ОРГАНІЗАЦІЯ 5S РИБОСОМНОЇ ДНК POA PRATENSIS L.
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2020.02.135Keywords:
5S рДНК, міжгенний спейсер, молекулярна еволюція, повторювані послідовності, Poa pratensis L., PoaceaeAbstract
Однією зі зручних моделей для дослідження молекулярної еволюції рослин є 5S рДНК, яка належить до класу
повторюваних послідовностей. Повторювана одиниця 5S рДНК складається з консервативної ділянки, яка
кодує 5S рРНК, та варіабельного міжгенного спейсера (intergenic spacer – IGS), в якому містяться мотиви,
що необхідні для ініціації та термінації транскрипції. Саме послідовності IGS можуть слугувати
молекулярним маркером для дослідження філогенетичних відносин таксонів низького рангу. На сьогодні
молекулярна організація 5S рДНК у видів родини Poaceae, до якої належать багато економічно важливих
культур, все ще недостатньо вивчена. Тому метою роботи було дослідити організацію і поліморфізм IGS
5S рДНК у геномі тонконогу лучного (Poa pratensis L.), представника одного з найбільших родів родини
Poaceae. З використанням ПЛРампліфікації, клонування, сиквенування та аналізу бази даних SRA
встановлено, що в геномі Poa pratensis присутні як мінімум два варіанти повторюваної одиниці 5S рДНК.
Обидва варіанти мають кодувальну ділянку довжиною 119 нп, тоді як довжина IGS змінюється у межах
від 169 до 185 нп. На початку IGS присутня оліго-Т послідовність термінатора транскрипції РНК-
полімерази III. Потенційні зовнішні елементи промотора 5S рДНК у представників родини Злаки
відрізняються від таких у досліджених раніше груп рослин.
References
Ishchenko OO, Panchuk II (2018b) Molecular organization of 5S rDNA of perennial ryegrass Lolium perenne L.
Bull Vavilov Soc Genet Breed Ukr. 2018c; 16(2):166–173. doi:10.7124/visnyk.utgis.16.2.1054
Rusak ОО, Petrashchuk VІ, Panchuk ІІ, Volkov RА. Molecular organization of 5S rDNA in two Ukrainian
populations of Sycamore (Acer pseudoplatanus). Bull. Vavilov Soc. Genet. Breed. Ukraine. 2016; 14(2): 216– 220.
Stratiichuk AS, Derevenko TO, Tynkevych YO. Organization of 5S rDNA repeated unit of Quercus imbricaria
Michx. Bull. Vavilov Soc. Genet. Breed. Ukraine. 2019; 17(2): 179–186. doi: 10.7124/visnyk.utgis.17.2.1219
Tynkevich YuO, Volkov RA. Novel structural class of 5S rDNA of Rosa wichurana Crep. Reports of the National
Academy of Sciences of Ukraine. 2014; 5: 143–148.
Tynkevich YO, Nevelska АО, Chorney ІІ, Volkov RА. Organization and variability of the 5S rDNA intergenic
spacer of Lathyrus venetus. Bull. Vavilov Soc. Genet. Breed. Ukraine. 2015; 13(1): 81–87.
Shelyfist AY, Tynkevich YO, Volkov RA. Molecular organization of 5S rDNA Brunfelsia uniflora (Pohl.) D. Don.
Bull. Vavilov Soc. Genet. Breed. Ukraine. 2018; 16(1): 61–68.
Benabdelmouna A, Abirached-Darmency M, Darmency H. Phylogenetic and genomic relationships in Setaria
italica and its close relatives based on the molecular diversity and chromosomal organization of 5S and 18S-5.8S-
S rDNA genes. Theor. Appl. Genet. 2001; 103: 668–677. doi: 10.1007/s001220100596
Baum B.R., Johnson D.A. Lophopyrum Á. Löve (1980), Thinopyrum Á. Löve (1980), Trichopyrum Á. Löve (1986):
one, two or three genera? A study based on the nuclear 5S DNA. Genet. Resour. Crop. Evol. 2018; 65: 161–186.
Baum BR, Baіley LG, Johnson DA, Agafonov AV Molecular diversity of the 5S rDNA unіts іn the Elymus
dahurіcus complex (Poaceae: Trіtіceae) supports the genomіc constіtutіon of St, Y, and H haplomes. Can. J. of Bot.
; 81(11): 1091–1103. doі:10.1139/b03-102
Baum BR, Baіley LG, Belyayev A et al. The utіlіty of the nontranscrіbed spacer of 5S rDNA unіts grouped іnto unіt
classes assіgned to haplomes – a test on cultіvated wheat and wheat progenіtors. Genome. 2004; 47(3): 590–599.
doі: 10.1139/g03-146
Cloix C, Tutois S., Mathіeu O et al. Analysis of 5S rDNA arrays in Arabidopsis thaliana: physical mapping and
chromosome–specific polymorphisms. Genom Res. 2000; 10: 679–690. doi:10.1101/gr.10.5.679
de Souza TB, Gaeta ML, Martins C, Vanzela ALL. IGS sequences in Cestrum present AT-and GC-rich conserved
domains, with strong regulatory potential for 5S rDNA. Mol Biol Reports 2020; 47: 55–66. doі: 10.1007/s11033-
-05104-y
Denk T, Grimm G. The oaks of western Eurasia: Traditional classifications and evidence from two nuclear markers.
Taxon. 2010; 59(2): 351–366. doi:10.1002/tax.592002
Douet J, Tourmente S. Transcription of the 5S rRNA heterochromatic genes іs epigenetically controlled іn
Arabidopsis thaliana and Xenopus laevіs. Heredіty.140 Biological systems. Vol. 12. Is. 2. 2020 2007; 99(1): 5–13.
doі:10.1038/sj.hdy.6800964
Falistocco E, Passeri V, Marconi G. Investigations of 5SrDNA of Vitis vinifera L.: sequence analysis and physical
mapping. Genome. 2007; 50(10): 927–938. doi: 10.1139/G07-070
Fulnecek J, Lim KY, Leitch AR et al. Evolution and structure of 5S rDNA loci in allotetraploid Nicotiana tabacum
and its putative parental species. Heredity.2002; 88:19-25. doi: 10.1038/sj.hdy.6800001
Ishchenko OO, Panchuk II, Andreev IO et al. Molecular organization of 5S ribosomal DNА of Deschampsia
antarctica. Cytol. Genet. 2018a; 52(6): 416–421. doi: 10.3103/S0095452718060105
Kolano BM, Cann J, Oskędra M et al. Parental origin and genome evolution of several eurasian hexaploid species of
Chenopodium (Chenopodiaceae). Phytotaxa. 2019; 392(3):163–185. doi: 10.11646/phytotaxa.392.3.1
Larkin MA, Blackshields G, Brown NP et al. Clustal W and Clustal X version 2.0. Bioinformatics. 2007; 23(21):
-2948. doi: 10.1093/bioinformatics/btm404
Layat E, Saez-Vasquez J, Tourmente S. Regulation of Pol I-transcribed 45S rDNA and Pol III-transcribed 5S rDNA
in Arabidopsis. Plant Cell Physiol. 2012; 53(2): 267–276. doi: 10.1093/pcp/pcr177
Mlinarec J, Franjevic D, Bockor L, Besendorfer V. Diverse evolutionary pathways shaped 5S rDNA of species of
tribe Anemoneae (Ranunculaceae) and reveal phylogenetic signal. Bot. J. Linn. Soc. 2016; 182(1): 80–99.
doi:10.1111/boj.12452
Peng YY, Wei YM, Baum BR, Zheng YL. Molecular diversity of the 5S rRNA gene and genomic relationships in
the genus Avena (Poaceae: Aveneae). Genome. 2008; 51(2): 137–154. doi: 10.1139/G07-111
Porebski S, Bailey LG, Baum BR. Modification of a CTAB DNA extraction protocol for plants containing high
polysaccharide and polyphenol components. Plant Mol. Biol. Rep. 1997; 15(1): 8–15. doi:10.1007/BF02772108
Röser M, Wіnterfeld G, Grebensteіn B, Hemleben V. Molecular dіversіty and physіcal mappіng of 5S rDNA іn wіld
and cultіvated oat grasses (Poaceae: Aveneae). Mol. Phylogen. Evol. 2001; 21(2): 198–217.
doі:10.1006/mpev.2001.1003
Saini A, Jawali N. Molecular evolution of 5S rDNA region in Vigna subgenus Ceratotropis and its phylogenetic
implications. Plant Syst. Evol. 2009; 280(3-4): 187–206. doі: 10.1007/s00606-009-0178-4
Schneeberger RG, Creisse GP, Cullis CA. Chromosomal and molecular analysis of 5S RNA gene organization in the
flax, Linum usitatissimum. Gene. 1989; 83(1): 75–84. doi: 10.1016/0378-1119(89)90405-8
Singh D, Ahuja PS. 5S rDNA gene diversity in tea (Camellia sinensis (L.) O. Kuntze) and its use for variety
identification. Genome. 2006; 49(1): 91–96. doi: 10.1139/g05-065
Volkov AR, Panchuk II. 5S rDNA of Dactylis glomerata (Poaceae): molecular organization and taxonomic
application. Bull. Vavilov Soc. Genet. Breed. Ukraine. 2014; 12(1): 3–11.
Volkov RA, Panchuk ІІ, Borіsjuk LG, Borіsjuk MV. Plant rDNA: Organіzatіon, evolutіon, and usіng. Cytol. Genet.
; 37(1): 68–72.
Yang CR, Baum BR, Johnson DA et al. Molecular diversity of the 5S nuclear ribosomal DNA in Campeiostachys
with StHY haplome constitution. J. Syst. Evol. 2019; 58(1): 69–76. doi: 10.1111/jse.12484
Zhu XY, Cai DT, Ding Y. Molecular and cytological characterization of 5S rDNA in Oryza species: genomic
organization and phylogenetic implications. Genome. 2008; 51(5): 332-340. doi: 10.1139/G08-016
