ПОИСК ФРАГМЕНТОВ АГРОБАКТЕРИАЛЬНЫХ ГЕНОВ В ГЕНОМАХ РАСТЕНИИ И ЖИВОТНЫХ IN SILICO
, 1
Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратов
1 - Саратовский государственный университет имени
e-mail: *****@
Явление горизонтального переноса генов распространено среди прокариот и играет важную роль в эволюции эукариот (Gogarten et al., 2002; Шестаков, 2007). Несмотря на то, что у высших эукариот (по сравнению с одноклеточными) увеличивается число барьеров для горизонтального переноса генов, известны факты переноса генов от прокариот к растениям и между растениями (Bergthorsson et al., 2003; Bergthorsson et al., 2004; Richardson, Palmer, 2007; Keeling, Palmer, 2008; Шестаков, 2009).
Впервые агробактериальные гены с Т-ДНК плазмиды вирулентности фитопатогенной бактерии Agrobacterium rhizogenes были обнаружены в 1982 г. в геноме нетрансформированных растений табака (White et al., 1982). Позже в геноме N. glauca и ряда других видов табака был обнаружен левый фрагмент Т-ДНК A. rhizogenes и выдвинуто предположение о его возникновении в ходе эволюции рода Nicotiana (White et al., 1983; Furner et al., 1986). В 2002 г. появились данные о возможности встраивании и экспрессии плазмидной ДНК A. tumefaciens в эмбриональные клетки морских ежей Strongylocentrotus intermedius и Scaphechinus mirabilis (Bulgakov et al., 2006).
В настоящей работе проведён поиск последовательностей, схожих с Т-ДНК агробактерий во всех расшифрованных геномах растений, включенных в базу NCBI (и смежных с ней), а также в расшифрованных геномах некоторых беспозвоночных. Для проведения поиска в базе GenBank были взяты полные последовательности Ri- и Ti-плазмид (идентификаторы GenBank ID AP002086.1 и AE007871.2 соответственно), из которых были выделены все закодированные в них гены (Ti: torf8, Atu6001, Atu6002, rolB, Atu8061, Atu6004, Atu6005, mas1, acsx, Atu6009, tms2, tms1, ipt, Atu6013, Atu6014, Atu8062 Atu8054, nos; Ri: asc, orf2, orf3n, orf8, rolA, rolB, rolC, orf13, orf13a, orf14, mis) как фрагменты, которые могли быть внесены агробактериями в геномы организмов-хозяев. Поиск выделенных фрагментов также проводился в базе GenBank по нуклеотидным последовательностям высших растений и беспозвоночных (червей, морских ежей и насекомых).
Поиск гомологичных последовательностей проводился при помощи программ tblastn и blastn (http://blast. ncbi. nlm. nih. gov/Blast. cgi) в базе GenBank по нуклеотидным последовательностям высших растений и беспозвоночных (червей, морских ежей и насекомых).
Проведённый при помощи tblastn поиск последовательностей, гомологичных всем закодированным в Т‑ДНК Ti-плазмиды A. tumefaciens генам, показал широкое распространение последовательностей, кодирующих белки, гомологичные продукту агробактериального гена mas1 (манопинсинтазе) в геномах представителей 23 родов растений. Также широкое распространение выявлено для гомологов продукта гена tms2 (индолацетамидгидролазы) в расшифрованных последовательностях растений 20 родов растений. Также расшифрованные последовательности растений 15 родов гомологичные коротким фрагментам продукта гена tms1 (триптофан 2-монооксигеназа). При проведении blastn-поиска генов, входящих в состав Т‑ДНК A. tumefaciens, в расшифрованных геномах растений, морских ежей Echinoidea, червей Caenorhabditis и Lumbricidae достоверных вхождений нуклеотидных последовательностей закодированных в Т‑ДНК генов не обнаружено. Обнаружены лишь фрагменты, своей протяжённостью не превышающие 30‑40 н. о. для различных организмов.
Также в расшифрованных геномах различных растений выявлены последовательности, обнаруживающие некоторые сходства с локусами Atu6001, Atu6004, Atu6005, Atu6009 и Atu6014 Т‑ДНК A. tumefaciens. За правой границей Т‑ДНК Ti‑плазмиды A. tumefaciens присутствуют гены hyuA и hyuB, кодирующие α- и β‑субъединицы N‑метилгидантоиназы A (ацетон карбоксилазы) и arc, кодирующий аргиназу, гомологи которых также широко представлены в растительных геномах
Поиск фрагментов Т‑ДНК Ri‑плазмиды pRi1724 A. rhizogenes в расшифрованных геномах растений также проводился при помощи tblastn и blastn. Различные локусы Ri‑плазмиды, исключая область, прилегающую к левой границе Т‑ДНК, обнаружены в расшифрованных геномах растений родов Catharanthus, Kalanchoe, Kleinia, Nicotiana, Populus и Withania. В частности, продуктом гена rolB A. tumefaciens является белок C (C' protein, GenBank ID NP862658.1). Нуклеотидные последовательности, продукты которых гомологичны этому белку, обнаружены в расшифрованных геномах растений родов Catharantus, Linaria, Nicotiana, Plumbago и Withania.
Также в геномах табака и льнянки с помощью программы tblastn обнаружены гомологи локусов riorf22 – riorf23, расположенных в Ri‑плазмиде за правой границей Т‑ДНК. Особое сходство обнаружено с последовательностями табака (Nicotiana tabacum) и катарантуса (Catharanthus roseus). Наличие генов rol (B,С,D) с Т-ДНК A. rhizogenes в геномах растений были подтверждены в ряде независимых исследований (Meyer et al., 1995; Frundt et al., 1998; Intrieri, Buiatti, 2001; Кулаева с соавт., 2006). Высокая степень сходства не только функциональных, но и некодирующих фрагментов Ri‑плазмиды с последовательностями табака и катарантуса, может свидетельствовать об их внесении в геномы этих растений агробактериями в процессе эволюции.
Библиографический список
1. , , Горизонтальный перенос генов от агробактерий к растениям // Экологическая генетика. – 2006. – Т.4, №4. – С.10‑19.
2. Горизонтальный перенос генов у эукариот // Вестник ВОГиС. – 2009. – Т.13, № 2. – С.345‑354.
3. Как происходит и чем лимитируется горизонтальный перенос генов у бактерий // Экологическая генетика. – 2007. – Т.5, № 2. – С.12‑24
4. Bergthorsson U., Adams K. L., Thomason B., Palmer J. D. Widespread horizontal transfer of mitochondrial genes in flowering plants // Nature. – 2003. – Vol. 424. – P. 197–201.
5. Bergthorsson U., Richardson A. O., Young G. J. et al. Massive horizontal transfer of mitochondrial genes from diverse land plant donors to the basal angiosperm Amborella // Proc. Natl Acad. Sci. USA. – 2004. – Vol. 101. – P. 17747–17752.
6. Bulgakov V. P., Kiselev K. V., Yakovlev K. V., Zhuravlev Yu. N., Gontcharov A. A., Odintsova N. A. Agrobacterium-mediated transformation of sea urchin embryos // Biotechnol. J. – 2006. – V.1. – P. 454–461.
7. Frundt C., Meyer A. D., Ichikawa T., Meins F. A tobacco homologue of the Ri-plasmid ORF13 gene causes cell proliferation in carrot root discs // Mol. Gen. Genet. – 1998. – Vol.259, №6. – P. 559‑568.
8. Furner I. J., Huffman G. A., Amasino R. M., Garfinkel D. J., Gordon M. P., Nester E. W. An Agrobacterium transformation in the evolution of the genus Nicotiana // Nature. – 1986. – Vol.319. – P.422 – 427.
9. Gogarten J. P., Doolittle W. F., Lawrence J. G. Prokaryotic evolution in light of gene transfer // Mol. Biol. Evol. – 2002. – Vol.19. – P.2226‑2238.
10. Intrieri M. C., Buiatti M. The horizontal transfer of Agrobacterium rhizogenes genes and the evolution of the genus Nicotiana // Molecular phylogenetics and evolution. – 2001. – Vol. 20, №1. – P.100‑110.
11. Keeling P. J., Palmer J. D. Horizontal gene transfer in eykaryotic evolution // Nature Rev. Genet. – 2008. – Vol.9. – P.605‑618
12. Meyer A. D., Ichikawa T., Meins F. Horizontal gene transfer: regulated expression of a tobacco homologue of the Agrobacterium rhizogenes rolC gene // Mol. Gen. Genet. – 1995. – Vol. 249. – P.265‑273.
13. Richardson A. O., Palmer J. D. Horizontal gene transfer in plants // J. Exptl. Bot. – 2007. – Vol.58. – P.1‑9.
14. White F. F., Ghidossi G., Gordon M. P., Nester E. W. Tumor induction by Agrobacterium rhizogenes involves the transfer of plasmid DNA to the plant genome // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1982. – Vol. 79, №10. – P.3193‑3197.
15. White F., Garfinkel D., Huffman G., Gordon M., Nester E. Sequence homologous to Agrobacterium rhizogenes T‑DNA in the genome of uninfected plants // Nature. – 1983. – Vol. 301. – P.348‑350.
Сведения об авторах:
, 29.06.1986, м. н.с., лаб. биоинженерии ИБФРМ, к. б.н.
e-mail: *****@***ru, Тел.: 970403
Чумаков Михаил Иосифович, 24.02.1958 г., зав. лаб. биоинженерии ИБФРМ РАН, д.б.н., проф. каф. биофизики ФНП СГУ,
e-mail: *****@, тел. 970403
Вид доклада: устный / стендовый, секция 6. Биоинформатика
Ежегодная Всероссийская научная школа-семинар «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине», 5-7 ноября, 2014, Саратов
