doi: 10.15389/agrobiology.2017.4.658rus
УДК 636.2:577.212.3
ДОМЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МОБИЛЬНЫХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ
ЭЛЕМЕНТОВ В 1-й ХРОМОСОМЕ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА
В.И. ГЛАЗКО1, 2, О.И. СКОБЕЛЬ1, Г.Ю. КОСОВСКИЙ1, Т.Т. ГЛАЗКО1, 2
Организация генома крупного рогатого скота (КРС), его «геномный ландшафт», в последние годы привлекает особое внимание в связи со сложностью решения задач геномной селекции — использования полилокусных генотипов для ускорения и упрощения селекционной работы. Накоплены данные, свидетельствующие о высокой скорости эволюции различных геномных элементов и выраженности их структурно-функционального полиморфизма (L. Chen с соавт., 2017). Около 50 % всех нуклеотидных последовательностей в геноме крупного рогатого скота представлено диспергированными повторами (R.L. Tellam с соавт., 2009), некоторые из них образуют консервативные внутригеномные домены при совместной локализации (D.L. Adelson с соавт., 2009). Особенности распределения консервативных и вариабельных доменов в геномах крупного рогатого скота до сих пор недостаточно исследованы, несмотря на их важность для решения задач контроля и управления генетическими ресурсами. В настоящей работе с использованием базы данных мобильных генетических элементов программы RepeatMasker (A.F.A. Smit с соавт., http://repeatmasker.org) и аналитической программы Integrated Genome Browser (J.W. Nikol с соавт., 2009) выполнен анализ доменной организации мобильных генетических элементов и продуктов их рекомбинаций в нуклеотидных последовательностях (13436028 п.н.) 1-й хромосомы КРС. Обнаружено, что в исследованном участке наиболее часто встречались элементы SINE/tRNA-Core-RTE, LINE/RTE-BovB, LINE/L1 и LTR/ERV. Их взаимная локализация представляет собой сложную структуру. Чаще всего наблюдались двучленные ассоциации SINE и LINE, SINE/tRNA-Core-RTE и LTR/EVR, (LTR/ERVK)/(LINE/RTE-BovB) и (LTR/ERVK)/LINE/L1). Последние два варианта служат основой для образования трехчленных кластеров — (LINE/RTE-BovB)/(BTLTR1)/(LINE/RTE-BovB) и (LINE/L1)/(BTLTR1J)/(LINE/L1), причем другие ретротранспозоны такие трехчленные кластеры фактически не формируют. Было выявлено некоторое смещение (относительно повышенной плотности локализации) этих трехчленных кластеров к дистальному концу исследованного участка 1-й хромосомы. С помощью программы Integrated Genome Browser мы определили расположение трехчленных продуктов рекомбинаций между LINE и LTR ERV по отношению к структурным генам. Оказалось, что 34 такие конструкции локализуются в 12 структурных генах (остальные — в межгенных пространствах), причем в основном по 10 и 12 копий в двух генах — grik1 и арр, тесно связанных у млекопитающих с функцией центральной нервной системы. Тот факт, что в каждом из этих двух генов трехчленная конструкция (LINE/RTE-BovB)/(BTLTR1)/(LINE/RTE-BovB) была представлена девятью копиями, а конструкцию (LINE/L1)/(BTLTR1J)/(LINE/L1) обнаружили в одной копии в grik1 и в трех — в арр, дает основание считать указанные гены древними мишенями для встроек и сохранения мобильных генетических элементов. Следует отметить, что (LINE/L1)/(BTLTR1J)/(LINE/L1) выявили только в этих двух генах, но не обнаружили в остальных 10, где присутствовал продукт рекомбинации (LINE/RTE-BovB)/(BTLTR1)/(LINE/RTE-BovB). Особенности распределения продуктов рекомбинаций между LINE и LTR ERV по исследованному участку 1-й хромосомы и их локализация в структурных генах позволяют предполагать возможное присутствие в них специфических структурно-функциональных элементов, выявление которых составляет предмет дальнейших исследований.
Ключевые слова: мобильные генетические элементы, ретротранспозоны, ДНК транспозоны, продукты рекомбинации, доменная организация, геномный ландшафт, крупный рогатый скот.
DOMAIN DISTRIBUTION OF MOBILE GENETIC ELEMENTS
IN THE BOVINE GENOME
V.I. Glazko1, 2, O.I. Skobel1, G.Yu. Kosovsky1, T.T. Glazko1, 2
Genetic landscape of bovine genome attracts a lot of attention in recent years. This is due to the complexity of genomic selection task solution, i.e. the use of multilocus genotypes in order to simplify and hasten breeding. Accumulated data show that there is high evolutionary speed of different genetic elements and also they have structure functional polymorphism intensity (L. Chen et al., 2017). It was shown that interspersed repeats account for about 50 % of nucleotide sequence of the bovine genome (R.L Tellam et al., 2009). Also it was found that some of the interspersed repeats cluster into conservative domains along the bovine genome due to joint localization (D.L. Adelson et al., 2009). The characteristics of domain distribution are still not fully studied despite the fact that it is very important to identify conservative and variable domains throughout the bovine genome to solve traditional tasks of their genetic resources management and controlling. In this work domain distribution of mobile genetic elements and their products of recombination in nucleotide sequences of 13436028 nucleotides of bovine chromosome 1 were analyzed by means of Repeat Masker mobile genetic elements database and Integrated Genome Browser software. It was revealed that the most prevalent types throughout analyzed region are SINE/tRNA-Core-RTE, LINE/RTE-BovB, LINE/L1 and LTR/ERV. Their joint localization in bovine genome has complicated structure. The most common pairwise clusters are SINE and LINE, SINE/tRNA-Core-RTE and LTR EVR, (LTR/ERVK)/(LINE/RTE-BovB), (LTR/ERVK)/(LINE/L1). Two last pairs are the bases for such triple clusters as (LINE/RTE-BovB)/(BTLTR1)/(LINE/RTE-BovB) and (LINE/L1)/(BTLTR1J)/(LINE/L1). It should be mentioned that there is no such clustering with other retrotransposons. It was revealed that there is some certain bias of these triple clusters high density to the distal end of studied region of chromosome 1. By the means of Integrated Genome Browser software the localization of obtained triple products of recombination between LINE and LTR ERV to structural genes was analyzed. It was found that only 34 clusters are localized in 12 structural genes (other are located in intergenic space). Besides, 10 and 12 copies are located in two genes that are closely connected with the function of central nervous system in mammals, grik1 and app. The fact that 9 copies of triple gene construct (LINE/RTE-BovB)/(BTLTR1)/(LINE/RTE-BovB) are found in each of two genes and (LINE/L1)/(BTLTR1J)/(LINE/L1) had only 1 copy in grik1 and 3 copies in app, suggests that these genes are ancestral targets for such insertions and their conservations. It also should be mentioned that (LINE/L1)/(BTLTR1J)/(LINE/L1) construct was found only in these two genes but not in other 10 genes where (LINE/RTE-BovB)/(BTLTR1)/(LINE/RTE-BovB) is also located. Specific features of distribution of products of recombination between LINE and LTR ERV throughout the studied chromosome 1 area and their localization in structural genes suggest the possible presence of structure functional elements there. Revealing of such elements is the subject of our further study.
Keywords: mobile genetic elements, retrotransposons, DNA transposons, products of recombination, domain distribution, genomic landscape, cattle.
1ФГБНУ Центр экспериментальной эмбриологии
и репродуктивных биотехнологий, |
Поступила в редакцию |
