vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RASvavilov-334Research ArticleСтатьиArticlesЧИСЛО ГОМОЛОГОВ НЕКОТОРЫХ ФЕРМЕНТОВ БИОСИНТЕЗА ТРИПТОФАНА У РАСТЕНИЙ КОРРЕЛИРУЕТ С ДОЛЕЙ БЕЛКОВ, АССОЦИИРОВАННЫХ С ТРАНСКРИПЦИЕЙTHE NUMBER OF HOMOLOGS OF SOME ENZYMES IN THE TRYPTOPHAN BIOSYNTHESIS PATHWAY CORRELATES WITH THE PROPORTION OF PROTEINS ASSOCIATED WITH TRANSCRIPTION IN PLANTSТурнаевИ. И.TurnaevI. I.turn@bionet.nsc.ruАкбердинИ. Р.AkberdinI. R.turn@bionet.nsc.ruСусловВ. В.SuslovV. V.turn@bionet.nsc.ruАфонниковД. А.AfonnikovD. A.turn@bionet.nsc.ruФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, RussiaRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia Novosibirsk National Research State University, Novosibirsk, RussiaRussian Federation201422012015184/210321038Copyright © Турнаев И.И., Акбердин И.Р., Суслов В.В., Афонников Д.А., 20152015Турнаев И.И., Акбердин И.Р., Суслов В.В., Афонников Д.А.Turnaev I.I., Akberdin I.R., Suslov V.V., Afonnikov D.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/334

Путь биосинтеза триптофана (ПБТ) универсален у большинства известных организмов, хотя и отсутствует у животных и некоторых эубактерий. У растений этот путь консервативен, но для разных видов наблюдается различное количество паралогов ферментов,участвующих в этом пути. В настоящей работе исследована возможная роль изменения числа паралогов ПБТ в процессе эволюции. Для этого проведена идентификация паралогов ферментов этого пути в известных полногеномных последовательностях и оценена статистическая связь между числом паралогов ПБТ и сложностью организмов. Показано, что сложность организмов достоверно коррелирует с числом гомологов ферментов синтеза триптофана у растений как для всех гомологов ферментов этого пути суммарно, так и для гомологов трех из шести ферментов этого пути ASA/ASB, PAI и IGPS. Выявленные зависимости могут быть обусловлены тем, что рост сложности организации растений и увеличение числа гомологов ферментов синтеза триптофана являются механизмами эволюционной адаптации к изменчивым условиям наземной среды обитания.

The tryptophan biosynthesis pathway (TBP) is ubiquitous in most known organisms, being absent only from animals and some bacteria. It is conserved in plants, although various species differ in the number of TBP enzyme paralogs. In the current work we investigated a putative possible role of changes in the number of paralogs of TBP enzymes in the course of plant evolution. We identified TBP enzyme paralogs in plant species with fully sequenced genomes and estimated the relationship between its number and organismal complexity. It is shown that organismal complexity significantly correlates with the total number of TBP paralogs and for some enzymes specifically (ASA/ASB, PAI, and IGPS). We suggest that such a relationship arises because both organismal complexity and the increasing number of paralogs may be important for the evolutionary adaptation of land plants to variable environmental conditions.

путь биосинтеза триптофанафилогенетические сетиморфологическая сложность организмовадаптацияизменчивость внешних условийtryptophan biosynthesis pathwayphylogenetic networkmorphological complexity of organismsadaptationvariability of environmental conditionsРНФReferencesКартель Н.А., Макеева Е.Н., Мезенко А.М. Генетика = Genetics: энциклопедический словарь. Минск: Беларус навука, 2011. 758 с.Картель Н.А., Макеева Е.Н., Мезенко А.М. Генетика = Genetics: энциклопедический словарь. Минск: Беларус навука, 2011. 758 с.Колчанов Н.А., Суслов В.В., Гунбин К.В. Моделирование биологической эволюции: регуляторные генетические системы и кодирование биологической организации // Информационный вестник ВОГИC. 2004. Т. 8. № 2. C. 86–99.Колчанов Н.А., Суслов В.В., Гунбин К.В. Моделирование биологической эволюции: регуляторные генетические системы и кодирование биологической организации // Информационный вестник ВОГИC. 2004. Т. 8. № 2. C. 86–99.Bohlmann J., DeLuca V., Eilert U., Martin W. Purification and cDNA cloning of anthranilate synthase from Ruta graveolens: modes of expression and properties of native and recombinant enzymes // Plant J. 1995. V. 7. No. 3. P. 491–501.Bohlmann J., DeLuca V., Eilert U., Martin W. Purification and cDNA cloning of anthranilate synthase from Ruta graveolens: modes of expression and properties of native and recombinant enzymes // Plant J. 1995. V. 7. No. 3. P. 491–501.Feliner G.N., Rossello J.A. Concerted evolution of multigene and homoelogous recombination families. Plant genome diversity. Springer Wein Heidelberg, N. Y., Dordrecht, London, 2012. 171 p.Feliner G.N., Rossello J.A. Concerted evolution of multigene and homoelogous recombination families. Plant genome diversity. Springer Wein Heidelberg, N. Y., Dordrecht, London, 2012. 171 p.Huson D.H., Bryant D. Application of phylogenetic networks in evolutionary studies // Mol Biol Evol. 2006. V. 23. No. 2. P. 254–267.Huson D.H., Bryant D. Application of phylogenetic networks in evolutionary studies // Mol Biol Evol. 2006. V. 23. No. 2. P. 254–267.Katoh K., Toh H. Recent developments in the MAFFT multiple sequence alignment program // Brief Bioinform. 2008. V. 9. No. 4. P. 286–298.Katoh K., Toh H. Recent developments in the MAFFT multiple sequence alignment program // Brief Bioinform. 2008. V. 9. No. 4. P. 286–298.Lamesch P., Berardini T.Z., Li D. et al. The Arabidopsis Information Resource (TAIR): improved gene annotation and new tools // Nucleic Acids Res. 2012. V. 40. P. D1202–D1210.Lamesch P., Berardini T.Z., Li D. et al. The Arabidopsis Information Resource (TAIR): improved gene annotation and new tools // Nucleic Acids Res. 2012. V. 40. P. D1202–D1210.Lang D., Weiche B., Timmerhaus G. et al. Genome-wide phylogenetic comparative analysis of plant transcriptional regulation: a timeline of loss, gain, expansion, and correlation with complexity // Genome Biol. Evol. 2010. V. 19. No. 2. P. 488–503.Lang D., Weiche B., Timmerhaus G. et al. Genome-wide phylogenetic comparative analysis of plant transcriptional regulation: a timeline of loss, gain, expansion, and correlation with complexity // Genome Biol. Evol. 2010. V. 19. No. 2. P. 488–503.Last R.L., Bissinger P.H., Mahoney D.J. et al. Tryptophan mutants in Arabidopsis: the consequences of duplicated tryptophan synthase beta genes // Plant Cell. 1991. V. 3. No. 4. P. 345–358.Last R.L., Bissinger P.H., Mahoney D.J. et al. Tryptophan mutants in Arabidopsis: the consequences of duplicated tryptophan synthase beta genes // Plant Cell. 1991. V. 3. No. 4. P. 345–358.Marchler-Bauer A., Zheng C., Chitsaz F. et al. CDD: conserved domains and protein three-dimensional structure // Nucleic Acids Research. 2013. V. 41. Р. D348–D352.Marchler-Bauer A., Zheng C., Chitsaz F. et al. CDD: conserved domains and protein three-dimensional structure // Nucleic Acids Research. 2013. V. 41. Р. D348–D352.Niyogi K.K., Fink G.R. Two anthranilate synthase genes in Arabidopsis: defense-related regulation of the tryptophan pathway // Plant Cell. 1992. V. 4. No. 6. Р. 721–733.Niyogi K.K., Fink G.R. Two anthranilate synthase genes in Arabidopsis: defense-related regulation of the tryptophan pathway // Plant Cell. 1992. V. 4. No. 6. Р. 721–733.Radwanski E.R., Last R.L. Tryptophan biosynthesis and metabolism: biochemical and molecular genetics // Plant Cell. 1995. V. 7. Р. 921–934.Radwanski E.R., Last R.L. Tryptophan biosynthesis and metabolism: biochemical and molecular genetics // Plant Cell. 1995. V. 7. Р. 921–934.Richardson A.O., Palmer J.D. Horizontal gene transfer in plants // Journal experimental Botany. 2007. V. 58. No. 1. P. 1–9.Richardson A.O., Palmer J.D. Horizontal gene transfer in plants // Journal experimental Botany. 2007. V. 58. No. 1. P. 1–9.Teichmann S.A., Babu M.M. Gene regulatory network growth by duplication // Nat Genet. 2004. V. 36. No. 5. Р. 492–496.Teichmann S.A., Babu M.M. Gene regulatory network growth by duplication // Nat Genet. 2004. V. 36. No. 5. Р. 492–496.Tozawa Y., Hasegawa H., Terakawa T., Wakasa K. Characterization of rice anthranilate synthase alpha-subunit genes OASA1 and OASA2. Tryptophan accumulation in transgenic rice expressing a feedback-insensitive mutant of OASA1 // Plant Physiol. 2001. V. 126. No. 4. P. 1493–1506.Tozawa Y., Hasegawa H., Terakawa T., Wakasa K. Characterization of rice anthranilate synthase alpha-subunit genes OASA1 and OASA2. Tryptophan accumulation in transgenic rice expressing a feedback-insensitive mutant of OASA1 // Plant Physiol. 2001. V. 126. No. 4. P. 1493–1506.Van Bel M., Proost S., Wischnitzki E. et al. Dissecting plant genomes with the PLAZA comparative genomics platform // Plant Physiology. 2012. V. 158. No. 2. P. 590–600.Van Bel M., Proost S., Wischnitzki E. et al. Dissecting plant genomes with the PLAZA comparative genomics platform // Plant Physiology. 2012. V. 158. No. 2. P. 590–600.Vogel C., Chothia C. Protein family expansions and biological complexity // PLoS Comput Biol. 2006. V. 2. No. 5. Р. e48.Vogel C., Chothia C. Protein family expansions and biological complexity // PLoS Comput Biol. 2006. V. 2. No. 5. Р. e48.Zhao Y. Auxin biosynthesis: a simple two-step pathway converts tryptophan to indole-3-acetic acid in plants // Mol. Plant. 2012. V. 5. No. 2 P. 334–338.Zhao Y. Auxin biosynthesis: a simple two-step pathway converts tryptophan to indole-3-acetic acid in plants // Mol. Plant. 2012. V. 5. No. 2 P. 334–338.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.