Молекулярная эволюция и дифференциальная экспрессия мобильных элементов TLEW вида Crassostrea gigas (Thunberg, 1793)1

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Мобильные генетические элементы (МГЭ) обнаруживаются в геномах практически всех эукариот. Они имеют характерное строение, обеспечивающее их транспозиционную активность, в результате которой МГЭ могут вносить изменения в структуру и функционирование генома. В ходе коэволюции с геномом последовательности МГЭ могут быть одомашнены. Под «молекулярным одомашниванием» подразумевают кооптацию последовательности МГЭ, в результате которой она начинает выполнять полезную функцию в геноме хозяина. У двустворчатых моллюсков были выявлены ДНК-транспозоны подсемейства TLEWI, которые обладают признаками одомашнивания, а также сплайсосомными интронами, что делает их похожими на гены эукариот. Для проверки гипотезы одомашнивания в данной работе был проведен внутривидовой анализ присутствия TLEWI-транспозонов у тихоокеанской устрицы (Crassostrea gigas) и их транскрипционной активности в различных тканях, в ходе онтогенеза и при воздействии внутренних и внешних факторов. В результате была выявлена внутривидовая гетерогенность по наличию потенционально функциональных копий и экспрессии генов транспозазы. Так, для двух элементов выявлена зависимость транскрипционной активности от стадий онтогенеза, а также от температуры. В связи с этим предполагается, что функциональные (возможно, одомашненные) аллели сохранились в отдельных популяциях тихоокеанской устрицы. Накопление дополнительных данных позволит обнаружить популяции, которые сохраняют активные гены транспозазы TLEWI, а также определить, были ли эти гены одомашнены геномом.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. В. Пузаков

Федеральный исследовательский центр «Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского» Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: puzakov.mikh@yandex.ru
Россия, Севастополь, 299011

Л. В. Пузакова

Федеральный исследовательский центр «Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского» Российской академии наук

Email: puzakov.mikh@yandex.ru
Россия, Севастополь, 299011

Ю. Н. Улупова

Федеральный исследовательский центр «Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского» Российской академии наук

Email: puzakov.mikh@yandex.ru
Россия, Севастополь, 299011

Список литературы

  1. Bourque G., Burns K. H., Gehring M. et al. Ten things you should know about transposable elements // Genome Biology. 2018. V. 19. № 1. P. 199. doi: 10.1186/s13059-018-1577-z
  2. Kojima K.K. Structural and sequence diversity of eukaryotic transposable elements // Genes Genet. Syst. 2020. V. 94. P. 233–252. doi: 10.1266/ggs.18-00024
  3. Wells J.N., Feschotte C. A field guide to eukaryotic transposable elements // Annu. Rev. Genet. 2020. V. 23. № 54. P. 539–561. doi: 10.1146/annurev-genet-040620-022145
  4. Wallau G.L., Ortiz M.F., Loreto E.L. Horizontal transposon transfer in eukarya: Detection, bias, and perspectives // Genome Biol. Evol. 2012. V. 4. № 8. P. 689–699. doi: 10.1093/gbe/evs055
  5. Casacuberta E., González J. The impact of transposable elements in environmental adaptation // Mol. Ecol. 2013. V. 22. № 6. P. 1503–1517. doi: 10.1111/mec.12170
  6. Piacentini L., Fanti L., Specchia V. et al. Transposons, environmental changes, and heritable induced phenotypic variability // Chromosoma. 2014. V. 123. № 4. P. 345–354. doi: 10.1007/s00412-014-0464-y
  7. Auvinet J., Graça P., Belkadi L. et al. Mobilization of retrotransposons as a cause of chromosomal diversification and rapid speciation: The case for the Antarctic teleost genus Trematomus // BMC Genomics. 2018. V. 19. № 1. P. 339. doi: 10.1186/s12864-018-4714-x
  8. Jangam D., Feschotte C., Betrán E. Transposable element domestication as an adaptation to evolutionary conflicts // Trends Genet. 2017. V. 33. № 11. P. 817–831. doi: 10.1016/j.tig.2017.07.011
  9. Bowen N.J., Jordan I.K. Exaptation of protein coding sequences from transposable elements // Genome Dyn. 2007. V. 3. P. 147–162. doi: 10.1159/000107609
  10. Feschotte C., Pritham E. J. DNA transposons and the evolution of eukaryotic genomes // Annu. Rev. Genet. 2007. V. 41. P. 331–368. doi: 10.1146/annurev.genet.40.110405.090448
  11. Sinzelle L., Izsvák Z., Ivics Z. Molecular domestication of transposable elements: From detrimental parasites to useful host genes // Cell. Mol. Life Sci. 2009. V. 66 № 6. P. 1073–1093. doi: 10.1007/s00018-009-8376-3
  12. Kapitonov V.V., Jurka J. RAG1 core and V(D)J recombination signal sequences were derived from Transib transposons // PLoS Biol. 2005. V. 3. № 6. doi: 10.1371/journal.pbio.0030181
  13. Panchin Y., Moroz L.L. Molluscan mobile elements similar to the vertebrate Recombination-Activating Genes // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2008. V. 369. № 3. P. 818-823. doi: 10.1016/j.bbrc.2008.02.097
  14. Kim H.S, Chen Q., Kim S.K. et al. The DDN catalytic motif is required for Metnase functions in non-homologous end joining (NHEJ) repair and replication restart // J. Biol. Chem. 2014. V. 289. № 15. P. 10930–10938. doi: 10.1074/jbc.M113.533216
  15. Mateo L., González J. Pogo-like transposases have been repeatedly domesticated into CENP-B-related proteins // Genome Biol. Evol. 2014. V. 6. № 8. P. 2008–2016. doi: 10.1093/gbe/evu153
  16. Puzakov M.V., Puzakova L.V., Cheresiz S.V. The Tc1-like elements with the spliceosomal introns in mollusk genomes // Mol. Genet. and Genomics. 2020. V. 295. № 3. P. 621–633. doi: 10.1007/s00438-020-01645-1
  17. Altschul S.F., Madden T.L, Schäffer A.A. et al. Gapped BLAST and PSI-BLAST: A new generation of protein database search programs // Nucl. Ac. Res. 1997. V. 25. № 17. doi: 10.1093/nar/25.17.3389
  18. Yamada K.D, Tomii K., Katoh K. Application of the MAFFT sequence alignment program to large data-reexamination of the usefulness of chained guide trees // Bioinformatics. 2016. V. 32. № 21. P. 3246–3251. doi: 10.1093/bioinformatics/btw412
  19. Nguyen L.T, Schmidt H.A, von Haeseler A., Minh B.Q. IQ-TREE: A fast and effective stochastic algorithm for estimating maximum-likelihood phylogenies // Mol. Biol. Evol. 2015. V. 32. № 1. P. 268–274. doi: 10.1093/molbev/msu300
  20. Hoang D.T., Chernomor O., von Haeseler A. et al. UFBoot2: Improving the ultrafast bootstrap approximation // Mol. Biol. Evol. 2018. V. 35. № 2. P. 518–522. doi: 10.1093/molbev/msx281
  21. Kalyaanamoorthy S., Minh B.Q., Wong T.K.F. et al. ModelFinder: Fast model selection for accurate phylogenetic estimates // Nat. Methods. 2017. V. 14. № 6. P. 587–589. doi: 10.1038/nmeth.4285
  22. Bray N.L, Pimentel H., Melsted P., Pachter L. Near-optimal probabilistic RNA- seq quantification // Nat. Biotechnol. 2016. V. 34. № 5. P. 525–527. doi: 10.1038/nbt.3519
  23. Schaack S., Gilbert C., Feschotte C. Promiscuous DNA: horizontal transfer of transposable elements and why it matters for eukaryotic evolution // Trends Ecol. Evol. 2010. V. 25. № 9. P. 537–546. doi: 10.1016/j.tree.2010.06.001
  24. Blumenstiel J.P. Birth, school, work, death, and resurrection: The life stages and dynamics of transposable element proliferation // Genes (Basel). 2019. V. 10. № 5. P. 336. doi: 10.3390/genes10050336
  25. Puzakov M.V, Puzakova L.V, Cheresiz S.V. An analysis of IS630/Tc1/mariner transposons in the genome of a Pacific oyster, Crassostrea gigas // J. Mol. Evol. 2018. V. 86. P. 566–580. doi: 10.1007/s00239-018-9868-2
  26. Чересиз С.В., Юрченко Н.Н., Иванников А.В., Захаров И.К. Мобильные элементы и стресс // Информ. вестник ВОГиС. 2008. Т. 12. №. 1–2. С. 217–242.
  27. Юрченко Н.Н., Коваленко Л.В., Захаров И.К. Мобильные генетические элементы: нестабильность генов и геномов // Вавил. журн. генет. и селекции. 2011. Т. 15. №. 2. С. 261–270.
  28. Piacentini L, Fanti L, Specchia V. et al. Transposons, environmental changes, and heritable induced phenotypic variability // Chromosoma. 2014. V. 123. P. 345–354. doi: 10.1007/s00412-014-0464-y
  29. Grow E.J., Flynn R.A., Chavez S.L. et al. Intrinsic retroviral reactivation in human preimplantation embryos and pluripotent cells // Nature. 2015. V. 522. P. 221–225. doi: 10.1038/nature14308
  30. Grundy E.E., Diab N., Chiappinelli K.B. Transposable element regulation and expression in cancer // FEBS J. 2022 V. 289. P. 1160–1179. doi: 10.1111/febs.15722
  31. Schwarz R., Koch P., Wilbrandt J., Hoffmann S. Locus-specific expression analysis of transposable elements // Brief Bioinform. 2022. V. 23. doi: 10.1093/bib/bbab417

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Филогенетическое разнообразие транспозонов TLEWI тихоокеанской устрицы. Бутстреп-значения менее 50% на дендрограмме не указаны. В анализе использовались 38 аминокислотных последовательностей, протяженность выравнивания 493 а. о.

Скачать (712KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Транскрипционная активность гена транспозазы элементов TLEWI тихоокеанской устрицы в процессе развития организма от яйца до ювенильной устрицы.

Скачать (345KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Транскрипционная активность гена транспозазы элементов TLEWI в жабрах тихоокеанской устрицы после пребывания моллюсков в течение семи дней при различных температурных режимах.

Скачать (162KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Транскрипционная активность гена транспозазы элементов TLEWI в жабрах тихоокеанской устрицы после 12-часовой экспозиции моллюсков при различной солености.

Скачать (172KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Транскрипционная активность гена транспозазы элементов TLEWI в жабрах и мышцах тихоокеанской устрицы в процессе длительного пребывания без воды и пищи.

Скачать (176KB)
Метаданные
7. Приложение 1
Скачать (47KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024