Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время в молекулярной биологии быстрыми темпами идет накопление экспериментального материала по первичной структуре геномной и митохондриальной ДНК различных организмов. Одним из важнейших современных направлений в молекулярной биологии и генетике является изучение изменчивости генетического материала и поиск эволюционных связей между организмами. Однако интенсивные усилия, направленные на установление структуры и корней эукариотического древа путем филогенетического анализа нуклеотидных последовательностей, пока не привели к построению общепринятого варианта такого древа [Arisue et al., 2005]. Нет окончательной ясности и в вопросе филогении рептилий.
Интерес к структурно-функциональной организации кластера рибосомных генов обусловлен центральной ролью рибосомной РНК в ряде важнейших клеточных процессов, а также особенностями строения рибосомной ДНК (рДНК). Для рДНК характерно чередование консервативных и вариабельных участков, которые удобно использовать для филогенетических исследований и поиска функционально значимых участков у организмов различной степени родства.
Для изучения эволюционных связей часто используется участок рибосомного
оперона, включающий внутренние транскрибируемые спейсеры ВТС1 и ВТС2
предшественников рибосомной РНК. В настоящее время в GenBank депонировано более
100 000 последовательностей ВТС2, подавляющее большинство этих видоспецифических
последовательностей принадлежит беспозвоночным. Их интенсивно и успешно
использовали для филогении и эволюционных сравнений растений, протистов и
некоторых беспозвоночных. Очевидно, что ВТС2 можно использовать для филогении и
эволюционных сравнений таксонов более высокого уровня, благодаря наличию высоко
консервативных (консенсусных) последовательностей, обеспечивающих
консервативность вторичной структуры соответствующего участка пре-рРНК [Joseph, 1999; Coleman, 2007].
Цель и задачи исследования. Целью данного исследования являлось изучение структурной организации кластеров и эволюционной изменчивости отдельных участков рДНК у чешуйчатых рептилий подотряда Sauria.
В работе были поставлены следующие задачи:
Методом блот-гибридизационного анализа картировать и определить размер мономерного звена рДНК у ряда представителей подотряда Sauria.
Определить степень представленности повторов рДНК в геномах различных представителей подотряда Sauria.
Клонировать, секвенировать и провести сравнительный анализ первичных и вторичных структур ВТС2 ящериц между собой и с представителями других позвоночных..
Научная новизна и практическая ценность работы. В данной работе впервые
определены особенности организации кластеров рДНК представителей отряда Squamata. Показано, что повторяющаяся единица рДНК ящериц одна из самых коротких среди всех позвоночных (10 - 15 т.п.н.). Установлена степень повторности мономеров рДНК у ряда представителей рептилий, показано что у ряда ящериц она значительно меньше, чем у всех ранее исследованных позвоночных. Показано, что у Uta stansburiana (Iguanidae) рДНК локализована на одной хромосоме. Впервые у 15 представителей отряда Squamata определена полная нуклеотидная последовательность ВТС2. Сравнительный анализ полученных последовательностей между собой выявил различия в размерах и характерные особенности организации этого элемента рДНК у представителей инфраотряда Iguania и семейства Lacertidae. Показано, что увеличение размеров ВТС2 у исследованных рептилий является следствием коротких инсерций и локальных дупликаций.
Результаты исследования имеют ценность для выявления закономерностей эволюции рДНК и их взаимосвязи с эволюцией биологических видов. Данные,
представленной диссертационной работы, являются новым научным материалом, необходимым для восполнения общего объема информации, на основании которой могут быть сделаны выводы о механизмах эволюции рДНК
Рибосомная ДНК рептилий, имеющая, как выяснилось, наименьший размер повторяющегося звена при наименьшей степени повторности, представляет интересную модель для изучения механизмов поддержания необходимого уровня экспрессии генов рРНК. Полученные результаты могут найти применение в изучении возможных вариаций в способах регуляции транскрипции генов рРНК, необходимый уровень присутствия которой при абсолютной точности процессинга жизненно важен для любой клетки.
Таким образом, наша работа, кроме результатов по молекулярной структуре и эволюционной изменчивости рДНК рептилий, содержит информацию, имеющую важное прикладное значение в области общей биологии как способствующая разработке систематики рептилий на основе филогенетически значимых молекулярных маркеров.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на 12-ом Международном герпетологическом конгрессе (С. - Петербург, 12-16 августа 2003 г.), на III съезде ВОГИС, (Москва, 6-12 июня 2004 г.), на Международной конференции «Вычислительная филогенетика и геносистематика» (Москва, 16-19 ноября 2007 г.) и на межлабораторном семинаре ИБГ РАН (2008 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 97 страницах, включает 15 рисунков, 4 таблицы и состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов, обсуждения результатов, выводов и списка литературы, включающего 149 источников.
