научная статья по теме ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ И ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА ГЕНА 5.8S РРНК У MONOTROPA HYPOPITYS И РОДСТВЕННЫХ ВИДОВ СЕМЕЙСТВА ERICACEAE Математика

Текст научной статьи на тему «ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ И ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА ГЕНА 5.8S РРНК У MONOTROPA HYPOPITYS И РОДСТВЕННЫХ ВИДОВ СЕМЕЙСТВА ERICACEAE»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 463, № 6, с. 730-733

БИОХИМИЯ, БИОФИЗИКА, ^^^^^^^^^^^^ МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ

Поступило 10.04.2015 г.

В работе впервые исследована вторичная структура 5.8S рРНК у подъельника M. hypopitys и родственных видов Ericaceae. Выявленные нуклеотидные замены локализованы преимущественно на 3'- и 5'-концах гена, в районе третьей шпильки и не оказывают существенного влияния на топологию вторичной структуры молекулы 5.8S рРНК.

Семейство Ericaceae (Вересковые) объединяет около 120 родов, содержащих более 4000 видов трав, кустарников и деревьев, распространенных по всему миру. Многообразие вересковых включает ряд ягодных (например, земляничное дерево, клюква, черника, брусника) и декоративных (вереск, рододендрон, багульник и др.) культур.

Это семейство интересно тем, что включает также 8 родов бесхлорофильных микогетеротроф-ных растений, объединенных в трибу Monotro-peae, которые распространены преимущественно в Северной Америке. В европейской части России триба Monotropeae представлена видом Monotropa hypopitys L. s.l., или подъельник обыкновенный. На Дальнем Востоке встречается также Monotropa uniflora. Подъельник обыкновенный представляет особый научный интерес в силу своего паразитического образа жизни. Посредством гаусторий на корневище он соединяется с микоризой грибов, преимущественно рода Tricholoma [1, 2], которая, в свою очередь, связана с корневой системой деревьев, что позволяет подъельнику получать питательные и минеральные вещества не только от грибов, но и от деревьев.

Гены рибосомальных РНК в геномах высших растений образуют тандемно повторяющийся ци-строн 18S-ITS1-5.8S-ITS2-26S [3]. Молекулы рибо-сомальных РНК образуют специфические вторичные структуры, с которыми связываются рибосо-мальные белки. Образующиеся рибопротеиновые комплексы необходимы в процессе сборки рибосом и последующего процесса трансляции. Вторичная структура гена 5.8S рРНК состоит из че-

Российской Академии наук, Москва

E-mail: michel7753@mail.ru, ekochieva@yandex.ru

тырех петель (1a, 1b, 2 и 3) [4] и содержит три высоко консервативных мотива [5]. Петля 1b содержит присущий всем высшим растениям 14-нуклеотид-ный мотив, с которым связывается рибосомальный белок при сборке большой субъединицы рибосомы, а также еще два мотива, необходимых для поддержания правильной вторичной структуры молекулы 5.8S РНК в трехмерном пространстве [5].

Целью настоящей работы стал анализ последовательности гена 5.8S рРНК и изучение возможного влияния нуклеотидных замен на топологию вторичной структуры молекулы 5.8S рРНК у M. hypopitys и родственных видов сем. Ericaceae. В результате впервые мы исследовали последовательность гена 5.8S рРНК у представителей семейства Ericaceae и определили вероятную вторичную структуру молекулы 5.8S рРНК.

Для анализа последовательности гена 5.8S рРНК у представителей Ericaceae из коллекции Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина РАН были отобраны образцы безхлорофильных паразитических видов трех родов трибы Monotropeae Pterospora andromedea (США, Калифорния), Monotropastrum humile (Япония, префектура Акита), Monotropa uniflora (США, Делавэр) и Monotropa hypopitys, который был представлен образцами из 7 отдаленных популяций, отражающих ареал вида в европейской части России и Украины: Белгородская (#1), Вологодская (#2), Калужская (#3) и Тверская (#4) области, республики Башкортостан (#5) и Крым (#6), Закарпатье (#7). Также в анализ были взяты растения хлорофиллсодержа-щих видов четырех других родов сем. Ericaceae (Arbutus andrachne (земляничное дерево), Calluna vulgaris (вереск), Pyrola rotundifolia (грушанка), Vaccinium myrtillus (черника) и Vaccinium oxycoccos (клюква).

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ И ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА ГЕНА 5.8S

Рис. 1. Последовательность гена 5.8S pPHK у анализируемых образцов Ericaceae.

Из свежих растительных тканей ДНК выделяли методом СТАВ с двойной очисткой хлороформом [6]. Из гербарных образцов ДНК выделяли с помощью набора Plant/Seed DNA MicroPrep ("ZYMO RESEARCH", США). Для амплификации последовательности ITS1-5.8S-ITS2 использовали стандартные ПЦР-праймеры ITS4 (TC-CTCCGCTTATTGATATGC) и ITS5 (GGAAG-TAAAAGTCGTAACAAG) [7]. Нуклеотидные последовательности были секвенированы с помощью системы Bigdye ("Applied Biosystems", США) и анализатора ABI PRISM 310 ("Applied Biosystems"). Выравнивание, анализ полученных нуклеотидных последовательностей и кластерный анализ проводили с помощью программы MEGA 6.0 [8]. Вероятная вторичная структура молекулы 5.8s рРНК была построена с помощью программы mFold (http://mfold.rit.albany.edu/).

Последовательности ITS1-5.8S-ITS2 были ам-плифицированы и секвенированы, установлены границы ITS-спейсеров и гена 5.8S pPHK. Длина нуклеотидной последовательности гена 5.8S pPHK у образцов M. hypopitys, M. uniflora, M. humile, R. an-dromedea и V. oxycoccos составила 159 п.н., а у видов A. andrachne, C. vulgaris, P. rotundifolia и V. myr-tillus — 163 п.н., что связано с присутствием четы-рехнуклеотидной инсерции AACG в начале гена (рис. 1). GC-состав последовательностей варьировал от 47.2 до 53.4%, что в целом соответствует полученным ранее данным для гена 5.8S рРНК различных групп растений [9].

Всего в последовательности гена 5.8S рРНК у анализируемых образцов было выявлено 20 вари-

абельных сайтов. При этом нуклеотидная последовательность этого гена у семи анализируемых образцов M. hypopitys, представляющих крайне дистанцированные популяции, была инвариа-бельна. M. hypopitys отличался от родственного ему вида подъельника одноцветкового M. uniflora рядом специфических нуклеотидных замен (C/T12, C/T103, C/T148). Несмотря на то, что оба вида M. hypopitys и M. uniflora относятся к одному роду, последовательность 5.8S рРНК M. uniflora была более сходна и имела общие нуклеотидные замены с видом Monotropastrum humile (T/C1, G/A138, C/T152), который также входит в трибу Monotropeae и внешне очень похож на M. uniflora.

Анализ последовательности 5.8S рРНК не позволил выявить каких-либо специфических замен или инделей, присущих безхлорофильным паразитическим видам Ericaceae. Более того, для всех анализируемых видов, за исключением M. hypopitys, были идентифицированы общие SNPs (рис. 1).

У вереска C. vulgaris на 5'-конце последовательности гена 5.8S рРНК выявлена двунуклео-тидная замена СА. Анализ базы данных NCBI показал, что СА на 5'-конце 5.8S рРНК встречается достаточно редко, такое же начало гена было выявлено у австралийского эндемичного вида сем. Ericaceae Lissanthe sapida (KC197100). Тетранук-леотид AACG в начале гена 5.8S рРНК отсутствует у всех анализируемых безхлорофильных видов Ericaceae, а также у клюквы V. oxycoccos. В то же время у черники Vaccinium myrtillus и у большинства видов рода Vaccinium [10] эта вставка присутствует.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎