Homologous recombination in animal mitochondrial DNA

Ο Ομόλογος ανασυνδυασμός στο μιτοχονδριακό DNA των ζώων

Homologous recombination in animal mitochondrial DNA

Λαδουκάκης, Εμμανουήλ

Ζούρος, Ελευθέριος

Τύπος Εργασίας--Διδακτορικές διατριβές

text

2001-06-21

Η παρούσα διατριβή βάλλει κατά της εδραιωμένης άποψης ότι το mtDNA των ζώων δεν ανασυνδυάζεται. Η άποψη αυτή βασίστηκε σε έμμεσες παρατηρήσεις, όπως στο γεγονός ότι δεν είχαν ανιχνευθεί ποτέ ανασυνδυασμένα μόρια mtDNA και δεν βρέθηκαν προϊόντα ανασυνδυασμένου mtDNA σε υβρίδια καλλιεργούμενων σωματικών κυττάρων. Παρουσιάζονται στοιχεία για την ύπαρξη ανασυνδυασμού στο mtDNA των ζώων από δύο διαφορετικές πηγές: δεδομένα από αλληλουχίες που βρέθηκαν στις γονάδες αρσενικών ατόμων μυδιών και δεδομένα που ανακτήθηκαν από ήδη δημοσιευμένες αλληλουχίες. α) Τα αρσενικά άτομα του μυδιού κληρονομούν ένα τύπο mtDNA από τη μητέρα τους (F γονιδίωμα) και ένα από τον πατέρα τους (Μ γονιδίωμα). Στην πλειονότητα των περιπτώσεων τα δύο μόρια διαφέρουν κατά περισσότερο από 20% στη νουκλεοτιδική τους αλληλουχία, όμως υπάρχουν εξαιρέσεις που το πατρικό μιτοχονδριακό γονιδίωμα μπορεί να διαφέρει ελάχιστα από το μητρικό. Εξετάσαμε αρσενικά άτομα από την τελευταία κατηγορία και βρήκαμε ανασυνδυασμένες αλληλουχίες σε τέσσερα από τα δέκα άτομα. Οι ιστοί της γονάδας αυτών των ατόμων ήταν πολυπλασμικοί και όχι διπλασμικοί κυρίως εξαιτίας του ανασυνδυασμού. Μέσα στο κομμάτι των 681 bp από το γονίδιο της κυτοχρωμικής οξειδάσης ΙΙΙ (COIII), το μήκος των τμημάτων που είχαν ανταλλαχθεί μέσω του ανασυνδυασμού κυμαίνονταν από 24 έως 255 bp (ή και περισσότερο). Η πιθανότητα τα ανασυνδυασμένα αυτά μόρια να οφείλονται σε λάθος της μεθόδου αποκλείστηκε από δύο ανεξάρτητα πειράματα κατά τα οποία i) η DNA πολυμεράση δεν μπόρεσε να παράγει ανασυνδυασμένα μόρια in vitro όταν της δόθηκαν ως μήτρα, κλωνοποιημένες οι πατρικές αλληλουχίες και ii) με ειδικά σχεδιασμένους εκκινητές ανακτήθηκαν οι ανασυνδυασμένες αλληλουχίες από το DNA της γονάδας. Η κλωνοποίηση προϊόντων PCR από τυπικά αρσενικά έδειξε ότι μπορεί να συμβαίνει ανασυνδυασμός μεταξύ M και F μορίων mtDNA. Επίσης συμβαίνει όχι μόνο στη COIII αλλά και σε άλλες περιοχές του mtDNA. β) Διενεργήθηκε μια μη-συστηματική έρευνα στη βιβλιογραφία για να βρεθούν στοιχεία για "ιστορικό ανασυνδυασμό". Πρώτα μετατράπηκαν οι νουκλεοτιδικές αλληλουχίες σε αμινοξικές με το σκεπτικό ότι το "σήμα" του ανασυνδυασμού θα είναι περισσότερο εμφανές στα αμινοξέα από ότι στα νουκλεοτίδια. Ανακαλύφθηκαν τρεις περιπτώσεις (μια στο καρκινοειδές Gammarus fossarum, στο γένος του αμφιβίου Rana, και στο γένος του θηλαστικού Apodemus) στις οποίες οι συγκρίσεις των αμινοξικών αλληλουχιών υποδείκνυαν την ύπαρξη ανασυνδυασμού. Στη συνέχεια επιστρέψαμε στις νουκλεοτιδικές αλληλουχίες και εξετάσαμε αν οι ομοιότητες μεταξύ των πιθανών ανασυνδυασμένων τμημάτων μπορούν να εξηγηθούν από τυχαία γεγονότα. Αυτή η πιθανότητα είναι εξαιρετικά μικρή. (EL)

In the present work evidence is presented for recombination in animal mtDNA from two sources: direct results from mussels and from the literature. a) Mussel males inherit an mtDNA genome from their mother (genome F) and one from the father (genome M). In the majority of cases the two molecules differ by more than 20% in sequence, but occasionally the paternal genome may be very similar to maternal. Males of the latter type were examined and recombinant molecules recovered in four out of ten. The gonadal tissues of these males were polyplasmic apparently because of recombination. Within the examined 681 bp of a segment of the COIII gene, exchanged fragments varied from 24 to 255 bp or larger. The possibility that the results were due to "PCR jumping" was excluded by specially designed experiments i) In the first experiment cloned paternal sequences were offered to DNA polymerase but no recombinant molecules was produced in vitro ii) Special primers were designed to recover the same recombinant sequences from gonadal DNA pool. Cloning of PCR product from typical males revealed that recombination can happened also between F and M molecules. b) A non-systematic search of the literature was done for signs of historical recombination. DNA sequences were first converted into amino acid sequences on the rational that the signature of recombination would be more conserved in the amino acid sequence. Three cases (one crustacean Gammarus fossarum, one amphibian of the genus Rana and one mammal, of the genus Apodemus) were recovered where comparisons of amino acid sequences were very suggestive of recombination. We then returned to DNA sequences and asked if the similarities between putatively exchanged regions could be explained by chance and found that this chance is extremely low. Three statistical experiments were designed to verify that the recombination was happened and to define the length of the swaped fragment. Sliding windows and random suffling experiments prooved that recombination can explain the diversity of the sequences. Sliding windows with variable size of the window showed the length of the swapped fragment. (EN)

Ανασυνδυασμός

DNA, Μιτοχονδριακό (M+DNA)

Ετεροπλασμία

Ζώα

Γονιδιακή μετατροπή

Κλώνος

Ελληνική γλώσσα

Πανεπιστήμιο Κρήτης

E-Locus Ιδρυματικό Καταθετήριο

Σχολή/Τμήμα--Σχολή Θετικών και Τεχνολογικών Επιστημών--Τμήμα Βιολογίας--Διδακτορικές διατριβές

Elocus