WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Две гипотезы могут быть предложены: (1) направленный мутагенез иссле-дованных копий Afut1 и Afut2 прошел как по CpG, так и по CpA+TpG сайтам и привел к значительному избытку TpA динуклеотидов; (2) направленный мутагенез у A. fumigatus осуществлялся только по CpA+TpG сайтам, а дефицит CpG динуклеотидов возник в результате пассивного дезаминирования 5-метилцитозинов после метилирования. Данные о метилировании цитозинов и присутствии 5-метилцитозинов в последовательностях ДНК представителей рода Aspergillus противоречивы. Долгое время считалось, что 5-метилцитозин достаточно редко встречается в геномах Aspergillus (Tamame et al. 1983). Однако, последние данные свиде-тельствуют о том, что ДНК A. flavus содержит модифицированные цитозины (Gowher et al. 2001), а A. nidulans имеет ген, кодирующий ДНК-метилтрансферазу гомологичную Masc1 из Ascobulus immersus, которая отвечает за метилирование повторенных последовательностей (Faugeron 2000; Gowher et al. 2001). Таким образом, гипотеза о мутагенезе по двум сайтам одновременно представляется более вероятной.

В отличие от Afut элементов, при анализе Dane LTR ретротранспозонов A. nidulans оказалось, что частоты встречаемости CpA+TpG в среднем такие же, как и для структурных генов, а частоты встречаемости CpG и TpA Dane4 отличаются от таковых для генов примерно на одну величину. Можно предположить, что если направленный мутагенез действовал на повторенные последовательности A. nidulans, то сайтами метилирования-дезаминирования являлись CpG динуклеотиды. Кроме того, судя по частотам встречаемости сайтов, метилированные сайты CpG были дезаминированы по обоим цитозинам. Это могло произойти как пассивно, так и при помощи специальных ферментов (активное дезаминирование).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование экспериментальных и биоинформатических подходов дает широкие возможности в исследованиях эволюции и распространения различных групп мобильных элементов среди эукариот, а также системы взаимодействия мобильный элемент – геном-“хозяин”. Экспериментальные подходы позволяют исследователю выбирать практически любой объект для изучения, тогда как с помощью биоинформатического анализа геномных последовательностей можно осуществить поиск всех мобильных элементов в масштабах целого генома.

Исследование 22-х видов отряда Scorpiones при помощи экспериментального подхода показало наличие множественных линий non-LTR ретротранспозонов в геномах этих животных. Однако подавляющее большинство обнаруженных элементов оказались нарушенными копиями, что свидетельствует об относи-тельно давних перемещениях этих элементов. Противоположная ситуация была выявлена при исследовании non-LTR ретротранспозонов четырех видов бабочек-голубянок рода Maculinea. Большинство обнаруженных мобильных элементов представляли собой интактные копии и, скорее всего, были активны относительно недавно и, возможно, активны в настоящее время. Так как мобильные элементы, в частности ретротранспозоны, участвуют в организации и функционировании геномов, составляя значительную фракцию, то можно предположить, что non-LTR ретротранспозоны Maculinea сыграли существенную роль в эволюции геномов представителей этого рода. Более того, был обнаружен горизонтальный перенос – одно из интересных и чрезвычайно редких явлений эволюции ретротранспозонов, особенно non-LTR ретроэлементов (Malik et al. 1999).

Горизонтальный перенос CR1B элементов произошел 5-10 млн. лет назад из представителя семейства Bombycidae в общего предка бабочек рода Maculinea. Несмотря на то, что увеличение копийности мобильных элементов сыграло одну из ключевых ролей в становлении геномов многих эукариот, неограниченное и нерегулируемое перемещение мобильных элементов, особенно ретротранс-позонов, способных увеличивать количество копий на геном, может иметь плачевные последствия для организма-“хозяина”. Предполагается, что в процессе совместной эволюции мобильных элементов и клетки “хозяина” возникают различные механизмы регуляции активности перемещения мобильных элементов (Kumar and Bennetzen 1999). Возникновение новых элементов в результате горизонтального переноса в геноме общего предка Maculinea не могло пройти бесследно. Отсутствие механизмов регуляции перемещения должно было привести к активной экспансии CR1B элементов. Таким образом, произошедший перенос CR1B ретротранспозонов должен был сыграть не последнюю роль в становлении и эволюции геномов рода Maculinea.

Исследование LTR ретротранспозонов при помощи биоинформатических подходов в масштабах геномов двух грибов-аскомицетов, Aspergillus fumigatus и Aspergillus nidulans, позволило оценить копийность и разнообразие LTR ретротранспозонов, а также выявить их структурную организацию. Однако возможности анализа in silico не ограничиваются лишь исследованием разнообразия и структурной организации мобильных элементов. Сравнительное исследование нуклеотидных последовательностей LTR ретротранспозонов A. fumigatus и A. nidulans показало наличие множественных транзиций C:G на T:A, что свидетельствует о произошедшей инактивации по типу RIP (repeat induced point mutation – мутагенез, индуцированный повторяющимися последователь-ностями) (Galagan and Selker 2004).

Более детальный анализ последовательностей подтвердил, что LTR ретротранспозоны подверглись RIP-подобной инактивации. Гомолог-зависимая инактивация по типу RIP очень интересное явление не только с точки зрения эволюции мобильных элементов, как повторенных последовательностей, но и с точки зрения эволюции всего организма. Так как в процессе RIP инактивации происходит метилирование-дезаминирование цитозинов в любой повторенной последовательности, то один из основных процессов возникновения новых генов за счет дупликации становится невозможным. Любопытно, что сайты, по которым произошло предполагаемое метилирование-дезаминирование отли-чаются у A. fumigatus и A. nidulans. Если у A. fumigatus сайтами RIP-подобной инактивации являлись CpG и CpA динуклеотиды, то у A. nidulans, судя по всему, только CpG динуклеотиды. Анализ мобильных элементов на предмет наличия признаков RIP инактивации впервые проведен в масштабах целых геномов.

Таким образом, использование экспериментального и биоинформатического подходов в исследовании дает возможности для разрешения множества вопросов и изучения различных аспектов распространения и эволюции мобильных элементов.

ВЫВОДЫ

  1. Исследовано разнообразие non-LTR ретротранспозонов в геномах 22-х видов отряда Scorpiones. Показано присутствие трех филогенетических групп non-LTR ретротранспозонов (CR1, Jockey и I) и множественных линий внутри обнаруженных групп. Разнообразие CR1-подобных non-LTR ретротранс-позонов скорпионов оказалось выше, чем известное до сих пор для других членистоногих. Большинство non-LTR ретротранспозонов оказались нару-шенными копиями, что свидетельствует об их относительно давних перемещениях.
  2. Исследовано разнообразие non-LTR ретротранспозонов в геномах четырех видов бабочек рода Maculinea. Показано присутствие четырех филогенетических групп non-LTR ретротранспозонов (CR1, R1, Jockey и R4) и наличие множественных линий внутри них, в частности – сосуществование двух близкородственных семейств MacCR1A и MacCR1B CR1-подобных ретроэлементов. Высокое сходство последовательностей элементов внутри обоих семейств свидетельствует об их недавней транспозиционной активности.
  3. На основе сравнения нуклеотидных последовательностей MacCR1B и доступных в базах данных, был обнаружен BmCR1B элемент в геноме Bombyx mori, имеющий высокое сходство с MacCR1B элементом Maculinea. Используя фрагменты генома B. mori полная последовательность BmCR1B элемент была реконструирована.
  4. Исследование распределения CR1B и CR1A семейств non-LTR ретротранспозонов среди представителей подотряда Ditrysia отряда Lepidoptera показало, что CR1B элементы присутствуют только у Maculinea (семейство Lycaenidae) и двух представителей семейства Bombycidae. Неравномерное распределение, очень высокая консервативность последовательностей в сравнении с ядерным геном EF-1 и медленная скорость эволюции являются доказательствами произошедшего горизонтального переноса CR1B non-LTR ретротранспозонов между представителем семейства Bombycidae и общим предком рода Maculinea более 5 млн. лет назад. На сегодняшний день описанное в данном исследовании явление горизонтального переноса является вторым доказанным случаем межвидового переноса non-LTR ретротранс-позонов.
  5. Исследовано разнообразие LTR ретротранспозонов в геномах восьми эукариотических организмов, включая три представителя царства грибов (Fungi) и пять представителей царства животных (Animalia). Для этого совместно с программистами компании UniPro (Новосибирск) был разработан и протестирован биоинформатический подход, позволяющий осуществлять анализ полных геномных последовательностей на предмет наличия мобильных элементов. Было обнаружено 19 новых, ранее не описанных, LTR ретротранспозонов в геномах 7 эукариотических организмов. Показано, что метод поиска является эффективным для детекции LTR ретротранспозонов.
  6. С помощью разработанного метода проведен анализ полных геномных последовательностей геномов двух аскомицетов, Aspergillus fumigatus и A. nidulans. Помимо известных семейств LTR ретротранспозонов Afut1, Afut2 A. fumigatus и Dane1,2 A. nidulans, для каждого вида было обнаружено по два семейства LTR ретротранспозонов, которые не были описаны ранее. Анализ полных нуклеотидных последовательностей элементов показал наличие множественных транзиций C:G на T:A, что свидетельствует о действии гомолог-зависимой инактивации по типу RIP.
  7. Впервые было проведено исследование мобильных элементов на предмет наличия признаков гомолог-зависимой инактивации повторенных последовательностей в масштабах целого генома. Проведен RIP анализ, который включал в себя подсчет частот встречаемости динуклеотидов CpG, CpA, TpG и TpA как для LTR ретротранспозонов, так и для функциональных генов. RIP анализ убедительно показал, что последовательности LTR ретротранспозонов A. fumigatus и A. nidulans несут отпечатки действия RIP-подобной инактивации.

Список публикаций по теме диссертации

  1. Novikova O., Fursov M., Beresikov E., Blinov A. New LTR retrotransposable elements from eukaryotic genomes // Proceedings of the fourth international conference on bioinformatics of genome regulation and structure – BGRS. 2004. Novosibirsk, Russia. V. 2. P. 220-224.
  2. Beresikov E., Novikova O., Makarevich I., Lashina V., Plasterk R., Blinov A. Evolutionary relationships and distribution of non-LTR retrotransposons in eukaryotes // Proceedings of the fourth international conference on bioinformatics of genome regulation and structure – BGRS. 2004. Novosibirsk, Russia. V. 2. P. 181-184.
  3. Glushkov S., Novikova O., Blinov A., Fet V. Divergent non-LTR retrotransposon lineages from the genomes of scorpions (Arachnida: Scorpiones) // Mol. Genet. Genomics. 2005. V. 275. P. 288-296.
  4. Novikova O., liwiska E., Blinov A., Woyciechowski M. Non-LTR retrotransposons from large blue butterfly Maculinea teleius: the diversity of CR1-like elements // In: Studies on the ecology and conservation of butterflies in Europe. Settele J., Kuehn E., Thomas J. (eds.). Pensoft. Sofia-Moscow. 2005. V. 2. P. 184-188.
  5. Novikova O., Fursov M., Berezikov E., Blinov A. 2006. New LTR retrotransposable elements from eukaryotic genomes // In: Bioinformatics of genome regulation and structure II. Kolchanov N., Hofestaedt R., Milanesi L. (eds). Springer. 2006. P. 131-140.
  6. Kabanova A., Novikova O., Gunbin K., Fet V., Blinov A. Evolutionary relationships and distribution of the different LTR retrotransposon families in plants // Proceedings of the fifth international conference on bioinformatics of genome regulation and structure - BGRS. 2006. Novosibirsk, Russia. V. 3. P. 163-166.
  7. Novikova O., Fursov M., Blinov A. New family of LTR retrotransposable elements from fungi // Proceedings of the fifth international conference on bioinformatics of genome regulation and structure - BGRS. 2006. Novosibirsk, Russia. V. 3. P. 195-198.
  8. Novikova O., liwiska E., Fet V., Settele J., Blinov A., Woyciechowski M. CR1 clade of non-LTR retrotransposons from Maculinea butterflies (Lepidoptera: Lycaenidae): evidence for recent horizontal transmission // BMC Evol. Biol. 2007. V. 7. P. 93
  9. Новикова О., Фет В., Блинов А. LTR ретротранспозоны в геномах Aspergillus fumigatus и A. nidulans // Мол. Биол. 2007. (принята в печать).
  10. Новикова О., Фет В., Блинов А. Гомолог-зависимая инактивация LTR ретротранспозонов в геномах Aspergillus fumigatus и A. nidulans // Мол. Биол. 2007.
    Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»