ОРГАНІЗАЦІЯ МІЖГЕННОГО СПЕЙСЕРА 5S РИБОСОМНОЇ ДНК APAMEA MONOGLYPHA (LEPIDOPTERA)
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2023.01.026Ключові слова:
генетичний поліморфізм, ДНК-баркодинг, молекулярні маркери, молекулярна еволюція, повторювані послідовності, міжгенний спейсер 5S рДНК, Apamea monoglypha, LepidopteraАнотація
Значна частина метеликів - представників надродини Noctuoidea, які поширені на території України, є шкідниками сільськогосподарських культур, що привертає до них особливу увагу дослідників. Зокрема, кормовими рослинами для личинок метеликів роду Apameа є злакові культури. Коректне визначення метеликів-шкідників вимагає проведення молекулярно-генетичних досліджень для створення молекулярних паспортів (баркодингу). Одним із зручних молекулярних маркерів, які застосовуються для порівняння таксонів низького рангу є ділянки 5S рДНК. Ці послідовності тандемно організовані в кластери, де кожна повторювана одиниця (повтор) складається з висококонсервативної кодувальної ділянки та варіабельного міжгенного спейсера (intergenic spacer – IGS). Зважаючи на те, що молекулярна організація 5S рДНК у метеликів є все ще недостатньо дослідженою, метою нашої роботи було проаналізувати IGS 5S рДНК представника роду Apamea – A. monoglypha. Для цього повтори 5S рДНК ампліфікували за допомогою ПЛР, а отримані продукти лігували у плазмідний вектор pJet1.2. Вставки трьох рекомбінантних плазмід, ApMon1-1, ApMon1-2 та ApMon1-8, які мали очікуваний розмір, сиквенували. Виявлено, що в геномі A. monoglypha присутні декілька структурних варіантів IGS, які відрізняються між собою як за довжиною, так і за нуклеотидною послідовністю. Відсотки ідентичності порівнюваних IGS 5S рДНК варіювали в межах 38,0-76,2%, що свідчить про високий рівень внутрішньогеномного поліморфізму цієї ділянки. В якості потенційних зовнішніх елементів промотору, що можуть брати участь в ініціації та термінації транскрипції, було охарактеризовано АТ-багату ділянку, динуклеотид GC та залишок цитозину, які передують кодувальній ділянці. Водночас oligo-T мотив, який знаходиться безпосередньо після кодувальної ділянки імовірно забезпечує термінацію транскрипції.
Посилання
Bardella VB, Cabral-de-Mello DC. Uncovering the molecular organization of unusual highly scattered 5S rDNA: The case of Chariesterus armatus (Heteroptera). Gene. 2018; 646: 153-158. https://doi.org/10.1016/j.gene.2017.12.030
Bueno GD, Gatto KP, Gazolla CB, et al. Cytogenetic characterization and mapping of the repetitive DNAs in Cycloramphus bolitoglossus (Werner, 1897): More clues for the chromosome evolution in the genus Cycloramphus (Anura, Cycloramphidae). Plos One. 2021; 16(1): e0245128. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0245128
Cherevatov OV, Panchuk II, Kerek SS, et al. Molecular diversity of the CoI–CoII spacer region in the mitochondrial genome and the origin of the Carpathian bee. Cytol. Genet. 2019; 53: 276–281. https://doi.org/10.3103/S0095452719040030
Cherevatov OV, Statna AP, Volkov RA. Novel structural subclass of Lycaena tityrus 5S ribosomal DNA. Visnik ukrains’kogo tovaristva genetikiv i selekcioneriv. 2012; 10(2): 202-207.
Cherevatov OV, Volkov RA. Molecular organization of 5S rDNA of Satyrus drias (Lepidoptera). Rep. Natl. Acad. Sci. Ukr. 2011b; 1: 140-145.
Cherevatov OV, Volkov RA. Molecular organization of 5S ribosomal DNA of Polyommatus icarus. Visnik ukrains’kogo tovaristva genetikiv i selekcioneriv. 2010; 8(2): 271-278.
Cherevatov OV, Volkov RA. Organization of 5S ribosomal DNA of Melitaea trivia. Cytology and Genetics. 2011a; 45(2): 115-120. https://doі:
3103/S0095452711020034
Dey A, Shashank PR, Meshram NM, et al. Molecular diversity of Sesamia inferens (Walker, 1856) (Lepidoptera: Noctuidae) from India. 3 Biotech. 2021; 11: 1-10. https://doi.org/10.1007/s13205-021-02678-y
Ding Q, Li R, Ren X, et al. Genomic architecture of 5S rDNA cluster and its variations within and between species. BMC genomics. 2022; 23(1), 1-20. https://doi.org/10.1186/s12864-022-08476-x
Dong Z, Wang Y, Li C, et al. Mitochondrial DNA as a molecular marker in insect ecology: Current status and future prospects. Annals of the Entomological Society of America. 2021; 114(4): 470-476. https://doi.org/10.1093/aesa/saab020
Fernández-Pérez J, Nantón A, Méndez J. Sequence characterization of the 5S ribosomal DNA and the internal transcribed spacer (ITS) region in four European Donax species (Bivalvia: Donacidae). BMC genetics. 2018; 19(1): 1-13. https://doi.org/10.1186/s12863-018-0684-x
Filip E, Strzała T, Stępień E, et al. Universal mtDNA fragment for Cervidae barcoding species identification using phylogeny and preliminary analysis of machine learning approach. Scientific Reports. 2023; 13(1): 9133. https://doi.org/10.1038/s41598-023-35637-z
Hebert PD, Cywinska A, Ball SL, et al. Biological identifications through DNA barcodes. Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences. 2003; 270(1512): 313-321. https://doi.org/10.1098/rspb.2002.2218
Higgins DG, Bleasby AJ, Fuchs R. CLUSTAL V: improved software for multiple sequence alignment. Bioinformatics. 1992; 8(2): 189-191. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/8.2.189
Idrees A, Qadir ZA, Afzal A, et al. Laboratory efficacy of selected synthetic insecticides against second instar invasive fall armyworm, Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) larvae. Plos one. 2022; 17(5): e0265265. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0265265
Ishchenko OO, Mel’nyk VM, Parnikoza ІY, et al. Molecular organization of 5S ribosomal DNA and taxonomic status of Avenella flexuosa (L.) Drejer (Poaceae). Cytol. Genet. 2020; 54: 505–513. https://doi.org/10.3103/S0095452720060055
Jiang Y, Li HX, Yu XF, et al. Characterization of two complete mitochondrial genomes of Atkinsoniella (Hemiptera: Cicadellidae: Cicadellinae) and the phylogenetic implications. Insects. 2021; 12(4): 338. https://doi.org/10.3390/insects12040338
José López‐Piñón M, Freire R, Insua A, et al. Sequence characterization and phylogenetic analysis of the 5S ribosomal DNA in some scallops (Bivalvia: Pectinidae). Hereditas. 2008; 145(1): 9-19. https://doi.org/10.1111/j.0018-0661.2008.2034.x
Kannan A, Rao SR, Ratnayeke S, et al. The efficiency of universal mitochondrial DNA barcodes for species discrimination of Pomacea canaliculata and Pomacea maculata. PeerJ. 2020; 8: e8755. https://doi.org/10.7717/peerj.8755
Kergoat GJ, Goldstein PZ, Le Ru B, et al. A novel reference dated phylogeny for the genus Spodoptera Guenée (Lepidoptera: Noctuidae: Noctuinae): new insights into the evolution of a pest-rich genus. Molecular phylogenetics and evolution. 2021; 161: 107161. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2021.107161
Kljuchko Z. The Noctuids of Ukraine. Kyiv: Rayevsky scientific publishers; 2006
Layat E, Sáez-Vásquez J, Tourmente S, et al. (2012). Regulation of Pol I-transcribed 45S rDNA and Pol III-transcribed 5S rDNA in Arabidopsis. Plant and Cell Physiology. 2012; 53(2): 267-276. https://doi.org/10.1093/pcp/pcr177
Orioli A, Pascali C, Pagano A, et al. RNA polymerase III transcription control elements: themes and variations. Gene. 2012; 493(2): 185-194. https://doi.org/10.1016/j.gene.2011.06.015
Panchuk II, Volkov RA. A practical course in molecular genetics. Chernivtsi: Ruta, 2007.
Provazníková I, Hejníčková M, Visser S, et al. Large-scale comparative analysis of cytogenetic markers across Lepidoptera. Scientific Reports. 2021; 11(1): 12214. https://doi.org/10.1038/s41598-021-91665-7
Rebordinos L, Cross I, Merlo A. High evolutionary dynamism in 5S rDNA of fish: state of the art. Cytogenetic and Genome Research. 2013; 141(2-3): 103-113. https://doi.org/10.1159/000354871
Ribeiro FL, Fernandez MA. Molecular characterization of the 5S ribosomal gene of the Bradysia hygida (Diptera: Sciaridae). Genetica. 2004; 122: 253-260. https://doi.org/10.1007/s10709-004-1704-5
Roshka NM, Cherevatov OV, Volkov RA. 5S ribosomal DNA of peach blossom Thyatira batis L. Scientific Herald of Chernivtsi University. Biology (Biological Systems). 2020; 12(1): 20-25. https://doi.org/10.31861/biosystems2020.01.020
Schiebelhut LM, Abboud SS, Gómez Daglio LE, et al. A comparison of DNA extraction methods for high‐throughput DNA analyses. Molecular Ecology Resources. 2017; 17(4): 721-729. https://doi.org/10.1111/1755-0998.12620
Senderowicz M, Nowak T, Weiss-Schneeweiss H, et al. Molecular and cytogenetic analysis of rDNA evolution in Crepis sensu lato. International Journal of Molecular Sciences. 2022; 23(7): 3643. https://doi.org/10.3390/ijms23073643
Shah RA, Riyaz M, Ignacimuthu S, et al. Characterization of four mitochondrial genomes from superfamilies Noctuoidea and Hyblaeoidea with their phylogenetic implications. Scientific Reports. 2022; 12(1): 18926. https://doi.org/10.1038/s41598-022-21502-y
Sochorová J, Garcia S, Gálvez F, et al. Evolutionary trends in animal ribosomal DNA loci: introduction to a new online database. Chromosoma. 2018; 127: 141-150. https://doi.org/10.1007/s00412-017-0651-8
Statna AP, Cherevatov OV, Volkov RA. Molecular organization and evolution of 5S ribosomal DNA of Sphinx ligustri. Visnik ukrains’kogo tovaristva genetikiv i selekcioneriv. 2013; 11(2): 276-282.
Tynkevich YO, Volkov RA. 5S Ribosomal DNA of distantly related Quercus species: molecular organization and taxonomic application. Cytol. Genet. 2019; 53: 459–466. https://doi.org/10.3103/S0095452719060100
Ubeda-Manzanaro M, Merlo MA, Palazon JL, et al. Sequence characterization and phylogenetic analysis of the 5S ribosomal DNA in species of the family Batrachoididae. Genome. 2010; 53(9): 723-730. https://doi.org/10.1139/G10-048
Van den Berg J, Plessis H. Chemical control and insecticide resistance in Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae). Journal of Economic Entomology. 2022; 115(6): 1761-1771. doi.org/10.1093/jee/toac108
Willis IM. RNA polymerase III: genes, factors and transcriptional specificity. European Journal of Biochemistry. 1993; 212(1): 1-11. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1993.tb17626.x
Xian-Rong G, Nicoghosian K, Cedergren RJ. 5S RNA sequence from the Philosamia silkworm: evidence for variable evolutionary rates in insect 5S RNA. Nucleic Acids Research. 1982; 10(18): 5711-5716. https://doi.org/10.1093/nar/10.18.5711
Zhao JR, Zhang SP, Tang YY, et al. Comparative mitochondrial genome analysis of Mamestra configurata (Lepidoptera: Noctuoidea: Noctuidae) and other Noctuid insects reveals conserved genome organization and phylogeny. Annals of the Entomological Society of America. 2022; 115(3): 304-313. https://doi.org/10.1093/aesa/saab055
Zheng X, Zhang R, Yue B, et al. Enhanced resolution of evolution and phylogeny of the moths inferred from nineteen mitochondrial genomes. Genes. 2022; 13(9): 1634. https://doi.org/10.3390/genes13091634