stringtranslate.com

Внутренний транскрибированный спейсер

Внутренний транскрибируемый спейсер ( ITS ) — это спейсерная ДНК , расположенная между генами малой субъединицы рибосомной РНК (рРНК) и большой субъединицы рРНК в хромосоме или соответствующей транскрибируемой области в транскрипте предшественника полицистронной рРНК.

В разных сферах жизни

У бактерий и архей есть один ITS, расположенный между генами рРНК 16S и 23S . Напротив, у эукариот есть два ITS : ITS1 расположен между генами рРНК 18S и 5.8S , а ITS2 — между генами рРНК 5.8S и 28S (у опистоконтов или 25S у растений). ITS1 соответствует ITS у бактерий и архей, а ITS2 возник как вставка, которая прервала предковый ген рРНК 23S. [1] [2]

Организация

Организация тандемных повторов ядерной рибосомальной ДНК эукариот

У бактерий и архей ITS встречается в одной или нескольких копиях, как и фланкирующие гены 16S и 23S . Когда есть несколько копий, они не встречаются рядом друг с другом. Скорее, они встречаются в отдельных местах в кольцевой хромосоме. У бактерий не редкость переносить гены тРНК в ITS. [3] [4]

У эукариот гены, кодирующие рибосомальную РНК и спейсеры, встречаются в тандемных повторах , длина которых составляет тысячи копий, каждая из которых разделена областями нетранскрибируемой ДНК, называемыми межгенным спейсером (IGS) или нетранскрибируемым спейсером (NTS).

Каждый эукариотический рибосомный кластер содержит 5'- внешний транскрибируемый спейсер (5' ETS), ген 18S рРНК , ITS1, ген 5.8S рРНК , ITS2, ген 26S или 28S рРНК и, наконец, 3' ETS. [5]

В процессе созревания рРНК, части ETS и ITS вырезаются. Как нефункциональные побочные продукты этого созревания, они быстро деградируют. [6]

Использование в филогенетическом выводе

Сравнение последовательностей эукариотических ITS-регионов широко используется в таксономии и молекулярной филогении из-за нескольких благоприятных свойств: [7]

Например, маркеры ITS оказались особенно полезными для выяснения филогенетических связей среди следующих таксонов.

Известно, что ITS2 более консервативен, чем ITS1. Все последовательности ITS2 имеют общее ядро ​​вторичной структуры, [26] тогда как структуры ITS1 сохраняются только в гораздо меньших таксономических единицах. Независимо от области сохранения, сравнение с помощью структуры может обеспечить более высокое разрешение и надежность. [27]

Микологическое штрихкодирование

Регион ITS является наиболее широко секвенированным регионом ДНК в молекулярной экологии грибов [28] и был рекомендован в качестве универсальной последовательности грибкового штрихкода . [29] Обычно он был наиболее полезен для молекулярной систематики на уровне вида и рода, и даже внутри вида (например, для идентификации географических рас). Из-за его более высокой степени вариации, чем другие генные регионы рДНК (например, малая и большая субъединица рРНК), вариации среди отдельных повторов рДНК иногда можно наблюдать как в регионах ITS, так и в регионах IGS. В дополнение к универсальным праймерам ITS1+ITS4 [30] [31], используемым многими лабораториями, было описано несколько таксон-специфичных праймеров, которые позволяют селективно амплифицировать грибковые последовательности (например, см. статью Gardes & Bruns 1993 года, описывающую амплификацию последовательностей ITS базидиомицетов из образцов микоризы ). [32] Несмотря на то, что методы дробового секвенирования все чаще используются в микробном секвенировании, низкая биомасса грибов в клинических образцах делает амплификацию ITS-региона областью текущих исследований. [33] [34]

Ссылки

  1. ^ Лафонтен, DLJ; Толлерви, Д. (2001). «Функция и синтез рибосом». Nature Reviews Molecular Cell Biology . 2 (7): 514–520. doi : 10.1038/35080045. hdl : 1842/729 . PMID  11433365. S2CID  2637106.
  2. ^ Скотт Орланд Роджерс (27 июля 2011 г.). Интегрированная молекулярная эволюция. CRC Press. стр. 65–66. ISBN 978-1-4398-1995-1. Получено 9 марта 2015 г.
  3. ^ Такада, Хираку; Симада, Томохиро; Дей, Дебашиш; Куйюм, М. Зухаиб; Накано, Масахиро; Исигуро, Акира; Ёсида, Хидеджи; Ямамото, Канеоши; Сен, Ранджан; Исихама, Акира (22 декабря 2016 г.). «Дифференциальная регуляция транскрипции рРНК и тРНК из составного оперона рРНК-тРНК в Escherichia coli». ПЛОС ОДИН . 11 (12): e0163057. Бибкод : 2016PLoSO..1163057T. дои : 10.1371/journal.pone.0163057 . ПМК 5179076 . ПМИД  28005933. 
  4. ^ Стюарт, Фрэнк Дж.; Кавано, Колин М. (июль 2007 г.). «Внутригеномная изменчивость и эволюция внутреннего транскрибируемого спейсера оперона рРНК у бактерий». Журнал молекулярной эволюции . 65 (1): 44–67. Bibcode : 2007JMolE..65...44S. CiteSeerX 10.1.1.456.2659 . doi : 10.1007/s00239-006-0235-3. PMID  17568983. S2CID  13536182. 
  5. ^ ab Бена, Жиль; Жюбье, Мари-Франс; Оливьери, Изабель; Лежен, Бернар (1998). «Внешние и внутренние транскрибируемые спейсеры рибосом: комбинированное использование в филогенетическом анализе Medicago (Leguminosae)». Журнал молекулярной эволюции . 46 (3): 299–306. Bibcode : 1998JMolE..46..299B. doi : 10.1007/PL00006306. ISSN  0022-2844. PMID  9502673. S2CID  38838013.
  6. ^ Мишо, Бернар; Башеллери, Жан-Пьер; Рейналь, Франсуаза (1983-05-25). «Структура предшественников рРНК мыши. Полная последовательность и потенциальное сворачивание областей спейсера между 18S и 28S рРНК». Nucleic Acids Research . 11 (10): 3375–3391. doi :10.1093/nar/11.10.3375. ISSN  0305-1048. PMC 325970. PMID 6304630  . 
  7. ^ Болдуин, Брюс Г.; Сандерсон, Майкл Дж.; Портер, Дж. Марк; Войцеховски, Мартин Ф.; Кэмпбелл, Кристофер С.; Донохью, Майкл Дж. (1995-01-01). «ITS-регион ядерной рибосомальной ДНК: ценный источник доказательств филогении покрытосеменных». Annals of the Missouri Botanical Garden . 82 (2): 247–277. doi :10.2307/2399880. JSTOR  2399880.
  8. ^ Song, Jingyuan; Shi, Linchun; Li, Dezhu; Sun, Yongzhen; Niu, Yunyun; Chen, Zhiduan; Luo, Hongmei; Pang, Xiaohui; Sun, Zhiying (2012-08-30). "Обширное пиросеквенирование выявляет частые внутригеномные вариации внутренних транскрибируемых спейсерных регионов ядерной рибосомальной ДНК". PLOS ONE . ​​7 (8): e43971. Bibcode :2012PLoSO...743971S. doi : 10.1371/journal.pone.0043971 . ISSN  1932-6203. PMC 3431384 . PMID  22952830. 
  9. ^ Болдуин, Б. Г. (1992). «Филогенетическая полезность внутренних транскрибируемых спейсеров ядерной рибосомальной ДНК у растений: пример из Compositae». Молекулярная филогенетика и эволюция . 1 (1): 3–16. doi :10.1016/1055-7903(92)90030-K. PMID  1342921.
  10. ^ Никрент, Дэниел Л.; Шютте, Кевин П.; Старр, Эллен М. (1994-01-01). «Молекулярная филогения Arceuthobium (Viscaceae) на основе последовательностей внутренних транскрибированных спейсеров ядерной рибосомной ДНК». Американский журнал ботаники . 81 (9): 1149–1160. doi :10.2307/2445477. JSTOR  2445477.
  11. ^ Баклер, ES; Холтсфорд, TP (1996-04-01). " Систематика Zea : доказательства рибосомального ITS". Молекулярная биология и эволюция . 13 (4): 612–622. doi :10.1093/oxfordjournals.molbev.a025621. ISSN  0737-4038. PMID  8882504.
  12. ^ Douzery, Emmanuel JP; Pridgeon, Alec M.; Kores, Paul; Linder, HP; Kurzweil, Hubert; Chase, Mark W. (1999-06-01). «Молекулярная филогенетика Diseae (Orchidaceae): вклад ядерных рибосомальных последовательностей ITS». American Journal of Botany . 86 (6): 887–899. doi :10.2307/2656709. ISSN  0002-9122. JSTOR  2656709. PMID  10371730. (требуется подписка)
  13. ^ Weekers, Peter HH; De Jonckheere, Johan F.; Dumont, Henri J. (2001-07-01). «Филогенетические связи, выведенные из последовательностей рибосомного ITS и биогеографических закономерностей у представителей рода Calopteryx (Insecta: Odonata) Западного Средиземноморья и прилегающей западноевропейской зоны». Молекулярная филогенетика и эволюция . 20 (1): 89–99. doi :10.1006/mpev.2001.0947. PMID  11421650.
  14. ^ Chen, YC, JD Eisner, MM Kattar, SL Rassoulian-Barrett, K. Lafe, AP Limaye и BT Cookson (2001). «Последовательности ДНК полиморфного внутреннего транскрибируемого спейсерного региона 1 идентифицируют важные с медицинской точки зрения дрожжи». J. Clin. Microbiol . 39 (11): 4042–4051. doi :10.1128/JCM.39.11.4042-4051.2001. PMC 88485. PMID  11682528 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  15. ^ Hodkinson, Trevor R.; Chase, Mark W.; Lledó, Dolores M.; Salamin, Nicolas; Renvoize, Stephen A. (2002). «Филогенетика Miscanthus , Saccharum и родственных родов (Saccharinae, Andropogoneae, Poaceae) на основе последовательностей ДНК из ITS ядерной рибосомальной ДНК и пластидных trnL интрона и trnL-F межгенных спейсеров». Journal of Plant Research . 115 (5): 381–392. Bibcode : 2002JPlR..115..381H. doi : 10.1007/s10265-002-0049-3. ISSN  0918-9440. PMID  12579363. S2CID  22971617.
  16. ^ Ронстед, Нина; Чейз, Марк В.; Альбах, Дирк К.; Белло, Мария Анджелика (2002-08-01). «Филогенетические отношения внутри Plantago (Plantaginaceae): доказательства из ядерных рибосомальных ITS и данных последовательности пластидного trnL-F». Ботанический журнал Линнеевского общества . 139 (4): 323–338. doi : 10.1046/j.1095-8339.2002.00070.x . ISSN  1095-8339.
  17. ^ Feldberg, K.; Groth, H.; Wilson, R.; Schäfer-Verwimp, A.; Heinrichs, J. (2004-11-04). "Криптическое видообразование у Herbertus (Herbertaceae, Jungermanniopsida): диапазон и морфология Herbertus sendtneri, выведенные из последовательностей nrITS". Plant Systematics and Evolution . 249 (3–4): 247–261. Bibcode : 2004PSyEv.249..247F. doi : 10.1007/s00606-004-0221-4. ISSN  0378-2697. S2CID  21538862.
  18. ^ Havill, Nathan P. ; Campbell, Christopher S.; Vining, Thomas F.; LePage, Ben; Bayer, Randall J.; Donoghue, Michael J. (2008-07-01). "Филогения и биогеография Tsuga (Pinaceae) выведены из данных о ядерной рибосомальной ITS и последовательности ДНК хлоропласта". Systematic Botany . 33 (3): 478–489. doi :10.1600/036364408785679770. S2CID  26668467.
  19. ^ Ruhl, Michael W.; Wolf, Matthias; Jenkins, Tracie M. (2010). «Компенсаторные изменения оснований освещают морфологически сложную таксономию». Молекулярная филогенетика и эволюция . 54 (2): 664–669. doi :10.1016/j.ympev.2009.07.036. PMID  19660561.
  20. ^ Стат, Майкл; Почон, Ксавье (2008-07-02). «Специфичность сообществ Symbiodinium в кораллах с атолла Джонстон» (PDF) . Серия «Прогресс морской экологии» . 386 : 83–96. doi : 10.3354/meps08080 .
  21. ^ Уорик, Сюзанна И.; Мумменхофф, Клаус; Саудер, Конни А.; Кох, Маркус А.; Аль-Шехбаз, Ихсан А. (2010-04-13). «Закрытие пробелов: филогенетические отношения в семействе капустных на основе данных о последовательности ДНК ядерного рибосомального региона ITS». Систематика и эволюция растений . 285 (3–4): 209–232. Bibcode : 2010PSyEv.285..209W. doi : 10.1007/s00606-010-0271-8. ISSN  0378-2697. S2CID  28199415.
  22. ^ Пири, Майкл Д.; Оливер, EGH; Беллстедт, Дирк У. (2011-11-01). «Плотно отобранная филогения ITS флагманского рода Капской низменности Erica L. предполагает многочисленные сдвиги в макроморфологии цветков». Молекулярная филогенетика и эволюция . 61 (2): 593–601. doi :10.1016/j.ympev.2011.06.007. PMID  21722743.
  23. ^ Boykin, LM; Schutze, MK; Krosch, MN; Chomič, A.; Chapman, TA; Englezou, A.; Armstrong, KF; Clarke, AR; Hailstones, D. (2014-05-01). "Мультигенный филогенетический анализ представителей юго-восточноазиатских вредителей комплекса видов Bactrocera dorsalis (Diptera: Tephritidae) не поддерживает текущую таксономию". Journal of Applied Entomology . 138 (4): 235–253. doi :10.1111/jen.12047. ISSN  1439-0418. S2CID  82003038.
  24. ^ Scheunert, Agnes; Heubl, Günther (2014-01-01). «Диверсификация Scrophularia (Scrophulariaceae) в Западном Средиземноморье и Макаронезии – филогенетические связи, ретикулярная эволюция и биогеографические закономерности». Молекулярная филогенетика и эволюция . 70 : 296–313. doi :10.1016/j.ympev.2013.09.023. PMID  24096055.
  25. ^ Ян, Тао; Чжан, Тянь-лэй; Го, Ю-хао; Лю, Син (17.11.2016). «Идентификация гибридов в Potamogeton: несоответствие между пластидными и ITS-областями, решенное с помощью нового штрихкодирующего маркера PHYB». PLOS ONE . 11 (11): e0166177. Bibcode : 2016PLoSO..1166177Y. doi : 10.1371/journal.pone.0166177 . ISSN  1932-6203. PMC 5113904. PMID 27855191  . 
  26. ^ Шульц, Дж.; Майзель, С.; Герлах, Д.; Мюллер, Т.; Вольф, М. (апрель 2005 г.). «Общее ядро ​​вторичной структуры внутреннего транскрибируемого спейсера 2 (ITS2) у всех эукариот». РНК . 11 (4): 361–4. doi :10.1261/rna.7204505. PMC 1370725. PMID  15769870 . 
  27. ^ Koetschan, C; Kittelmann, S; Lu, J; Al-Halbouni, D; Jarvis, GN; Müller, T; Wolf, M; Janssen, PH (2014). "Анализ вторичной структуры внутреннего транскрибированного спейсера 1 выявляет общее ядро ​​среди анаэробных грибов (Neocallimastigomycota)". PLOS ONE . ​​9 (3): e91928. Bibcode :2014PLoSO...991928K. doi : 10.1371/journal.pone.0091928 . PMC 3963862 . PMID  24663345. 
  28. ^ Peay KG; Kennedy PG; Bruns TD (2008). «Экология грибковых сообществ: гибридное чудовище с молекулярным хозяином». BioScience . 58 (9): 799–810. doi : 10.1641/b580907 . S2CID  18363490.
  29. ^ Schoch, CL, Seifert, KA, Huhndorf, S., Robert, V., Spouge, JL, Levesque, CA, Chen, W., Bolchacova, E., Voigt, K., Crous, PW; и др. (2012). «Ядерный рибосомальный внутренний транскрибируемый спейсер (ITS) как универсальный маркер штрихкода ДНК для грибов». PNAS . 109 (16): 6241–6246. doi : 10.1073/pnas.1117018109 . PMC 3341068. PMID  22454494 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  30. ^ Уайт, Т.Дж., Брунс, Т., Ли, С. и Тейлор, Дж. (1990). Амплификация и прямое секвенирование генов рибосомальной РНК грибов для филогенетики. Протоколы ПЦР: руководство по методам и приложениям 18, 315–322.
  31. ^ Праймер ITS1 покрывает ITS1-5.8S-ITS2 с 5'-конца, а ITS4 покрывает ту же область с 3'-конца.
  32. ^ Гардес, М.; Брунс, Т.Д. (1993). «ITS-праймеры с повышенной специфичностью для базидиомицетов: применение для идентификации микоризы и ржавчины». Молекулярная экология . 2 (2): 113–118. doi :10.1111/j.1365-294X.1993.tb00005.x. PMID  8180733. S2CID  24316407.
  33. ^ Usyk, Mykhaylo; Zolnik, Christine P.; Patel, Hitesh; Levi, Michael H.; Burk, Robert D. (13.12.2017). Mitchell, Aaron P. (ред.). «Novel ITS1 Fungal Primers for Characterization of the Mycobiome». mSphere . 2 (6): e00488–17, /msphere/2/6/mSphere0488–17.atom. doi :10.1128/mSphere.00488-17. ISSN  2379-5042. PMC 5729218 . PMID  29242834. 
  34. ^ Нильссон, Р. Хенрик; Анслан, Стен; Бахрам, Мохаммад; Вюрцбахер, Кристиан; Балдриан, Петр; Тедерсоо, Лехо (февраль 2019 г.). «Разнообразие микобиомов: высокопроизводительное секвенирование и идентификация грибов». Nature Reviews Microbiology . 17 (2): 95–109. doi :10.1038/s41579-018-0116-y. ISSN  1740-1534. PMID  30442909. S2CID  53438777.

Внешние ссылки