Исследование
<<  Планирование клинических исследований (КИ) по результатам доклинических исследований (ДИ) Трофо - метаболические взаимодействия зоопланктона и фитопланктона в экспериментальных и модельных исследованиях  >>
Использование экспериментального и биоинформатического подходов для
Использование экспериментального и биоинформатического подходов для
Ретротранспозоны
Ретротранспозоны
Эволюция ретротранспозонов
Эволюция ретротранспозонов
Ретротранспозоны: эволюция и распределение
Ретротранспозоны: эволюция и распределение
Ретротранспозоны: эволюция и распределение
Ретротранспозоны: эволюция и распределение
Non-ltr ретротранспозоны scorpiones
Non-ltr ретротранспозоны scorpiones
Non-ltr ретротранспозоны scorpiones
Non-ltr ретротранспозоны scorpiones
Non-ltr ретротранспозоны maculinea
Non-ltr ретротранспозоны maculinea
Non-ltr ретротранспозоны maculinea
Non-ltr ретротранспозоны maculinea
Non-ltr ретротранспозоны maculinea
Non-ltr ретротранспозоны maculinea
Bmcr1b non-ltr ретротранспозон bombyx mori
Bmcr1b non-ltr ретротранспозон bombyx mori
CR1A и CR1B семейства в геномах lepidoptera
CR1A и CR1B семейства в геномах lepidoptera
Горизонтальный перенос CR1B элементов
Горизонтальный перенос CR1B элементов
LTR ретротранспозоны в геномах эукариот
LTR ретротранспозоны в геномах эукариот
LTR ретротранспозоны в геномах эукариот
LTR ретротранспозоны в геномах эукариот
LTR ретротранспозоны aspergillus fumigatus и aspergillus nidulans
LTR ретротранспозоны aspergillus fumigatus и aspergillus nidulans
LTR ретротранспозоны aspergillus fumigatus и aspergillus nidulans
LTR ретротранспозоны aspergillus fumigatus и aspergillus nidulans
Гомолог-зависимая инактивация повторенных последовательностей грибов
Гомолог-зависимая инактивация повторенных последовательностей грибов
Инактивация LTR ретротранспозонов Aspergillus fumigatus и Aspergillus
Инактивация LTR ретротранспозонов Aspergillus fumigatus и Aspergillus
LTR ретротранспозоны phanerochaete chrysosporium
LTR ретротранспозоны phanerochaete chrysosporium
Pseudoviridae из phanerochaete chrysosporium
Pseudoviridae из phanerochaete chrysosporium
Pseudoviridae из phanerochaete chrysosporium
Pseudoviridae из phanerochaete chrysosporium
Metaviridae из phanerochaete chrysosporium
Metaviridae из phanerochaete chrysosporium
Metaviridae из phanerochaete chrysosporium
Metaviridae из phanerochaete chrysosporium
Metaviridae из phanerochaete chrysosporium
Metaviridae из phanerochaete chrysosporium
Выводы
Выводы
Выводы
Выводы
Финансовая поддержка: Программа Президиума РАН "Происхождение и
Финансовая поддержка: Программа Президиума РАН "Происхождение и

Презентация на тему: «Использование экспериментального и биоинформатического подходов для исследования ретротранспозонов в геномах эукариот». Автор: novikova_olga. Файл: «Использование экспериментального и биоинформатического подходов для исследования ретротранспозонов в геномах эукариот.ppt». Размер zip-архива: 5380 КБ.

Использование экспериментального и биоинформатического подходов для исследования ретротранспозонов в геномах эукариот

содержание презентации «Использование экспериментального и биоинформатического подходов для исследования ретротранспозонов в геномах эукариот.ppt»
СлайдТекст
1 Использование экспериментального и биоинформатического подходов для

Использование экспериментального и биоинформатического подходов для

исследования ретротранспозонов в геномах эукариот

Ольга Новикова Новосибирский государственный университет Институт цитологии и гентики СО РАН

Новосибирск 2007

2 Ретротранспозоны

Ретротранспозоны

Используют в процессе своего перемещения обратную транскрипцию.

ORF - открытая рамка считывания 5’UTR и 3’UTR - 5’ и 3’ нетранслируемые районы 5’LTR и 3’LTR - 5’ и 3’ длинные концевые повторы TSD – дуплицированные повторы-мишени

3 Эволюция ретротранспозонов

Эволюция ретротранспозонов

Rel-endo ретротранспозоны – non-ltr ретротранспозоны с одной ORF

APE ретротранспозоны – non-ltr ретротранспозоны с двумя ORF

Pseudoviridae

(Ty1/copia)

Metaviridae

(Ty3/gypsy)

+ Bel, DIRS

Retroviridae

4 Ретротранспозоны: эволюция и распределение

Ретротранспозоны: эволюция и распределение

Цель:

Изучение распространения и эволюции ретротранспозонов в геномах эукариотических организмов.

Задачи:

1. Исследование разнообразия non-LTR ретротранспозонов среди представителей отряда Scorpiones (Arachnida: Scorpiones). 2. Исследование разнообразия non-LTR ретротранспозонов среди представителей рода Maculinea (Lepidoptera: Lycaenidae). 3. Определение нуклеотидных последовательностей элементов, относящихся к различным группам non-LTR ретротранспозонов, из видов отряда Scorpiones и рода Maculinea. 4. Обработка последовательностей, изучение внутри- и межвидовой вариабельности, оценка разнообразия групп non-LTR ретротранспозонов в геномах видов отряда Scorpiones и рода Maculinea. Построение филогенетических деревьев non-LTR ретротранспозонов.

5 Ретротранспозоны: эволюция и распределение

Ретротранспозоны: эволюция и распределение

5. Исследование разнообразия LTR ретротранспозонов с помощью биоинформатических подходов в геномах восьми эукариотических организмов, включая три вида грибов (Fungi) и пять видов животных (Animalia). 6. Исследование разнообразия и получение полных последовательностей LTR ретротранспозонов из геномов Aspergillus fumigatus и A. nidulans (Fungi: Ascomycota). Анализ нуклеотидных последовательностей, построение филогенетических деревьев LTR ретротранспозонов. 7. Исследование разнообразия и получение полных последовательностей LTR ретротранспозонов из генома Phanerochaete chrysosporium (Fungi: Basidiomycota). Анализ нуклеотидных последовательностей, построение филогенетических деревьев LTR ретротранспозонов.

6 Non-ltr ретротранспозоны scorpiones

Non-ltr ретротранспозоны scorpiones

2 подотряда 10 семейств 21 род 22 вида скорпионов

-

-

Три филогенетические группы были обнаружены в геномах Scorpiones CR1, Jockey и I

Проведен ПЦР-анализ с использованием вырожденных праймеров, клонирование и секвенирование полученных продуктов. Полученные последовательности были использованы для сравнительного и филогенетического анализов

Материал предоставлен Проф. Виктором Фетом (Marshall University, USA)

7 Non-ltr ретротранспозоны scorpiones

Non-ltr ретротранспозоны scorpiones

CR1 филогенетическая группа

Jockey филогенетическая группа

I филогенетическая группа

Подавляющее большинство фрагментов элементов представляли собой последовательности нарушенной RT.

8 Non-ltr ретротранспозоны maculinea

Non-ltr ретротранспозоны maculinea

-

-

4 вида: maculinea teleius maculinea nausithous maculinea alcon maculinea arion

Четыре филогенетические группы были обнаружены в геномах Maculinea R4, Jockey, CR1 и R1

Представители рода Maculinea являются мирмекофилами и являются одним из интереснейших объектов изучения для экологов. Относятся к исчезающим видам.

Материал предоставлен Проф. Михалом Войциховски (Jagiellonian University, Poland).

Проведен ПЦР-анализ с использованием вырожденных праймеров, клонирование и секвенирование полученных продуктов. Полученные последовательности были использованы для сравнительного и филогенетического анализов

9 Non-ltr ретротранспозоны maculinea

Non-ltr ретротранспозоны maculinea

R4 филогенетическая группа

Jockey филогенетическая группа

Jockey-подобные элементы обнаружены у всех исследованных maculinea, за исключением M. Arion. Jockey-подобные элементы разнородны, сходство на нуклеотидном уровне составляло в среднем 74%.

R4-подобные элементы обнаружены у всех исследованных Maculinea - семейство MacR4. Элементы MacR4 семейства имеют высокое сходство как внутри видов, так и между видами. Два семейства специфичны для M. arion.

Подавляющее большинство фрагментов R4 и Jockey элементов представляли собой последовательности интактной RT.

10 Non-ltr ретротранспозоны maculinea

Non-ltr ретротранспозоны maculinea

CR1 филогенетическая группа

Три семейства в составе CR1 MacCR1A MacCR1B MacCR1C (T1Q)

R1 филогенетическая группа

Сходство MacCR1A и MacCR1B элементов составляло в среднем 73.5% нуклеотидной последовательности и 88% на аминокислотном уровне.

BLAST анализ показал наличие maccr1b-подобных ретроэлементов в геноме bombyx mori, причем сходство между maccr1b и bmcr1b элементами составляло более 96% на нуклеотидном уровне.

11 Bmcr1b non-ltr ретротранспозон bombyx mori

Bmcr1b non-ltr ретротранспозон bombyx mori

Bmcr1b ретроэлемент был реконструирован на основе выравнивания геномных фрагментов B. Mori.

ORF - открытая рамка считывания 5’UTR и 3’UTR - 5’ и 3’ нетранслируемые районы RT - домен обратной транскриптазы APE - домен апурин/апиримидин эндонуклеазы

12 CR1A и CR1B семейства в геномах lepidoptera

CR1A и CR1B семейства в геномах lepidoptera

-

-

-

CR1A

CR1B

Для исследования рапределения семейств CR1A и CR1B: Были выбраны 17 представителей отряда Lepidoptera, подотряда Ditrysia, относящиеся к 9-ти семействам. Были выбраны специфичные праймеры для семейств элементов CR1A и CR1B. Проведен ПЦР-анализ, клонирование и секвенирование полученных продуктов.

Материал предоставлен к.б.н. Олегом Костериным (ИЦиГ) и к.б.н. Владимиром Дубатоловым (ИСиЭЖ).

13 Горизонтальный перенос CR1B элементов

Горизонтальный перенос CR1B элементов

-

-

Критерии: Неравномерное распределение - присутствие у эволюционно далеких видов. Скорость накопления замен в последовательностях мобильных элементов ниже, чем в последовательностях функциональных генов.

Горизонтальный перенос – это процесс, благодаря которому может осуществляться перемещение генов у репродуктивно изолированных видов. Механизм неизвестен.

Горизонтальный перенос 5-10 млн. лет назад

14 LTR ретротранспозоны в геномах эукариот

LTR ретротранспозоны в геномах эукариот

UniPro GenomeBrowser - http://genome.unipro.ru/ Plugins - http://genome.sourceforge.net/

Алгоритм HMM (Hidden Markov Model), основанный на скрытых цепях Маркова1 Приложение HMM Search.

Поиск мобильных элементов по заданным характеристикам – наличие прямых или обратных повторов, наличие открытых рамок считывания. Приложение Find ME.

1. Eddy 1998

15 LTR ретротранспозоны в геномах эукариот

LTR ретротранспозоны в геномах эукариот

Сaenorhabditis briggsae - 124 HMM сигнала Brugia malayi - 11 HMM сигналов Aedes aegypti - 166 HMM сигналов Ciona intestinalis - 346 HMM сигналов Danio rerio - 210 HMM сигналов

15 новых LTR элементов, относящихся к группам metaviridae, DIRS и bel.

16 LTR ретротранспозоны aspergillus fumigatus и aspergillus nidulans

LTR ретротранспозоны aspergillus fumigatus и aspergillus nidulans

Aspergillus nidulans - один из важнейших модельных организмов для исследований биологии клетки и регуляции генов.

Aspergillus fumigatus - основной возбудитель инвазивных микозов. Более 90% случаев.

A. Fumigatus - 60 HMM сигналов A. Nidulans - 25 HMM сигналов

Все элементы - Metaviridae A. fumigatus - 4 группы элементов A. nidulans - 2 группы элементов

A. Fumigatus и A. Nidulans - большинство копий элементов имеют нарушения и замены C:G на T:A

17 LTR ретротранспозоны aspergillus fumigatus и aspergillus nidulans

LTR ретротранспозоны aspergillus fumigatus и aspergillus nidulans

Aspergillus fumigatus: Afut1, Afut2, Afut3, Afut4

Aspergillus nidulans: Dane3, Dane4 + Dane1, Dane2

ORF - открытая рамка считывания; 5’LTR и 3’LTR - 5’ и 3’ длинные концевые повторы; RT - домен обратной транскриптазы; RNase H - домен рибонуклеазы Н; Int - интеграза; ССНН и CCHC - цинковые пальцы; Сhromo - хромодомен; * - стоп-кодоны.

3

1

2

1. Neuveglise et al. 1996. 2. Paris S, Latge JP. 2001. 3. Nielsen et al. 2001.

18 Гомолог-зависимая инактивация повторенных последовательностей грибов

Гомолог-зависимая инактивация повторенных последовательностей грибов

Neurospora crassa - RIP инактивация. Мутагенез, индуцированный повторяющимся последовательностями (RIP – repeat induced point mutations)

Rip-анализ

-

-

-

Подсчет частот встречаемости CpG, TpG, CpA и TpA динуклеотидов. Сравнение частот встречаемости между генами и LTR ретротранспозонами. Реконструкция “de-RIP” элемента.

F[cpg] = o[cpg]/e[cpg], где o[cpg] – наблюдаемое число сайтов cpg в последовательности, e[cpg] – ожидаемое число cpg сайтов, e[cpg]=[c]x[g]/L, где [C] и [G] - число C и G в последовательности, L – длина последовательности

1

1. Galagan and Selker. 2004.

19 Инактивация LTR ретротранспозонов Aspergillus fumigatus и Aspergillus

Инактивация LTR ретротранспозонов Aspergillus fumigatus и Aspergillus

nidulans

Сравнительный анализ частот встречаемости CpG, TpA, CpA и TpG сайтов для ретроэлементов и генов показал, что элементы Afut1 и Afut2 из A. fumigatus и Dane4 из A. nidulans подверглись RIP инактивации по CpG и CpA сайтам.

Бокс-плот частот встречаемости CpG, TpA, CpA и TpG сайтов в последовательностях Afut1, Afut2 и генов из Aspergillus fumigatus

Бокс-плот частот встречаемости CpG, TpA, CpA и TpG сайтов в последовательностях Dane4 и генов из Aspergillus nidulans

20 LTR ретротранспозоны phanerochaete chrysosporium

LTR ретротранспозоны phanerochaete chrysosporium

Phanerochaete chrysosporium - один из немногих грибов-базидиомицетов (basidiomycota), способных разлагать лигнин, главный компонент клеточной стенки растений.

Pseudoviridae - 51 HMM сигнал metaviridae - 144 HMM сигналов

Pseudoviridae - 8 pc_pseudovir элементов metaviridae - 15 pc_metavir элементов

Pseudoviridae - 6 элементов представлены полноразмерными интактными копиями metaviridae - 7 элементов представлены полноразмерными интактными копиями

21 Pseudoviridae из phanerochaete chrysosporium

Pseudoviridae из phanerochaete chrysosporium

Копийность от 2 до 10 и более копий на геном. Гомология между копиями элементов составляла от 85% до 99% нуклеотидной последовательности. Гомология между 5’ и 3’ LTR составляла от 91.2% до 100%. Обнаружены соло LTR (кроме Pc_Pseudovir1 и Pc_Pseudovir2).

22 Pseudoviridae из phanerochaete chrysosporium

Pseudoviridae из phanerochaete chrysosporium

ORF - открытая рамка считывания; 5’LTR и 3’LTR - 5’ и 3’ длинные концевые повторы; RT - домен обратной транскриптазы; int - интеграза; CCHC – цистеиновый мотив; PEP_A3 - протеаза; * - стоп-кодон; TSD - повторы-мишени.

23 Metaviridae из phanerochaete chrysosporium

Metaviridae из phanerochaete chrysosporium

Копийность от 1 до 50 и более копий на геном. Гомология между копиями элементов составляла от 82% до 99% нуклеотидной последовательности. Гомология между 5’ и 3’ LTR составляла от 90.4% до 100%. Обнаружены соло LTR Pc_Metavir1,2,3 и 5. Большинство Pc_Metavir относятся к филогенетической группе Chromovirus.

24 Metaviridae из phanerochaete chrysosporium

Metaviridae из phanerochaete chrysosporium

ORF - открытая рамка считывания; 5’LTR и 3’LTR - 5’ и 3’ длинные концевые повторы; RT - домен обратной транскриптазы; int - интеграза; PR - протеаза; dutpase - катализирует гибролиз dutp; chromo - хромодомен; CCHC – цистеиновый мотив; * - стоп-кодон; TSD - повторы-мишени.

25 Metaviridae из phanerochaete chrysosporium

Metaviridae из phanerochaete chrysosporium

Столь высокое разнообразие LTR ретротранспозонов в геноме одного вида грибов показано впервые. В общей сложности LTR ретротранспозоны составляют около 3% от генома P. chrysosporium.

ORF - открытая рамка считывания; 5’LTR и 3’LTR - 5’ и 3’ длинные концевые повторы; RT - домен обратной транскриптазы; int - интеграза; PR - протеаза; CCHC – цистеиновый мотив; * - стоп-кодон; TSD - повторы-мишени.

26 Выводы

Выводы

1. Исследовано разнообразие non-LTR ретротранспозонов в геномах 22-х видов отряда Scorpiones. Показано присутствие трех филогенетических групп non-LTR ретротранспозонов (CR1, Jockey и I) и множественных линий внутри каждой из них. 2. Исследовано разнообразие non-LTR ретротранспозонов в геномах четырех видов бабочек рода Maculinea. Показано присутствие четырех филогенетических групп non-LTR ретротранспозонов (CR1, R1, Jockey и R4) и наличие множественных линий внутри них, в частности, двух близкородственных семейств MacCR1A и MacCR1B внутри филогенетической группы CR1. 3. Обнаружен BmCR1B элемент в геноме Bombyx mori, имеющий высокое сходство с MacCR1B элементом Maculinea. 4. Проведено исследование распределения CR1A и CR1B семейств среди Lepidoptera. Обнаружен горизонтальный перенос CR1B non-LTR ретротранспозонов между представителем семейства Bombycidae и общим предком рода Maculinea более 5 млн. лет назад.

27 Выводы

Выводы

5. Исследовано разнообразие LTR ретротранспозонов в геномах восьми эукариотических организмов, включая три представителя царства грибов (Fungi) и пять представителей царства животных (Animalia). Было обнаружено 42 новых, ранее не описанных, LTR ретротранспозонов. 6. Проведен анализ геномов двух аскомицетов, Aspergillus fumigatus и A. nidulans. Для каждого вида было обнаружено по два семейства LTR ретротранспозонов, которые не были описаны ранее. 7. Проведенный RIP анализ убедительно показал, что последовательности LTR ретротранспозонов A. fumigatus и A. nidulans несут отпечатки действия RIP-подобной инактивации. 8. Исследовано разнообразие LTR ретротранспозонов в полной геномной последовательности лигнин-деградирующего базидиомицета Phanerochaete chrysosporium. Было обнаружено 8 новых Pseudoviridae и 15 элементов группы Metaviridae. Столь высокое разнообразие LTR ретротранспозонов в геноме одного вида грибов показано впервые. Большинство обнаруженных LTR ретротранспозонов P. chrysosporium представлены в геноме интактными полноразмерными копиями, которые относительно недавно перемещались. В общей сложности LTR ретротранспозоны составляют около 3% от генома P. chrysosporium.

28 Финансовая поддержка: Программа Президиума РАН "Происхождение и

Финансовая поддержка: Программа Президиума РАН "Происхождение и

эволюция биосферы" №10104-34/П-18/155-270/1105-06-001/28/2006-1 This study was financed by EC within its RTD project “MacMan” EVK2-CT-2001-00126.

«Использование экспериментального и биоинформатического подходов для исследования ретротранспозонов в геномах эукариот»
http://900igr.net/prezentacija/pedagogika/ispolzovanie-eksperimentalnogo-i-bioinformaticheskogo-podkhodov-dlja-issledovanija-retrotranspozonov-v-genomakh-eukariot-210990.html
cсылка на страницу
Урок

Педагогика

135 тем
Слайды
900igr.net > Презентации по педагогике > Исследование > Использование экспериментального и биоинформатического подходов для исследования ретротранспозонов в геномах эукариот