Đánh giá các trình tự rDNA LSU D1-D2 cho việc xác định loài

Frontiers in Zoology - 2007
Rainer Sonnenberg1, Arne W. Nolte2, Diethard Tautz3
1Ichthyology, Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig, Adenauerallee 160, 53113, Bonn, Germany
2Département de Biologie, Laboratoire du Prof. L. Bernatchez, Pavillon Charles-Eugène-Marchand, Université Laval, Ste-Foy, Québec, G1K 7P4, Canada
3Department of Genetics, University of Cologne, Zülpicherstrasse 47, 50674, Köln, Germany

Tóm tắt

Tóm tắt Giới thiệu Việc xác định loài thông qua các trình tự DNA là cơ sở cho phân loại DNA và mã vạch DNA. Hiện nay, có sự tập trung mạnh mẽ vào việc sử dụng một dấu hiệu ty thể cho mục đích này, đặc biệt là một đoạn từ gen cytochrome oxidase I (COI). Mặc dù có nhiều bằng chứng cho thấy dấu hiệu này thực sự phù hợp trên một phạm vi phân loại rộng rãi để phân biệt các loài, cũng đã rõ rằng việc bổ sung bởi một hệ thống dấu hiệu hạt nhân có thể có lợi. Các gen RNA ribosome có thể phù hợp cho mục đích này, bởi vì sự xuất hiện toàn cầu của chúng và khả năng thiết kế các mồi phổ quát. Tuy nhiên, cho đến nay người ta vẫn cho rằng các gen này được bảo tồn quá cao để cho phép giải quyết ở, hoặc thậm chí vượt qua mức độ loài. Mặt khác, cũng đã biết rằng các vùng gen ribosome có chứa các phần rất khác biệt. Chúng tôi khám phá nội dung thông tin của hai vùng khác biệt liền kề của gen ribosome phân nhánh lớn, vùng D1-D2. Kết quả Các mồi phổ quát đã được thiết kế để khuếch đại vùng D1-D2 từ tất cả các nhóm động vật có xương sống. Chúng tôi cho thấy rằng các sản phẩm khuếch đại có kích thước từ 800–1300 bp có thể được thu nhận qua một phạm vi rộng các nhóm động vật, với điều kiện một số tối ưu hóa quy trình PCR được thực hiện. Mặc dù các gen ribosome xảy ra trong nhiều bản sao trong hệ gen, chúng tôi thấy rằng nhìn chung có rất ít biến dị giữa các cá thể (<< 0.1% trung bình) cho thấy rằng sự tiến hóa đồng tâm là rất hiệu quả trong hầu hết các trường hợp. Các nghiên cứu trên hai nhóm cá (chi Cottus và chi Aphyosemion) cho thấy trình tự D1-D2 LSU có thể phân biệt ngay cả các loài rất liên quan với độ chính xác tương đương như các trình tự COI. Trong một trường hợp, chúng tôi thậm chí có thể chứng minh rằng đã có sự chuyển giao ty thể xảy ra, vì trình tự hạt nhân xác nhận phân loại, trong khi trình tự ty thể lại dẫn đến phân loại sai. Chúng tôi đã khám phá thêm xem các con lai giữa các loài có thể được phát hiện bằng trình tự hạt nhân và chúng tôi cho rằng cho một trường hợp thử nghiệm của các con lai tự nhiên giữa các loài cá chép (Alburnus alburnus và Rutilus rutilus) thì điều này là thật sự khả thi. Kết luận Khu vực D1-D2 LSU là một dấu hiệu phù hợp cho các ứng dụng trong việc xác định loài dựa trên DNA và nên được xem xét để sử dụng một cách thường xuyên như một dấu hiệu bổ sung cho các nghiên cứu quy mô lớn dựa trên các dấu hiệu ty thể.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Hebert PDN, Cywinska A, Ball SL, deWaard JR: Biological identifications through DNA barcodes. Proceedings of the Royal Society of London, Series B. 2003, 270: 313-321. 10.1098/rspb.2002.2218.

Tautz D, Arctander P, Minelli A, Thomas RH, Vogler AP: A plea for DNA taxonomy. Trends in Ecology & Evolution. 2003, 18: 70-74. 10.1016/S0169-5347(02)00041-1.

Hebert PDN, Stoeckle MY, Zemlak TS, Francis CM: Identification of Birds through DNA Barcodes. PLoS Biology. 2004, 2: 7-10.1371/journal.pbio.0020312.

Blaxter M: The promise of a DNA taxonomy. Philosophical Transactions of the Royal Society, London, Series B, Biological Sciences. 2004, 359: 669-679. 10.1098/rstb.2003.1447.

Savolainen V, Cowan RS, Vogler AP, Roderick GK, Lane R: Towards writing the encyclopedia of life: an introduction to DNA barcoding. Philosophical Transactions of the Royal Society, London, Series B, Biological Science. 2005, 360: 1805-1811. 10.1098/rstb.2005.1730.

Vogler AP, Monaghan MT: Recent advances in DNA taxonomy. Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research.

Markmann M, Tautz D: Reverse taxonomy: an approach towards determining the diversity of meiobenthic organisms based on ribosomal RNA signature sequences. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series B, Biological Sciences. 2005, 360: 1917-1924. 10.1098/rstb.2005.1723.

Monaghan MT, Balke M, Gregory TR, Vogler AP: DNA-based species delineation in tropical beetles using mitochondrial and nuclear markers. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series B, Biological Sciences. 2005, 360: 1925-1933. 10.1098/rstb.2005.1724.

Vences M, Thomas M, van der Meijden A, Chiari Y, Vieites DR: Comparative performance of the 16S rRNA gene in DNA barcoding of amphibians. Front Zool. 2005, 2 (1): 5-10.1186/1742-9994-2-5.

Ballard JWO, Whitlock MC: The incomplete natural history of mitochondria. Molecular Ecology. 2004, 13: 729-744. 10.1046/j.1365-294X.2003.02063.x.

Grant PR, Grant BR: Hybridization of bird species. Science. 1992, 256: 193-197. 10.1126/science.256.5054.193.

Scribner KT, Page KS, Bartron ML: Hybridization in freshwater fishes: a review of case studies and cytonuclear methods of biological inference. Reviews in Fish Biology and Fisheries. 2001, 10: 293-323. 10.1023/A:1016642723238.

Seehausen O: Hybridization and adaptive radiation. Trends in Ecology and Evolution. 2004, 19: 198-207. 10.1016/j.tree.2004.01.003.

Gross BL, Rieseberg LH: The ecological genetics of homoploid hybrid speciation. J Hered. 2005, 96: 241-252. 10.1093/jhered/esi026.

Nolte AW, Freyhof J, Stemshorn K, Tautz D: An invasive lineage of sculpins, Cottus sp. (Pisces, Teleostei) in the Rhine with new habitat adaptations has originated by hybridization between old phylogeographic groups. Proc Biol Sci. 2005, 272 (1579): 2379-87.

Herder F, Nolte AW, Pfaender J, Schwarzer J, Hadiaty RK, Schliewen UK: Adaptive radiation and hybridization in Wallace's Dreamponds: evidence from sailfin silversides in the Malili Lakes of Sulawesi. Proc Biol Sci. 2006, 273 (1598): 2209-17. 10.1098/rspb.2006.3558.

Bachtrog D, Thornton K, Clark A, Andolfatto P: Extensive introgression of mitochondrial DNA relative to nuclear genes in the Drosophila yakuba species group. Evolution. 2006, 60: 292-302. 10.1554/05-337.1.

Avise JC, Wollenberger K: Phylogenetics and the origin of species. Proceedings of the National Academy of Scienes USA. 1997, 94: 7748-7755. 10.1073/pnas.94.15.7748.

Moritz C, Cicero C: DNA Barcoding: Promise and Pitfalls. PLoS Biology. 2004, 2 (10): e354-10.1371/journal.pbio.0020354.

Long EO, Dawid IB: Repeated genes in eukaryotes. Annual Reviews in Biochemistry. 1980, 49: 727-764. 10.1146/annurev.bi.49.070180.003455.

Hassouna N, Michot B, Bachellerie JP: The complete nucleotide sequence of mouse 28S rRNA gene. Implications for the process of size increase of the large subunit rRNA in higher eukaryotes. Nucleic Acids Research. 1984, 12: 3563-3583. 10.1093/nar/12.8.3563.

Ralser M, Querfurth R, Warnatz H-J, Lehrach H, Yaspo M-L, Krobitsch S: An efficient and economic enhancer mix for PCR. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2006, 347: 747-751. 10.1016/j.bbrc.2006.06.151.

Elder JF, Turner BJ: Concerted evolution of repetitive DNA sequences in eukaryotes. Quarterly Review in Biology. 1995, 70: 297-320. 10.1086/419073.

Liao D: Concerted evolution: molecular mechanism and biological implications. American Journal of Human Genetics. 1999, 64: 24-30. 10.1086/302221.

Altschul SF, Gish W, Miller W, Myers EW, Lipman DJ: Basic local alignment search tool. Journal of Molecular Biology. 1990, 215: 403-410.

Benson DA, Karsch-Mizrachi I, Lipman DJ, Ostell J, Wheeler DL: GenBank. Nucleic Acids Research. 2006, 34: D16-D20. 10.1093/nar/gkj157.

Kumar S, Tamura K, Nei M: MEGA3: Integrated software for Molecular Evolutionary Genetics Analysis and sequence alignment. Briefings in Bioinformatics. 2004, 5: 150-163. 10.1093/bib/5.2.150.

Freyhof J, Kottelat M, Nolte AW: Taxonomic diversity of European Cottus with description of eight new species (Teleostei: Cottidae). Ichthyological Exploration of Freshwaters. 2005, 16: 107-172.

Huber JH: Killi – Data 2000. 2000, Paris: Société Française d'Ichthyologie;, german

Busse K, Freyhof J, Zarske A: Serum-electrophoretic patterns of various cyprinid hybrids from the Rivers Elbe and Sieg (Teleostei: Cyprinidae). Faunistische Abhandlungen, Staatliches Museum für Tierkunde Dresden. 1999, 21: 265-272.

Keller I, Chintauan-Marquier IC, Veltsos P, Nichols RA: Ribosomal DNA in the grasshopper Podisma pedestris: escape from concerted evolution. Genetics. 2006, 174: 863-874. 10.1534/genetics.106.061341.

Harpke D, Peterson A: Non-concerted ITS evolution in Mammillaria (Cactaceae). Molecular Phylogenetics and Evolution. 2006,

Krieger J, Fuerst PA: Characterization of nuclear 18S rRNA gene sequence diversity and expression in an individual lake sturgeon (Acipenser fulvescens). Journal of Applied Ichthyology. 2004, 20: 433-439. 10.1111/j.1439-0426.2004.00610.x.

Krieger J, Hett AK, Fuerst PA, Birstein VJ, Ludwig A: Unusual intraindividual variation of the nuclear 18S rRNA gene is widespread within the acipenseridae. Journal of Heredity. 2006, 97: 218-225. 10.1093/jhered/esj035.

Carranza S, Giribet G, Ribera C, Barguna Riutort M: Evidence that two types of 18S rDNA coexist in the genome of Dugesia (Schmidtea) mediterranea (Platyhelminthes, Turbellaria, Tricladida). Molecular Biology and Evolution. 1996, 13: 824-832.

Santos SR, Kinzie RA, Sakai K, Coffroth MA: Molecular characterization of nuclear small subunit (18S)-rDNA pseudogenes in a symbiotic dinoflagellate (Symbiodinium, Dinophyta). Journal of Eukaryotic Microbiology. 2003, 50: 417-421. 10.1111/j.1550-7408.2003.tb00264.x.

Kmiec B, Woloszynska M, Janska H: Heteroplasmy as a common state of mitochondrial genetic information in plants and animals. Current Genetics. 2006, 50: 149-159. 10.1007/s00294-006-0082-1.

Pons J, Vogler AP: Complex pattern of coalescence and fast evolution of a mitochondrial rRNA pseudogene in a recent radiation of tiger beetles. Molecular Biology and Evolution. 2005, 22: 991-1000. 10.1093/molbev/msi085.

Hazkani-Covo E, Graur D: A Comparative Analysis of Numt Evolution in Human and Chimpanzee. Molecular Biology and Evolution. 2007, 24: 13-18. 10.1093/molbev/msl149.

Schlötterer C, Tautz D: Chromosomal homogeneity of Drosophila ribosomal DNA arrays suggests intrachromosomal exchanges drive concerted evolution. Current Biology. 1994, 4: 777-783. 10.1016/S0960-9822(00)00175-5.

Kottelat M: European freshwater fishes. An heuristic checklist of the freshwater fishes of Europe (exclusive of former USSR), with an introduction for non-systematists and comments on nomenclature and conservation. Biologia, Bratislava, Section Zoology. 1997, 52 (Supplement 5): 1-271.

Stemshorn KC, Nolte AW, Tautz D: A Genetic Map of Cottus gobio (Pisces, Teleostei) based on microsatellites can be linked to the Physical Map of Tetraodon nigroviridis . Journal Evolutionary Biology. 2005, 18: 1619-1624.

Folmer O, Black M, Hoeh W, Lutz R, Vrijenhoek R: DNA primers for amplification of mitochondrial cytochrome c oxidase subunit I from diverse metazoan invertebrates. Molecular Marine Biology and Biotechnology. 1994, 3: 294-299.

Thompson JD, Gibson TJ, Plewniak F, Jeanmougin F, Higgins DG: The ClustalX windows interface: flexible strategies for multiple sequence alignment aided by quality analysis tools. Nucleic Acids Research. 1997, 24: 4876-4882. 10.1093/nar/25.24.4876.

Hall TA: BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT. Nucleic Acids Symposium Series. 1999, 41: 95-98.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Frontiers in Zoology

Thông tin tác giả