Полиморфизм интрона гена rps16 у представителей рода Malus Mill. и родственных видов семейства Rosaceae Juss.

Интрон хлоропластного гена rps16, кодирующего рибосомный белок 16S, относится к интронам группы II, для которых характерна способность к автономному сплайсингу. Последовательность этого интрона может быть достаточно полиморфной и широко применяется для молекулярно-генетических исследований у различных семейств растений. Однако участки интрона, функционально значимые для сплайсинга и формирования вторичной структуры пре-мРНК у представителей семейства Rosaceae, в том числе рода Malus, на сегодняшний день не описаны.

Целью работы была характеристика нуклеотидных последовательностей интрона rps16, оценка их полиморфизма и идентификация отдельных структурных элементов интрона, определяющих правильный сплайсинг гена rps16 у представителей рода Malus и родственных видов Rosaceae. Проведены амплификация, секвенирование и анализ полиморфизма нуклеотидных последовательностей интрона группы II хлоропластного гена rps16 у 32 видов рода Malus и 17 видов из других родов семейства Rosaceae. Показано, что у представителей рода Malus данный интрон имеет крайне низкий уровень вариабельности (1.5 %), так же как и у представителей рода Prunus, у которых полиморфизм интрона гена rps16 был несколько выше (2.25 %). В изученных последовательностях интрона гена rps16 были идентифицированы границы шести функциональных доменов, характерные для интронов группы II, а также сайты связыва- ния IBS/EBS. Определены уровни вариабельности последовательностей всех шести доменов и междоменных участков. Наиболее консервативными оказались домены V и VI, что может быть связано с ролью этих доменов в позиционировании всех структур премРНК и формировании каталитически активной пространственной структуры интрона. Таким образом, впервые изучен полиморфизм интрона хлоропластного гена rps16 у видов Malus и родственных видов Rosaceae. Идентифицированы границы всех шести функциональных доменов, характерные для интронов группы II, и сайты связывания IBS/EBS. Показано, что наиболее консервативными в последовательности интрона являются домены V и VI.

1. Brown G.G., Francs-Small C.C., Ostersetzer-Biran O. Group II intron splicing factors in plant mitochondria. Front. Plant Sci. 2014;5:1-13. DOI 10.3389/fpls.2014.00035.

2. Carrillo C., Chapdelaine Y., Bonen L. Variation in sequence and RNA editing within core domains of mitochondrial group II introns among plants. Mol. Gen. Genet. 2001;264(5):595-603. DOI 10.1007/s004380000345.

3. Dai L., Chai D., Gu S.Q., Gabel J., Noskov S.Y., Blocker F.J., Lambowitz A.M., Zimmerly S. A three-dimensional model of a group II intron RNA and its interaction with the intron-encoded reverse transcriptase. Mol. Cell. 2008;30(4):472-485. DOI 10.1016/j.molcel.2008.04.001.

4. Jansen R.K., Cai Z., Raubeson L.A., Daniell H., dePamphilis C.W., Leebens-Mack J., Müller K.F., Guisinger-Bellian M., Haberle R.C., Hansen A.K., Chumley T.W., Lee S.B., Peery R., McNeal J.R., Kuehl J.V., Boore J.L. Analysis of 81 genes from 64 plastid genomes resolves relationships in angiosperms and identifies genome-scale evolutionary patterns. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007;104(49): 19369-19374. DOI 10.1073/pnas.0709121104.

5. Kelchner S.A. Group II introns as phylogenetic tools: structure, function, and evolutionary constraints. Am. J. Bot. 2002;89(10):16511669. DOI 10.3732/ajb.89.10.1651.

6. Kumar S., Stecher G., Tamura K. MEGA7: Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 7.0 for bigger datasets. Mol. Biol. Evol. 2016;33:1870-1874. DOI 10.1093/molbev/msw054.

7. Lei W., Ni D., Wang Y., Shao J., Wang X., Yang D., Wang J., Chen H., Liu C. Intraspecific and heteroplasmic variations, gene losses and inversions in the chloroplast genome of Astragalus membranaceus. Sci. Rep. 2016;6:21669. DOI 10.1038/srep21669.

8. Lo E.Y.Y., Donoghue M.J. Expanded phylogenetic and dating analyses of the apples and their relatives (Pyreae, Rosaceae). Mol. Phylogen. Evol. 2012;63(2):230-243. DOI 10.1016/j.ympev.2011.10.005.

9. Michel F., Umesono K., Ozeki H. Comparative and functional anatomy of group II catalytic introns – a review. Gene. 1989;82(1):5-30.

10. Ostheimer G., Williams-Carrier R., Belcher S., Osborne E., Gierke J., Barkan A. Group II intron splicing factors derived by diversification of an ancient RNA binding module. EMBO J. 2003;22(15):39193929. DOI 10.1093/emboj/cdg372.

11. Potter D., Eriksson T., Evans R.C., Oh S., Smedmark J., Morgan D.R., Kerr M., Robertson K.R., Arsenault M., Campbell C.S. Phylogeny and classification of Rosaceae. Plant Syst. Evol. 2007;266:5-43. DOI 10.1007/s00606-007-0539-9.

12. Ryzhova N.N., Slugina M.A., Kochieva E.Z., Skryabin K.G. Polymorphism and structural variation of rps16 group-II intron in the Solanum species. Genetika = Genetics (Moscow). 2013;49(7):717-721. DOI 10.1134/S1022795413070120.

13. Ryzhova N.N., Kholda O.A., Kochieva E.Z. Structural characteristics of the chloroplast rps16 intron in Allium sativum and related Allium species. Molekulyarnaya biologiya = Molecular Biology (Moscow). 2009;43(5):766-775. DOI 10.1134/S0026893309050082.

14. Shaw J., Lickey E.B., Beck J.T., Farmer S.B., Liu W., Miller J., Siripun K.C., Winder C.T., Schilling E.E., Small R.L. The tortoise and the hare II: relative utility of 21 noncoding chloroplast DNA sequences for phylogenetic analysis. Am. J. Bot. 2005;92(1):142-166. DOI 10.3732/ajb.92.1.142.

15. Smedmark J.E.E., Rydin C., Razafimandimbison S.G., Khan S.A., Liede-Schumann S., Bremer B. A phylogeny of Urophylleae (Rubiaceae) based on rps16 intron data. Taxon. 2008;57(1):24-32. DOI 10.5167/uzh-11754.

16. Toor N., Hausner G., Zimmerly S. Coevolution of group II intron RNA structures with their intron encoded reverse transcriptases. RNA. 2001;7(8):1142-1152. DOI 10.1017.S1355838201010251.

17. Vogel J., Hubschmann T., Borner T., Hess W.R. Splicing and introninternal RNA editing of trnK-matK transcripts in barley plastids: support for MatK as an essential splice factor. J. Mol. Biol. 1997;270(2):179-187. DOI 10.1006/jmbi.1997.1115.

18. Yuhua W., Wei W., Wei T., Weiguo Z. Analysis of chloroplast ribosomal subunit S16 (rpS16) intron sequences in Morus (Urticales: Moraceae). Afric. J. Biotechnol. 2011;10(77):17695-17699. DOI 10.5897/AJB11.2218.

19. Zimmerly S., Semper C. Evolution of group II introns. Mobile DNA. 2015;6:7. DOI 10.1186/s13100-015-0037-5.