Đặc điểm của các gen rRNA hạt nhân (18S, 5.8S, 28S và 5S) và ti thể (12S và 16S) của Apis mellifera (Insecta: Hymenoptera): cấu trúc, tổ chức và các yếu tố lùi lại chuyển vị

Insect Molecular Biology - Tập 15 Số 5 - Trang 657-686 - 2006
Joseph J. Gillespie1,2,3, J. Spencer Johnston1, Jamie J. Cannone4, Robin R. Gutell4
1Department of Entomology, Texas A & M University, College Station, TX, USA
2Department of Microbiology and Immunology, University of Maryland School of Medicine, Baltimore, MD, USA
3Virginia Bioinformatics Institute at Virginia Tech, Blacksburg, VA, USA
4Institute for Cellular and Molecular Biology and Section of Integrative Biology, University of Texas, Austin, TX, USA

Tóm tắt

Tóm tắt

Như một bản thảo kèm theo để phát hành bộ gen ong mật, chúng tôi báo cáo toàn bộ trình tự của các gen mã hóa RNA ribosom hạt nhân (18S, 5.8S, 28S và 5S) và ti thể (12S và 16S) (rRNA) và các vùng chuyển tiếp được phiên mã nội bộ và bên ngoài liên quan đến Apis mellifera (Insecta: Hymenoptera: Apocrita). Ngoài ra, chúng tôi dự đoán cấu trúc thứ cấp cho các phân tử rRNA trưởng thành dựa trên phân tích trình tự so sánh với các nhóm động vật chân đốt khác và tham khảo các cấu trúc tinh thể gần đây được công bố của ribosome. Nói chung, các cấu trúc của rRNA ong mật phù hợp với các mô hình rRNA dự đoán trước đó từ các động vật chân đốt khác trong các vùng lõi của rRNA, với ít sự mở rộng bổ sung trong các vùng không bảo tồn. Các căn chỉnh trình tự nhiều lần của chúng tôi được cung cấp trên một vài cơ sở dữ liệu công cộng và cung cấp sự thiết lập sơ bộ của một mô hình cấu trúc toàn cầu cho tất cả các rRNA từ côn trùng. Ngoài ra, chúng tôi cung cấp các đoạn trình tự bảo tồn rìa các cistron rDNA bao gồm các vùng chuyển tiếp được phiên mã bên ngoài (ETS) và một phần của vùng chuyển tiếp liên gen (IGS), bao gồm một số mô típ lặp lại. Cuối cùng, chúng tôi báo cáo sự xuất hiện của quá trình chuyển vị ngược trong rDNA tiểu đơn vị lớn hạt nhân, vì các yếu tố R2 có mặt ở các điểm chèn thông thường tìm thấy trong các động vật chân đốt khác. Thú vị, các yếu tố R1 chức năng thường có trong bộ gen của côn trùng không được phát hiện trong các gen rRNA của ong mật. Sản phẩm của enzym phiên mã ngược của các yếu tố R2 được suy diễn từ các khung đọc mở khả thi của chúng và được căn chỉnh cấu trúc với những yếu tố từ một loài côn trùng Hymenoptera khác, ong bắp cột Nasonia (Pteromalidae). Các đoạn acid amin bảo tồn chia sẻ giữa ApisNasonia được minh họa và phục vụ như các vị trí tiềm năng để thiết kế mồi, vì các amplicon mục tiêu trong các yếu tố R2 này có thể phục vụ như các dấu hiệu phát sinh chủng loại mới cho Hymenoptera. Với việc hoàn thành sắp tới của trình tự bộ gen Nasonia, chúng tôi mong đợi báo cáo của chúng tôi cuối cùng sẽ làm sáng tỏ sự tiến hóa của bộ gen Hymenoptera trong các côn trùng bậc cao hơn, đặc biệt là về sự duy trì tương đối của các gen rDNA bảo tồn, các vùng chuyển tiếp biến đổi liên quan và các yếu tố chuyển vị ngược.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1261/rna.2108203

10.1261/rna.5135204

10.1016/S0022-2836(05)80360-2

10.1007/BF02337519

10.1016/0022-2836(66)90077-5

10.1093/molbev/msl006

10.1016/j.ympev.2003.08.021

10.1016/0010-406X(68)90766-4

10.1089/dna.1992.11.51

10.1126/science.289.5481.905

10.1007/BF00997239

10.1111/j.1365-2583.2005.00583.x

10.1093/nar/28.1.201

10.1006/mpev.1996.0400

10.1080/10635150290069896

10.1007/BF01923416

10.1016/0092-8674(81)90300-7

10.1016/0378-1119(92)90142-C

10.1093/oxfordjournals.molbev.a025903

10.1093/nar/27.8.1767

10.1038/376163a0

10.1093/nar/gkh617

10.1074/jbc.M407008200

10.1016/S0079-6603(08)60081-1

10.1006/jmbi.2001.5359

10.1093/genetics/145.3.821

10.1046/j.1365-2583.2000.00220.x

10.1261/rna.2170803

10.1111/j.1365-2583.2005.00577.x

Burke W.D., 1993, Sequence relationship of retrotransposable elements R1 and R2 within and between divergent insect species, Mol Biol Evol, 10, 163

10.1093/oxfordjournals.molbev.a026132

10.1016/j.gene.2004.09.001

10.1093/oxfordjournals.molbev.a025904

10.1093/oxfordjournals.molbev.a026158

10.1186/1471-2105-3-15

10.1111/j.0962-1075.2004.00528.x

10.1126/science.1057766

10.1126/science.285.5436.2095

Chiang T.‐Y., 1998, Complete nucleotide sequence of the intergenic spacer between 25S and 17S rDNA in Miscanthus sinensis var. glaber, Bot Bull Acad Sin, 39, 241

Clark. A.G., 1992, Sequencing errors and molecular evolutionary analysis, Mol Biol Evol, 9, 744

10.1093/nar/12.15.6197

10.1093/nar/13.11.4029

10.1007/BF02101753

10.1073/pnas.84.2.610

Cooper A.(1994)Molecular evolutionary studies of New Zealand birds.PhD Thesis Victoria University of Wellington New Zealand.

10.1111/j.1365-2583.2005.00608.x

10.1016/0378-1119(93)90101-8

10.1007/PL00006307

10.1093/oxfordjournals.molbev.a025871

10.1093/nar/15.1.15

10.1016/0022-2836(87)90327-5

10.1093/genetics/133.1.97

Crozier R.H., 1989, The CO‐I and CO‐II region of honeybee mitochondrial DNA: evidence for variation in insect mitochondrial evolutionary rates, Mol Biol Evol, 4, 399

10.1093/nar/16.suppl.r87

10.1111/j.1365-2583.1994.tb00170.x

10.1093/nar/20.suppl.2075

10.1093/nar/22.17.3495

10.1093/nar/25.1.117

10.1093/nar/26.1.183

10.1093/nar/28.1.177

10.1111/j.1365-3113.2006.00327.x

10.1007/BF00287136

10.1016/0092-8674(84)90255-1

10.1098/rstb.1986.0007

10.1073/pnas.91.21.9911

10.1007/BF00173176

10.1093/oxfordjournals.molbev.a026111

10.1016/S0169-5347(01)02182-6

10.1016/0014-5793(86)80431-8

10.1128/9781555817954.ch34

10.1093/genetics/139.2.671

Eickbush D.G., 1995, R1 and R2 retrotransposable elements of Drosophila evolve at rates similar to those of nuclear genes, Genetics, 139, 685, 10.1093/genetics/139.2.685

10.1006/jmbi.2001.4807

10.1093/nar/14.5.2345

10.1074/jbc.M103906200

10.1007/978-1-4615-0721-5_9

10.1006/mpev.1993.1012

10.1139/g00-022

10.1126/science.3277277

10.1006/mpev.1997.0425

10.1093/oxfordjournals.molbev.a025804

Friedrich M., 1997, Evolution and phylogeny of the Diptera: a molecular phylogenetic analysis using 28S rDNA sequences, Syst Biol, 46, 674, 10.1093/sysbio/46.4.674

10.1093/nar/15.3.1245

10.1007/978-1-4684-4988-4_7

Gerbi S.A., 1996, Ribosomal RNA: Structure, Evolution, Processing, and Function in Protein Synthesis, 71

10.1016/S1055-7903(03)00256-2

10.1111/j.0962-1075.2004.00509.x

10.1111/j.1365-2583.2005.00591.x

10.1093/molbev/msi152

10.1007/s00239-004-0246-x

10.1093/nar/8.11.2377

10.1007/BF02111237

Grauer G., 1985, Gene diversity in Hymenoptera, Evolution, 39, 190, 10.2307/2408528

10.1093/sysbio/43.2.174

10.1038/347406a0

10.1016/0022-2836(69)90059-X

10.1016/0022-2836(91)90929-Z

10.1093/nar/21.13.3051

10.1093/nar/22.17.3502

Gutell R.R., 1996, Ribosomal RNA: Structure, Evolution, Processing and Function in Protein Synthesis, 111

10.1093/nar/16.suppl.r175

10.1016/S0079-6603(08)60348-7

10.1002/j.1460-2075.1986.tb04330.x

10.1093/nar/18.suppl.2319

10.1093/nar/20.suppl.2095

10.1093/nar/21.13.3055

10.1006/jmbi.2000.4172

10.1007/BF00160511

Hancock J.M., 1988, Molecular coevolution among cryptically simple expansion segments of eukaryotic 26S/28S rRNAs, Mol Biol Evol, 5, 377

Hancock J.M., 1988, Evolution of the secondary structures and compensatory mutations of the ribosomal RNAs of Drosophila melanogaster, Mol Biol Evol, 5, 393

10.1016/S0092-8674(01)00546-3

10.1093/nar/12.8.3563

10.1093/nar/16.10.4253

10.1016/0014-5793(88)80398-3

10.1111/j.1432-1033.1988.tb14339.x-i2

Hickson R.E.(1993)Evolutionary tails from the South Pacific. Being a wondrous and exciting account of investigations into the histories of New Zealand skinks and in which it is shown that things are not what they seem.PhD Thesis Massey University New Zealand.

10.1093/oxfordjournals.molbev.a025552

10.1093/oxfordjournals.molbev.a026333

10.1086/417338

Hixson J.E., 1986, A comparison of the small ribosomal RNA genes from the mitochondrial DNA of the great apes and humans: sequence, structure, evolution, and phylogenetic implications, Mol Biol Evol, 3, 1

10.1073/pnas.0405227101

10.1111/j.1096-0031.2002.tb00153.x

10.1520/JFS2003150

10.1093/nar/14.suppl.r73

10.1006/mpev.1998.0518

10.1016/j.ijpara.2005.10.010

10.1016/0305-0491(77)90116-X

10.1016/0022-2836(72)90325-7

10.1093/nar/11.20.6985

10.1093/nar/10.23.7689

10.1016/S0022-2836(02)00895-1

10.1016/0022-2836(90)90303-4

10.1073/pnas.88.8.3295

10.1093/genetics/131.1.129

10.1002/j.1460-2075.1984.tb02008.x

10.1111/j.1365-2583.1996.tb00097.x

10.1016/0166-6851(91)90087-M

10.1006/mpev.1995.1028

10.2307/1565621

10.1080/10635150490445922

10.1016/0167-4781(94)90028-0

10.1093/emboj/20.15.4214

10.1016/j.jmb.2004.03.076

10.1261/rna.7390804

10.1093/molbev/msg235

10.1093/molbev/msi210

10.1186/gb-2004-5-2-r7

10.1111/j.1432-1033.1992.tb17003.x

10.1111/j.1432-1033.1991.tb16439.x

10.1007/BF00014445

10.1038/hdy.1992.23

10.1038/387493a0

10.1007/BF02603076

10.1073/pnas.89.11.5044

10.1016/j.jmb.2004.09.072

10.1016/S0022-2836(02)01106-3

10.1016/S0959-440X(03)00076-9

10.1093/nar/gki535

Levinson G., 1987, Slipped‐strand mispairing: a major mechanism for DNA sequence evolution, Mol Biol Evol, 4, 203

10.1016/S1055-7903(03)00241-0

10.1093/nar/7.1.205

10.1146/annurev.bi.49.070180.003455

10.1128/MCB.16.9.4726

10.1093/oxfordjournals.molbev.a025557

10.1093/oxfordjournals.molbev.a025834

10.1007/s00412-003-0255-3

10.1091/mbc.9.9.2375

10.1093/nar/22.16.3381

10.1093/molbev/msg122

10.1073/pnas.90.9.4087

10.1093/oxfordjournals.molbev.a026390

10.1093/molbev/msh096

Mathews D.H., 1997, Secondary structure model of the RNA recognized by the reverse transcriptase from the R2 retrotransposable element, RNA, 3, 1

10.1006/jmbi.1999.2700

10.1038/hdy.1989.36

10.1093/molbev/msi119

10.1016/j.jmb.2006.01.094

10.1093/nar/10.17.5273

10.1093/nar/12.10.4259

10.1046/j.1365-2583.2003.00432.x

10.1007/s00239-002-2341-1

10.1046/j.1365-2915.2002.00392.x

10.1093/oxfordjournals.molbev.a003785

10.1046/j.1365-2583.2000.00175.x

10.1023/A:1021745709410

10.1093/nar/13.9.3221

10.1128/MCB.9.2.551

10.1073/pnas.88.4.1469

Neefs J.‐M., 1990, A proposal for the secondary structure of a variable area of eukaryotic small ribosomal subunit RNA involving the existence of a pseudoknot, Nucleic Acids Res, 18, 5695, 10.1093/nar/18.19.5695

Neefs J.‐M., 1990, Compilation of small ribosomal subunit RNA sequences, Nucleic Acids Res, 18, 2237, 10.1093/nar/18.suppl.2237

10.1093/nar/19.suppl.1987

10.1093/nar/21.13.3025

10.1016/j.ode.2005.03.001

10.1126/science.289.5481.920

10.1261/rna.7142404

10.1126/science.1111771

10.1042/BST0301159

10.1126/science.6163215

10.1093/nar/9.22.6167

10.1007/BF02101106

10.1126/science.1060612

10.2108/zsj.21.139

10.1590/S0074-02762002000500020

10.1128/AEM.71.2.636-645.2005

10.1006/mpev.2000.0797

10.1016/0092-8674(86)90315-6

10.1093/nar/28.20.3839

Page R.D.M.(2001)On the dangers of aligning RNA sequences using ‘conserved’ motifs. Technical reports in taxonomy.Available at:http://taxonomy.zoology.gla.ac.uk/publications/tech‐reports/index.html.

10.1006/mpev.1997.0458

10.1046/j.1365-2583.2002.00346.x

10.1007/BF00175820

10.1016/0020-1790(90)90016-N

Pepera O.P., 1998, Species‐specific repeat units in the intergenic spacer of the ribosomal RNA cistron of Anopheles aquasalis Curry, Am J Trop Med Hyg, 59, 673, 10.4269/ajtmh.1998.59.673

Perez‐Gonzalez C.E., 2001, Dynamics of R1 and R2 elements in the rDNA locus of Drosophila, Genetics, 158, 1557, 10.1093/genetics/158.4.1557

Perez‐Gonzalez C.E., 2002, Rates of R1 and R2 retrotransposition and elimination from the rDNA locus of Drosophila melanogaster, Genetics, 162, 799, 10.1093/genetics/162.2.799

10.1007/BF00160271

Rambaut A.(1996)Se‐Al: Sequence Alignment Editor.Available athttp://evolve.zoo.ox.ac.uk/.

10.1016/S0097-8485(01)00099-7

10.1128/MCB.13.7.4382

10.1007/BF01240916

10.1038/290749a0

10.1261/rna.5216204

10.1002/ajmg.1320590428

10.1016/S0092-8674(00)00084-2

10.1093/nar/28.18.3452

10.1006/jmbi.1996.0119

10.1046/j.1095-8312.2003.00233.x

10.1093/molbev/msg045

10.1093/oxfordjournals.molbev.a003867

10.1093/oxfordjournals.molbev.a003970

10.1093/molbev/msg176

10.1016/0022-2836(73)90528-7

10.1093/nar/13.4.1089

Simon C., 1991, Exploiting Conserved and Variable Regions of the Mitochondrial Genome of Animals Via Direct Sequencing from Amplified DNA, 33

10.1093/aesa/87.6.651

Simon C. Paabo S. Kocher T.andWilson A.C.(1990) Evolution of the mitochondrial ribosomal RNA in insects as shown by the polymerase chain reaction. In:Molecular Evolution(Cleggs M.andO’brien S. eds.) pp.235–244.UCLA Symposia on Molecular and Cellular Biology New Series Vol.122.Liss New York.

10.1636/0161-8202(2003)031[0044:AAOTSS]2.0.CO;2

10.1016/S0092-8674(01)00539-6

10.1016/0168-9525(92)90349-9

10.1111/j.1432-1033.1981.tb05727.x

10.1186/1471-2105-5-204

Sullivan J., 1995, Among‐site rate variation and phylogenetic analysis of 12S rRNA in sigmodontine rodents, Mol Biol Evol, 12, 988

10.1002/j.1460-2075.1989.tb03454.x

10.1128/MCB.14.6.4203

10.1016/j.ympev.2004.02.010

10.1093/nar/30.1.176

10.1128/MCB.22.11.3707-3716.2002

Tautz D., 1988, Complete sequences of the rRNA genes of Drosophila melanogaster, Mol Biol Evol, 5, 366

10.1016/0022-2836(87)90181-1

The Honey Bee Genome Sequencing Consortium, 2006, Insights into social insects from the genome of the honeybee Apis mellifera, Nature, 10.1038/nature05260

Thomas W.K., 1989, Shifting constraints on tRNA genes during mitochondrial DNA evolution in animals, New Biologist, 1, 93

10.1007/BF00393927

10.1007/BF02407359

10.1093/nar/22.17.3488

10.1093/nar/24.1.86

10.1093/nar/25.1.111

10.1093/nar/26.1.179

10.1093/nar/27.1.179

10.1093/nar/28.1.175

10.1016/0965-1748(94)00102-N

Vawter L., 1993, Rates and patterns of base change in the SSU ribosomal RNA gene, Genetics, 134, 597, 10.1093/genetics/134.2.597

10.1093/nar/9.24.6935

10.1093/nar/15.5.2388

10.1093/nar/11.22.7795

10.1093/nar/13.10.3581

10.1146/annurev.ecolsys.36.102003.152620

10.1146/annurev.bi.55.070186.003215

Whang I.‐J., 2002, Intragenomic length variation of the ribosomal DNA intergenic spacer in a malaria vector, Anopheles sinensis, Mol Cells, 14, 158, 10.1016/S1016-8478(23)15087-4

10.1111/j.1463-6409.2006.00236.x

10.1111/j.1096-0031.2001.tb00115.x

Whiting M.F., 1997, The Strepsiptera problem: phylogeny of the holometabolous insect orders inferred from 18S and 28S ribosomal DNA sequences and morphology, Syst Biol, 46, 1

10.1093/sysbio/52.6.745

10.1016/S0092-8674(00)80759-X

10.1038/35030006

10.1016/S0723-2020(11)80303-6

10.1111/j.1095-8312.1999.tb01918.x

Woese C.R., 1993, The RNA World., 91

10.1093/nar/8.10.2275

10.1073/pnas.87.12.4576

10.1093/aesa/80.5.590

10.1007/978-1-4612-4884-2_22

10.1046/j.1365-2583.1998.71194.x

10.1093/nar/28.23.4698

10.1093/nar/29.1.175

10.1093/nar/30.1.183

10.1093/nar/gkh065

10.1002/j.1460-2075.1990.tb07536.x

10.1016/0014-5793(94)80351-X

Yoshizawa K., 2005, Aligned 18S for Zoraptera (Insecta): phylogenetic position and molecular evolution, Mol Phylogenet Evol, 37, 572, 10.1016/j.ympev.2005.05.008

10.1126/science.1060089

10.1016/0166-6851(92)90078-X

10.1093/nar/gkg595

10.1093/nar/9.15.3621

10.1016/j.gene.2006.04.005