Введение к работе
Актуальность проблемы. Ретротранспозоны - мобильные элементы эукариот использующие в процессе перемещения процесс обратной транскрипции Считается, что возникновение ретротранспозонов по времени совпадает с возникновением эукариот (Malik et al 1999) Эти мобильные элементы найдены практически у всех эукариот, принадлежащих к различным таксономическим группам, таким, как микроорганизмы, грибы, животные и растения Перемещение мобильных элементов, в частности ретротранспозонов, оказывает серьезное влияние на геном, например, вызывает многие известные фенотипические мутации у Drosophila melanogaster, а также некоторые генетические болезни человека Из-за их перемещения может происходить дестабилизация генома, прояв тяющаяся в виде гибридного дисгенеза и геномных перестроек
Несмотря на важность проблемы, в картине происхождения мобильных элементов остаются нерешенные вопросы Особый интерес представляют исследования эволюции и распределения различных групп мобильных элементов среди эукариотических организмов, а также системы взаимодействия мобильный элемент - геном-"хозяин" Частичное решение этого вопроса возможно при исследовании широкого круга эукариот экспериментальными и биоинфоматическими методами Экспериментальные подходы дают исследователю возможность выбирать практически любой объект, тогда как биоинфор-матический анализ геномных последовательностей позволяет осуществить поиск всех мобильных элементов, присутствующих в геноме
Скорпионы (Arachmda Scorpiones) относительно небольшой отряд хелицеровых, насчитывающий около 2000 видов и 180 родов (Soleglad et al 2005) Отряд скорпионов представляет большой интерес для эволюционных биологов, так как является одним из древнейших отрядов сухопутных членистоногих (Brownell and Pohs 2001) Исследования ретротранспозонов представителей такой малоизученной группы как отряд скорпионов могут дать ответы не только на вопросы эволюции и распределения ретротранспозонов внутри данной группы, но и помочь в решении вопросов происхождения и разнообразия ретротранспозонов у членистоногих
Бабочки-голубянки рода Macuhnea являются одним из интересных объектов изучения для экологов Представители рода Macuhnea - мирмекофилы, на последних стадиях гусеницы этих бабочек живут в муравейнике Исследования ретрогранспозонов Macuhnea могут дать информацию не только об эволюции этой группы мобильных элементов у бабочек, но и могут быть полезны для популяционных биологов и экологов для решения вопросов сохранения биоразнообразия
С установления полной нуклеотидной последовательности генома человека началась так называемая постгеномная эра развития биологии Доступность полных геномных последовательностей многих эукариот дает возможность для исследования разнообразия ретротранспозонов при помощи компьютерных методов (анализ in sihco) Геномы грибов относительно небольшие (Woestemeyer and Kreibich 2002), что делает их очень удобным объектом для геномных исследований In sihco анализ малых геномов требует меньше времени и
ресурсов, а значит использование небольших геномов имеет преимущества при проверке правильности и эффективности выбранного подхода Кроме того, грибы содержат небольшую, но очень разнообразную, фракцию повторенных последовательностей, в том числе и ретротранспозонов
Цель и задачи исследования. Целью данной работы было изучение распространения и эволюции ретротранспозонов в геномах эукариотических организмов при помощи экспериментальных и биоинформатических подходов
В конкретные задачи работы входило
-
Исследование разнообразия non-LTR ретротранспозонов среди представителей отряда Scorpiones (Arachmda Scorpiones) и представителей рода Maculmea (Lepidoptera Lycaenidae)
-
Определение нуклеотидных последовательностей элементов, относящихся к различным группам non-LTR ретротранспозонов, из видов отряда Scorpiones и рода Maculmea
-
Обработка последовательностей, изучение внутри- и межвидовой вариабельности, оценка разнообразия групп non-LTR ретротранспозонов в геномах видов отряда Scorpiones и рода Maculmea Построение филогенетических деревьев non-LTR ретротранспозонов
-
Исследование разнообразия LTR ретротранспозонов с помощью биоинформатических подходов в геномах семи эукариотических организмов, включая два вида грибов (Fungi) и пять видов животных (Ammalia)
-
Исследование разнообразия и получение полных последовательностей LTR ретротранспозонов из геномов Aspergillus fumigatus и A mdulans (Fungi Ascomycota) Анализ нуклеотидных последовательностей, построение филогенетических деревьев LTR ретротранспозонов
Научная новизна и практическая ценность работы Впервые было проведено исследование распространения, разнообразия и эволюции non-LTR ретротранспозонов в геномах представителей отряда Scorpiones и бабочек рода Maculmea Полученные данные позволили выявить существование большого разнообразия линий non-LTR ретротранспозонов различных филогенетических групп у членистоногих, на примере представителей отряда Scorpiones и рода Maculmea Обнаружен уникальный случай горизонтального переноса non-LTR ретротранспозона между бабочками семейств Bombycidae и Lycaenidae На сегодняшний день описанный в данном исследовании случай горизонтального переноса является вторым доказанным случаем межвидового переноса non-LTR ретротранспозонов
Совместно с программистами компании UniPro (Новосибирск) был разработан биоинформатический подход для поиска мобильных элементов в геномных последовательностях Использование этого подхода позволило выявить разнообразие LTR ретротранспозонов в геномах грибов - Aspergillus fumigatus и Aspergillus mdulans Впервые было проведено исследование мобильных элементов на предмет наличия признаков гомолог-зависимой инактивации повторенных последовательностей в масштабах целого генома
Обнаруженные ретротранспозоны могут быть использованы в качестве молекулярных маркеров для дальнейших популяционных исследований В частности. LTR ретротранспозоны могут быть использованы как маркеры для
микробиологического мониторинга A fiimigatus, основного возбудителя аспергиллеза, в условиях современных лечебно-профилактических учреждений
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 4-ой и 5-ой конференциях "Биоинформатика регуляции и структуры генома" (BGRS'2004, Новосибирск, 2004, BGRS2006, Новосибирск, 2006), на ЕМВО конференции "Молекулярные механизмы транспозиции, их регуляция и эволюция" (Роскоф, Франция, 2004), на конференции "Исследования экологии и охраны бабочек в Европе" (Лайпциг-Халле, Германия, 2005), на Международной молодежной научно-методической конференции "Проблемы молекулярной и клеточной биологии" (Томск, Россия, 2007)
Публикации. По материалам диссертации было опубликовано 8 работ и 2 приняты в печать
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав (обзор литературы, материалы и методы, результаты и обсуждение), заключения, выводов и списка литературы Работа изложена на 148 страницах печатного текста, содержит 18 таблиц и иллюстрирована 57 рисунками В списке литературы приведено 279 источников
