научная статья по теме РЕКОНСТРУКЦИЯ ФИЛОГЕНИИ ОТРЯДА ГРЫЗУНОВ (RODENTIA) ПО ДАННЫМ СТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА КОРОТКОГО РЕТРОПОЗОНА B1 Биология

Текст научной статьи на тему «РЕКОНСТРУКЦИЯ ФИЛОГЕНИИ ОТРЯДА ГРЫЗУНОВ (RODENTIA) ПО ДАННЫМ СТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА КОРОТКОГО РЕТРОПОЗОНА B1»

ГЕНЕТИКА, 2007, том 43, № 7, с. 916-929

^=ОБЩАЯ ^^^^^^^^^^^^^^^^

ГЕНЕТИКА

УДК 577.21:599.32

РЕКОНСТРУКЦИЯ ФИЛОГЕНИИ ОТРЯДА ГРЫЗУНОВ (Rodentia) ПО ДАННЫМ СТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА КОРОТКОГО РЕТРОПОЗОНА B1

© 2007 г. Н. А. Вениаминова1, Н. С. Васецкий1, Л. А. Лавренченко2, С. В. Попов3, Д. А. Крамеров1

1 Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгелъгардта Российской академии наук, Москва 119991;

e-mail: kramerov@eimb.ru

2 Институт проблем экологии и эволюции им. А Н. Северцова Российской академии наук, Москва 119991

3 Московский зоопарк, Москва 123242 Поступила в редакцию 28.02.2006 г.

Проведено крупномасштабное исследование короткого ретропозона (SINE) B1 в геномах грызунов, относящихся к большинству известных семейств этого отряда млекопитающих. Нуклеотидные последовательности B1 из грызунов разных семейств обнаруживали целый ряд характерных черт, включающих замены, делеции и тандемные дупликации. Сопоставляя распределение этих черт среди семейств грызунов, тестировали обсуждаемые в настоящее время филогенетические связи в отряде грызунов. Проведенный анализ свидетельствует, в частности: 1) о ранней дивергенции беличьих (Sciuridae) и родственных им семейств (Aplodontidae и Gliridae) от остальных грызунов; 2) о возможной последующей дивергенции бобров (Castoridae); 3) о монофилии группы Hystricognathi, включающей ряд семейств, в том числе таких как дикобразы (Hystricidae) и морские свинки (Cavi-idae); 4) о вероятной монофилии группы, образованной остальными семействами, включая шесть семейств мышеподобных грызунов (Myodonta). Обсуждаются различные подходы к использованию коротких ретропозонов для филогенетических исследований.

Короткие ретропозоны, или SINEs (Short Interspersed Elements), представляют собой мобильные генетические элементы длиной 80-400 пн, размножение которых в геноме происходит через обратную транскрипцию их РНК [1-3]. В качестве обратной транскриптазы короткий ретропо-зон использует полипептид, закодированный в одном из видов длинных ретропозонов, или LINE (Long Interspersed Elements).

В геномах млекопитающих одного вида имеются 2-4 семейства коротких ретропозонов, каждое из которых содержит 104-105 копий, чьи нуклеотидные последовательности обычно обладают 65-90%-ным сходством. Различия между копиями обусловлены как существованием подсемейств коротких ретропозонов, так и мутациями, возникшими после интеграции каждой из копий. По числу таких нуклеотидных замен можно судить о возрасте той или иной копии SINE.

Большинство коротких ретропозонов ведут свое происхождение от молекул тРНК. Однако имеются два класса SINE, чье происхождение связано с другими РНК, синтезирующимися РНК-по-лимеразой III. Один из них включает несколько недавно открытых семейств SINE рыб, произошедших из 5S рРНК [4, 5]. Короткие ретропозоны другого класса (Alu приматов и B1 грызунов) были среди первых описанных SINE [6-9]. Они

ведут происхождение от 7SL РНК - цитоплазма-тической РНК длиной 300 нуклеотидов, которая входит в состав рибонуклеопротеидных частиц (SRP, signal recognition particles), узнающих сигнальный пептид секретируемых и мембранных белков [10]. В процессе возникновения Alu и B1 произошла потеря центральной части 7SL РНК длиной 144-182 нуклеотида (рис. 1). Alu (300 пн) состоит из двух таких сходных, но не идентичных последовательностей, левого (L) и правого (R) мономеров. Alu был найден в геномах всех изучавшихся в этом отношении приматов, включая полуобезьян (Prosimiae), что свидетельствует о возникновении Alu у общего предка всех приматов [11-13].

В отличие от Alu В1-элемент из геномов домовой мыши (Mus musculus) и серой крысы (Rattus norvegicus) представляет собой мономер и имеет длину около 140 пн. Однако в этом элементе имеется внутренняя тандемная дупликация с размером повтора 29 пн, что тоже можно рассматривать как своего рода димеризацию [14]. Наличие делеции длиной 9 пн в центральной части B1 мышей - еще одно отличие B1 от Alu. В геномах этих грызунов обнаружено небольшое число копий B1 без такой дупликации и делеции. Такие копии, названные pB1 (proto-B1), рассматриваются как эволюционные предшественники B1 [15]. В геномах мышей и крыс также обнаружены варианты pB1

7SL РНК

бокс А

бокс В

■ШГ

j;;i I

pB1

поли А

делеция d7, d9 или d10

pB1d7 или pB1d9

B1

pB1d10

B1-dID

V_

MEN

Y

ID

J

V Щ

ша I tä ihn нтатат

B1

dID

I ta I*

B1

__;

Рис. 1. Упрощенная схема, иллюстрирующая происхождение, эволюцию и структуру элемента B1 и родственных ему SINE у грызунов. У общего предка грызунов, приматов и тупай произошло образование ретропсевдогена 7SL РНК, несущего делецию 182 пн, что привело к возникновению элемента pB1. Последующая потеря специфического участка (отмечен черным) длиной 7, 9 или 10 пн привела к образованию новых семейств pB1. Тандемная дупликация участка длиной 29 пн привела к возникновению канонического элемента B1, известного из геномов Mus musculus и Rattus nor-vegicus. Образование 20-нуклеотидной тандемной дупликации в элементе pB1d10 предшествовало возникновению ди-мерных SINE (B1-d1D и MEN). ID - тРНК-родственный SINE, образовавший эти димерные SINE путем слияния с B1. Для последовательностей dID характерна делеция длиной 19 пн. Косой штриховкой отмечены боксы A и B промотора РНК-полимеразы III. Серым цветом и точечной штриховкой помечены участки, входящие в состав тандемных дупликаций.

со специфической делецией длиной 7, 10 или реже 9 пн (pB1d7, pB1d10 и pB1d9 соответственно; рис. 1).

Грызуны (Rodentia) образуют самый обширный отряд млекопитающих, состоящий по крайней мере из 30 семейств [16, 17]. Если B1 у мышей и крыс (сем. Muridae) изучены сравнительно хорошо [18-20], в частности благодаря секвениро-ванию геномов M. musculus [21] и R. norvegicus [22], то этот SINE из геномов других грызунов остается очень мало изученным. Зиткевич и со-авт. [12] показали наличие B1 у бурундука (Sciu-ridae) и морской свинки (Caviidae), но используя секвенирование ПЦР-продуктов эти авторы не могли изучить всю нуклеотидную последовательность этого SINE. Нами было описано два димер-ных SINE, содержащих в качестве мономеров B1 и ID-родственный элемент (ID известен как самостоятельный SINE грызунов, ведущий происхождение от аланиновой тРНК [23]). Первый из них, MEN, выделенный из генома белки Menetes berd-morei, имел левый ID-подобный мономер и B1 в качестве правого мономера [24]. Второй SINE, обнаруженный в геномах белок (Sciuridae) и сонь (Gliridae), имел противоположное расположение мономеров и был назван B1-dID [25]. Важно отметить, что В1-мономер из белок и сонь содержал

внутреннюю дупликацию длиной 20, а не 29 пн, как в B1 мышей и крыс (рис. 1).

Недавно, используя гибридизацию с В1-зон-дом M. musculus, мы показали наличие 7SL РНК-родственных SINE не только у приматов (Alu), но и у грызунов всех 15 тестированных семейств [26], а также тупай (Scandentia) [26, 27], но не у представителей других отрядов млекопитающих. Предварительные опыты по клонированию и се-квенированию геномных фрагментов ДНК подтвердили наличие копий B1 у таких грызунов, как тушканчики, мышовки, белки, бобры и морские свинки [26].

Было показано, что SINE могут быть использованы как надежные маркеры для изучения филогенетических связей. В частности, можно выяснять, имеются ли те или иные семейства SINE в геномах изучаемых организмов [28, 29]. Наличие общего семейства SINE у разных видов свидетельствует об их родстве.

В настоящей работе мы впервые использовали для филогенетических исследований не семейства, а подсемейства SINE (B1). Было секвениро-вано большое число копий В1-элемента из грызунов, относящихся к 22 семействам. В результате чего был обнаружен целый ряд подсемейств (вариантов) B1, отличающихся специфическими

нуклеотидными заменами, дупликациями и деле-циями. Анализ распределения таких вариантов B1 среди грызунов разных семейств позволил проверить существующие схемы филогенетического родства в пределах этого отряда млекопитающих.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Образцы ДНК. Источники получения животных, их тканей или ДНК представлены в таблице. ДНК выделяли из свежих, замороженных или фиксированных в спирте тканей (почки, печень или мышцы) инкубацией гомогената с протеина-зой К и последующей депротеинизацией смесью фенола с хлороформом (1 : 1).

Дот-гибридизация. Геномные ДНК грызунов (500 нг) инкубировали в 10 мкл 0.5 М NaOH в течение одного часа при 37°C, после чего добавляли 200 мкл раствора: 6xSSC - 6%-ный формальдегид -25 мМ NaH2PO4. ДНК наносили на нейлоновый фильтр Hybond N с помощью стандартного устройства для дот-блотов. ДНК, иммобилизованную на фильтре, гибридизовали с 32Р-мечен-ным В1-зондом мыши в смеси 4 х SSC-0.5% SDS -5 х раствор Денхардта-0.1 мг/мл денатурированной ДНК сельди при 60°C [26]. Фильтр отмывали в 0.1 х SSC-0.1% SDS при 42°C. Радиоактивность, связанную с геномными ДНК, измеряли с помощью фосфоримиджера Cyclon ("Packard", США).

Конструирование библиотек и их скрининг. Геномные ДНК грызунов (1.5-5.0 мкг) обрабатывали рестриктазами EcoRI и HindIII (ДНК Eremo-dipus lichtensteini была обработана рестриктазами KpnI и HindIII, поскольку большинство копий В1-элемента тушканчиков содержат внутренний сайт EcoRI) и фракционировали в 1%-ном агароз-ном геле. Фрагменты ДНК длиной от 500 до 1200 пн переносили на ДЭАЭ-фильтр с помощью электрофореза. Затем ДНК элюировали путем инкубации фильтра в 400 мкл 1 М NaCl-10 мМ трис-HCl (pH 8.0)-1 мМ ЭДТА при 60°C в течение 30 мин. ДНК осаждали этанолом, используя 10 мкг гликогена в качестве носителя. Фрагменты ДНК (0.1-0.5 мкг) лигировали с плазмидным вектором pGEM3Z (0.1-0.3 мкг), обработанным теми же рестриктазами. Полученным лигатом трансформировали компетентные клетки E. coli XL-1 Blue. Колонии переносили на нитроцеллюлозные фильтры и гибридизовали в тех же условиях, что и при дот-гибридизации. Позитивные колонии выявляли с помощью радиоавтографии. Клоны E. coli, содержащие В1-фрагменты, очищали от загрязняющих клонов, используя два дополнительных раунда гибридизации и рассев штрихом.

Геномная ДНК C. gundi была сильно дегради-рована; поэтому после

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком