Цитологія і генетика 2023, том 57, № 6, 41-47
Cytology and Genetics 2023, том 57, № 6, 550–555, doi: https://www.doi.org/https://doi.org/10.3103/S0095452723060051

Транзитивний зсув та його компенсація в еволюційному ряді підродини Murinae (Rodentia): аналіз ядерних та мітохондріальних ДНК-маркерів

Межжерін С.В., Морозов-Леонов С.Ю., Терещенко В.О.

  • Інститут зоології ім. І. І. Шмальгаузена НАНУ, Київ, Б. Хмельницького 15

Порівняльний аналіз темпів молекулярної еволюції, транзитивного зcуву та його еволюційної компенсації здійснений на прикладі мітохондріальних (D-loop, cytb, COI, 12S RNA) та ядерних (IRBP, Fv) ДНК-маркерів у підродині Murinae. За рівнями мінливості маркери можуть бути розділені на три класи: 1) гіперваріабельні (D-loop), 2) що швидко еволюціонують (cytb, COI), 3) консервативні (12S RNA, IRBP, Fv). Відповідно до рівнів мінливості проявляється характер нуклеотидних заміщень. У ситуації D-loop має місце максимальний початковий транзитивний зсув, що частково компенсується вже на ранніх стадіях видоутворення, а повністю – на етапах дивергенції видів. Виражений зсув в межах генів cytb, COI компенсується лише частково, причому тільки на родовому рівні. Гени 12S RNA, IRBP, Fv з низьким рівнем зсуву не виявляють еволюційної компенсації як такої, а зменшення ts/tv-індексу в еволюційному ряду має формальний характер і є наслідком відносного зменшення різниці частот транзицій і трансверсій на тлі абсолютного зростання частот заміщень. Позитивний звязок між інтенсивністю нуклеотидних заміщень, рівнем транзитивного зсуву та темпами його еволюційної компенсації доводить, що ці явища мають одну і ту ж першооснову.

Ключові слова: молекулярна еволюція, транзитивний зсув, ts/tv-індекс, генетичне насичення, еволюційна спеціалізація, Murinae

Цитологія і генетика
2023, том 57, № 6, 41-47

Current Issue
Cytology and Genetics
2023, том 57, № 6, 550–555,
doi: https://doi.org/10.3103/S0095452723060051

Повний текст та додаткові матеріали

Цитована література

Begun, D.J., Holloway, A.K., Stevens, K., et al., Population genomics: whole-genome analysis of polymorphism and divergence in Drosophila simulans, PLoS Bi-ol., 2007, vol. 5, p. e310. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.0050310

Belle, E., Piganeau, G., Gardner, M., and Eyre-Walker, A., An investigation of the variation in the transition bias among various animal mitochondrial DNA, Gene, 2005. https://doi.org/10.1016/j.gene.2005.05.019

Bellinvia, E., A phylogenetic study of the genus Apodemus by sequencing the mitochondrial DNA control region, J. Zool. Syst. Evol. Res., 2004, vol. 42, pp. 289–297. https://doi.org/10.1111/j.1439-0469.2004.00270.x

Brown, W.M., Prager, E.M., Wang, A., and Wilson, A.C., Mitochondrial DNA sequences of primates: Tempo and mode of evolution, J. Mol. Evol., 1982, vol. 18, pp. 225–239. https://doi.org/10.1007/BF01734101

Collins, D.W. and Jukes, T.H., Rates of transition and transversion in coding sequences since the human-rodent divergence, Genomics, 1994, vol. 20, pp. 386–396. https://doi.org/10.1006/geno.1994.1192

Fitch, W.M., Evidence suggesting a non-random character to nucleotide replacements in naturally occurring mutations, J. Mol. Biol., 1967, vol. 26, pp. 499–507. https://doi.org/10.1016/0022-2836(67)90317-8

Ge, D., Feijo, A., Cheng, J., et al., Evolutionary history of field mice (Murinae: Apodemus), with emphasis on morphological variation among species in China and description of a new species, Zool. J. Linn. Soc., 2019, vol. 187, pp. 518–534. https://doi.org/10.1093/zoolinnean/zlz032

Hall, T.A., BioEdit: a user-friendly biological sequence aligment editor and analysis program for Windowes95/98 NT, Nucleic Acid Simp., 1999, vol. 41, pp. 95–98.

Henn, B.M., Gignoux, C.R., Feldman, M.W., and Mountain, J.L., Characterizing the time dependency of human mitochondrial DNA mutation rate estimates, Mol. Biol. Evol., 2009, vol. 26, pp. 217–230. PMID 18984905 https://doi.org/10.1093/molbev/msn244

Krasova, J., Mikula, O., Mazoch, V., et al., Evolution of the grey-bellied pygmy mouse group: Highly structured molecular diversity with predictable geographic ranges but morphological crypsis, Mol. Phylogenet. Evol., 2019, vol. 130, pp. 143–155. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2018.10.016

Kumar, S., Patterns of nucleotide substitution in mitochondrial protein coding genes of vertebrates, Genetics, 1996, vol. 143, 537–548. https://doi.org/10.1093/genetics/143.1.537

Li, W.-H. and Graur, D., Fundamentals of Molecular Evolution, Sunderland: Sinauer Associates, 1991.

Lundrigan, B.L., Jansa, S.A., and Tucker, P.K., Phylogenetic relationships in the genus Mus, based on paternally, maternally, and biparentally inherited characters, Syst. Biol., 2002, vol. 51, pp. 410–431. https://doi.org/10.1080/10635150290069878

Meyer, S., Weiss, G., and von Haeseler, A., Pattern of nucleotide substitution and rate heterogeneity in the hypervariable regions I and II of human mtDNA, Genetics, 1999, vol. 152, pp. 1103–1110. https://doi.org/10.1093/genetics/152.3.1103

Mezhzherin, S.V., Revision of mice genus Apodemus (Rodentia, Muridae) of Northern Eurasia, Vestn. Zool., 1997, vol. 31, p. 29–41.

Mezhzherin, S.V. and Tereshchenko, V.O., Taxonomic hierarchy and evolutionary scenario of the genus group Apodemus s. l. (Muridae) of the Palearctic based on genetic differentiation in the cyt-b gene, Zoodiversity, 2023a. https://doi.org/10.2307/sysbio/15.3.245

Mezhzherin, S.V. and Tereshchenko, V.O., Genetic divergence and evolutionary transition/transversion rate bias in control region of mitochondrial DNA of Palearctic mice (Murinae), Cytol. Genet., 2023b, vol. 57, pp. 213–220. https://doi.org/10.3103/s0095452723030076

Michaux, J.R., Chevret Filippucci, M.G., et al., Phylogeny of the genus Apodemus with a special emphasis on the subgenus Sylvaemus using the nuclear IRBP gene and two mitochondrial markers: cytochrome b and 12S rRNA, Mol. Phylogenet. Evol., 2002, vol. 23, pp. 123–136. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S1055-7903(02)00007-6

Philippe, H., Brinkmann, H., Lavrov, D.V., et al., Resolving difficult phylogenetic questions: why more sequences are not enough, PLoS Biol., 2011, vol. 9, p. e1000602. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1000602

Purvis, A. and Bromham, L., Estimating the transition/transversion ratio from independent pairwise comparisons with an assumed phylogeny, J. Mol. Evol., 1997, vol. 44, pp. 112–119. https://doi.org/10.1007/pl00006117

Rosenberg, M.S., Subramanian, S., and Kumar, S., Patterns of transitional mutation biases within and among mammalian genomes, Mol. Biol. Evol., 2003, vol. 20, pp. 988–993. https://doi.org/10.1093/molbev/msg113

Stoltzfus, A. and Norris, R.W., On the causes of evolutionary transition: transversion bias, Mol. Biol. Evol., 2016. https://doi.org/10.1101/027722

Tamura, K. and Nei, M., Estimation of the number of nucleotide substitutions in the control region of mitochondrial DNA in humans and chimpanzees, Mol. Biol. Evol., 1993, vol. 10, pp. 512–526. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a040023

Tamura, K., Stecher, G., and Kumar, S., MEGA11: molecular evolutionary genetics analysis. Version 11, Mol. Biol. Evol., 2021, vol. 38, pp. 3022–3027. https://doi.org/10.1093/molbev/msab120

Vogel, F. and Kopun, M., Higher frequencies of transitions among point mutations, J. Mol. Evol., 1977, vol. 9, pp. 159–180. https://doi.org/10.1007/BF01732746

Yap, M.W., Young, G.R., Varnaite, R., et al., Duplication and divergence of the retrovirus restriction gene Fv1 in Mus caroli allows protection from multiple retroviruses, PLoS Genet., 2020. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1008471

Yasuda, S.P., Vogel, P., Tsuchiya, K., et al., Phylogeographic patterning of mtDNA in the widely distributed harvest mouse (Micromys minutus) suggests dramatic cycles of range contraction and expansion during the mid- to late Pleistocene, Can. J. Zool., 2005, vol. 83. https://doi.org/10.1139/z05-139

Young, G.R., Yap, M.W., Michaux, J.R., et al., Evolutionary journey of the retroviral restriction gene Fv1, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2018, vol. 115, pp. 10130–10135. https://doi.org/10.1073/pnas.180851611