Chwedorzewska, K., Szandar, K., and Giełwanowska, I., Genetic variability of Colobanthus quitensis from King George Island (Antarctica), Pol. Polar Res., 2015, vol. 36, pp. 281–295. https://doi.org/10.1515/popore-2015-0017
Bennett, M.D., Smith, J.B., and Smith, R.I.L., DNA amounts of angiosperms from the Antarctic and South Georgia, Environ. Exp. Bot., 1982, vol. 22, pp. 307–318. https://doi.org/10.1016/0098-8472(82)90023-5
Biersma, E.M., Torres-Díaz, C., Molina-Montenegro, M.A., et al., Multiple late-Pleistocene colonization events of the Antarctic pearlwort Colobanthus quitensis (Caryophyllaceae) reveal the recent arrival of native Antarctic vascular flora, J. Biogeogr., 2020, vol. 47, pp. 1663–1673. https://doi.org/10.1111/jbi.13843
Chen, G., Stepanenko, A., and Borisjuk, N., Mosaic arrangement of the 5S rDNA in the aquatic plant Landoltia punctata (Lemnaceae), Front. Plant Sci., 2021, vol. 12, pp. 1–10. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.678689
Cuba-Díaz, M., Cerda, G., Rivera, C., and Gómez, A., Genome size comparison in Colobanthus quitensis populations show differences in species ploidy, Polar Biol., 2017, vol. 40, pp. 1475–1480. https://doi.org/10.1007/s00300-016-2058-z
Doyle, J.J. and Doyle, J.L., A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue, Phytochem. Bull., 1987, vol. 11, pp. 11–15
Garcia, S., Panero, J.L., Siroky, J., and Kovarik, A., Repeated reunions and splits feature the highly dynamic evolution of 5S and 35S ribosomal RNA genes (rDNA) in the Asteraceae family, BMC Plant Biol., 2010, vol. 10, pp. 1–18. https://doi.org/10.1186/1471-2229-10-176
Greenberg, A.K. and Donoghue, M.J., Molecular systematics and character evolution in Caryophyllaceae, Taxon, 2011, vol. 60, pp. 1637–1652. https://doi.org/10.1002/tax.606009
Hemleben, V., Grierson, D., Borisjuk, N., et al., Personal perspectives on plant ribosomal RNA genes research: From precursor-rRNA to molecular evolution, Front. Plant Sci., 2021, vol. 12. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.797348
Ishchenko, O.O., Panchuk, I.I., Andreev, I.O., et al., Molecular organization of 5S ribosomal DNA of Deschampsia antarctica, Cytol. Genet., 2018, vol. 52, pp. 416–421. https://doi.org/10.3103/S0095452718060105
Ishchenko, O.O., Mel’nyk, V.M., Parnikoza, I.Y., et al., Molecular organization of 5S ribosomal DNA and taxonomic status of Avenella flexuosa (L.) Drejer (Poaceae), Cytol. Genet., 2020, vol. 54, pp. 505–513. https://doi.org/10.3103/S0095452720060055
Kang, Y., Lee, H., Kim, M.K., et al., 2016. The complete chloroplast genome of Antarctic pearlwort, Colobanthus quitensis (Kunth) Bartl. (Caryophyllaceae), Mitochondrial DNA, Part A, 2018. vol. 27. pp. 4677–4678. https://doi.org/10.3109/19401736.2015.1106498
Koc, J., Androsiuk, P., Chwedorzewska, K.J., et al., Range-wide pattern of genetic variation in Colobanthus quitensis, Polar Biol., 2018, vol. 41, pp. 2467–2479. https://doi.org/10.1007/s00300-018-2383-5
Okonechnikov, K., Golosova, O., Fursov, M., et al., Unipro UGENE: a unified bioinformatics toolkit, Bioinformatics, 2012, vol. 28, pp. 1166–1167. https://doi.org/10.1093/BIOINFORMATICS/BTS091
Pascual-Díaz, J.P., Serçe, S., Hradecká, I., et al., Genome size constancy in Antarctic populations of Colobanthus quitensis and Deschampsia antarctica, Polar Biol., 2020, vol. 43, pp. 1407–1413. https://doi.org/10.1007/s00300-020-02699-y
Siljak-Yakovlev, S., Lamy, F., Takvorian, N., et al., Genome size and chromosome number of ten plant species from Kerguelen Islands, Polar Biol., 2020, vol. 43, pp. 1985–1999. https://doi.org/10.1007/S00300-020-02755-7/FIGURES/3
Soltis, D.E., Soltis, P.S., and Tate, J.A., Advances in the study of polyploidy since plant speciation, New Phytol., 2004, vol. 161, pp. 173–191. https://doi.org/10.1046/j.1469-8137.2003.00948.x
Tynkevych, Y.O. and Volkov, R.A., Structural organization of 5S ribosomal DNA of Rosa nitida Willd., Visn. Ukr. Tov. Genet. Sel., 2011, vol. 9, pp. 276–282.
Tynkevich, Y.O., Shelyfist, A.Y., Kozub, L.V., et al., 5S ribosomal DNA of genus Solanum: molecular organization, evolution, and taxonomy, Front. Plant Sci., 2022, vol. 13. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.852406
Volkov, R.A., Ed., 5S Ribosomal DNA of Flowering Plants, Chernivtsi: Yuriy Fedkovich Chernivtsi Natl Univ., 2021.
Volkov, R.A., Panchuk, I.I., Borisjuk, L.G., and Borisjuk, M.V., Plant rDNA: organization, evolution, and using, Tsitol. Genet., 2003, vol. 37, pp. 72–78.
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 Biol., 2017, vol. 17, pp. 1–15. https://doi.org/10.1186/s12870-017-0978-6