Контекстный анализ линейных плазмидоподобных ДНК митохондрий кукурузы: гомология с вирусными последовательностями
С использованием контекстного анализа и банка данных нуклеотидных последовательностей установлено, что линейные S1 и S2 плазмидоподобные ДНК митохондрий кукурузы включают участки неслучайной гомологии с последовательностями пяти различных эукариотических вирусов (ретровируса птиц, флебовируса, вирус...
Saved in:
| Published in: | Биополимеры и клетка |
|---|---|
| Date: | 1991 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
1991
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/152753 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Контекстный анализ линейных плазмидоподобных ДНК митохондрий кукурузы: гомология с вирусными последовательностями / Ю.М. Константинов, М.В. Деренко, Рогозин И.Б. // Биополимеры и клетка. — 1991. — Т. 7, № 1. — С. 30-37 — Бібліогр.: 20 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-152753 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Константинов, Ю.М. Деренко, М.В. Рогозин, И.Б. 2019-06-12T17:41:16Z 2019-06-12T17:41:16Z 1991 Контекстный анализ линейных плазмидоподобных ДНК митохондрий кукурузы: гомология с вирусными последовательностями / Ю.М. Константинов, М.В. Деренко, Рогозин И.Б. // Биополимеры и клетка. — 1991. — Т. 7, № 1. — С. 30-37 — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 0233-7657 http://dx.doi.org/10.7124/bc.0002AE https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/152753 577.113+123.5 С использованием контекстного анализа и банка данных нуклеотидных последовательностей установлено, что линейные S1 и S2 плазмидоподобные ДНК митохондрий кукурузы включают участки неслучайной гомологии с последовательностями пяти различных эукариотических вирусов (ретровируса птиц, флебовируса, вируса гриппа, вируса гепатита, вируса SV40). Отмечена высокая насыщенность участков гомологии короткими олигонуклеотидными сайтами, наличие которых характерно для областей ДНК с активно идущими процессами сайт-специфической рекомбинации. Обнаруженные участки гомологии имеют длину от 60 до 130 нуклеотидных пар а входят в состав функционально важных областей вирусных геномов и плазмидоподобных ДНК митохондрий. При використанні контекстного аналізу і банку даних нуклеотидних послідовностей встановлено, що лінійні Sl и S2 плазмідоподібні ДНК мітохондрій кукурудзи містять ділянки невипадкової гомології з послідовностями п'яти різних еукаріотичних вірусів (ретровірусу птахів, флебовірусу, вірусу грипу, вірусу гепатиту, вірусу SV40). Довжина знайдених ділянок гомології змінюється від 60 до 130 нуклеотидних пар. У складі ділянок гомології знаходяться короткі олігонуклеотидні сайти, присутність яких є характерною ознакою областей ДНК з активними процесами рекомбінації. На основі одержаних результатів і даних літератури зроблено припущення про можливість переносу чужерідної генетичної інформації у мітохондріальний геном рослин за допомогою механізму зворотньої транскрипції. Contextual analysis and data bank of the nucleotide sequences has revealed that the linear Sl and S2 plasmid-like maize mitochondrial DNA include homology with sequences of five different eukaryotic viruses (avian retrovirus, phleobovirus, influenza virus, virus of hepatitis, SV40). The homologous regions are found to contain short oligonucleotide sites characteristic of DNA regions with active site-specific recombination processes. The length of regions with homology varies from 60 to 130 base pairs. As based on the results obtained it is assumed as possible to transfer foreign genetic information to the mitochondrial genome of plants using reverse transtription mechanism. ru Інститут молекулярної біології і генетики НАН України Биополимеры и клетка Контекстный анализ линейных плазмидоподобных ДНК митохондрий кукурузы: гомология с вирусными последовательностями Контекстний аналіз лінійних плазмідоподібних ДНК мітохондрій кукурудзи: гомологія з вірусними послідовностями Contextual analysis of linear plasmid-like DNA of maize mitochondria: homology with virus sequences Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Контекстный анализ линейных плазмидоподобных ДНК митохондрий кукурузы: гомология с вирусными последовательностями |
| spellingShingle |
Контекстный анализ линейных плазмидоподобных ДНК митохондрий кукурузы: гомология с вирусными последовательностями Константинов, Ю.М. Деренко, М.В. Рогозин, И.Б. |
| title_short |
Контекстный анализ линейных плазмидоподобных ДНК митохондрий кукурузы: гомология с вирусными последовательностями |
| title_full |
Контекстный анализ линейных плазмидоподобных ДНК митохондрий кукурузы: гомология с вирусными последовательностями |
| title_fullStr |
Контекстный анализ линейных плазмидоподобных ДНК митохондрий кукурузы: гомология с вирусными последовательностями |
| title_full_unstemmed |
Контекстный анализ линейных плазмидоподобных ДНК митохондрий кукурузы: гомология с вирусными последовательностями |
| title_sort |
контекстный анализ линейных плазмидоподобных днк митохондрий кукурузы: гомология с вирусными последовательностями |
| author |
Константинов, Ю.М. Деренко, М.В. Рогозин, И.Б. |
| author_facet |
Константинов, Ю.М. Деренко, М.В. Рогозин, И.Б. |
| publishDate |
1991 |
| language |
Russian |
| container_title |
Биополимеры и клетка |
| publisher |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Контекстний аналіз лінійних плазмідоподібних ДНК мітохондрій кукурудзи: гомологія з вірусними послідовностями Contextual analysis of linear plasmid-like DNA of maize mitochondria: homology with virus sequences |
| description |
С использованием контекстного анализа и банка данных нуклеотидных последовательностей установлено, что линейные S1 и S2 плазмидоподобные ДНК митохондрий кукурузы включают участки неслучайной гомологии с последовательностями пяти различных эукариотических вирусов (ретровируса птиц, флебовируса, вируса гриппа, вируса гепатита, вируса SV40). Отмечена высокая насыщенность участков гомологии короткими олигонуклеотидными сайтами, наличие которых характерно для областей ДНК с активно идущими процессами сайт-специфической рекомбинации. Обнаруженные участки гомологии имеют длину от 60 до 130 нуклеотидных пар а входят в состав функционально важных областей вирусных геномов и плазмидоподобных ДНК митохондрий.
При використанні контекстного аналізу і банку даних нуклеотидних послідовностей встановлено, що лінійні Sl и S2 плазмідоподібні ДНК мітохондрій кукурудзи містять ділянки невипадкової гомології з послідовностями п'яти різних еукаріотичних вірусів (ретровірусу птахів, флебовірусу, вірусу грипу, вірусу гепатиту, вірусу SV40). Довжина знайдених ділянок гомології змінюється від 60 до 130 нуклеотидних пар. У складі ділянок гомології знаходяться короткі олігонуклеотидні сайти, присутність яких є характерною ознакою областей ДНК з активними процесами рекомбінації. На основі одержаних результатів і даних літератури зроблено припущення про можливість переносу чужерідної генетичної інформації у мітохондріальний геном рослин за допомогою механізму зворотньої транскрипції.
Contextual analysis and data bank of the nucleotide sequences has revealed that the linear Sl and S2 plasmid-like maize mitochondrial DNA include homology with sequences of five different eukaryotic viruses (avian retrovirus, phleobovirus, influenza virus, virus of hepatitis, SV40). The homologous regions are found to contain short oligonucleotide sites characteristic of DNA regions with active site-specific recombination processes. The length of regions with homology varies from 60 to 130 base pairs. As based on the results obtained it is assumed as possible to transfer foreign genetic information to the mitochondrial genome of plants using reverse transtription mechanism.
|
| issn |
0233-7657 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/152753 |
| citation_txt |
Контекстный анализ линейных плазмидоподобных ДНК митохондрий кукурузы: гомология с вирусными последовательностями / Ю.М. Константинов, М.В. Деренко, Рогозин И.Б. // Биополимеры и клетка. — 1991. — Т. 7, № 1. — С. 30-37 — Бібліогр.: 20 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT konstantinovûm kontekstnyianalizlineinyhplazmidopodobnyhdnkmitohondriikukuruzygomologiâsvirusnymiposledovatelʹnostâmi AT derenkomv kontekstnyianalizlineinyhplazmidopodobnyhdnkmitohondriikukuruzygomologiâsvirusnymiposledovatelʹnostâmi AT rogozinib kontekstnyianalizlineinyhplazmidopodobnyhdnkmitohondriikukuruzygomologiâsvirusnymiposledovatelʹnostâmi AT konstantinovûm kontekstniianalízlíníinihplazmídopodíbnihdnkmítohondríikukurudzigomologíâzvírusnimiposlídovnostâmi AT derenkomv kontekstniianalízlíníinihplazmídopodíbnihdnkmítohondríikukurudzigomologíâzvírusnimiposlídovnostâmi AT rogozinib kontekstniianalízlíníinihplazmídopodíbnihdnkmítohondríikukurudzigomologíâzvírusnimiposlídovnostâmi AT konstantinovûm contextualanalysisoflinearplasmidlikednaofmaizemitochondriahomologywithvirussequences AT derenkomv contextualanalysisoflinearplasmidlikednaofmaizemitochondriahomologywithvirussequences AT rogozinib contextualanalysisoflinearplasmidlikednaofmaizemitochondriahomologywithvirussequences |
| first_indexed |
2025-11-24T16:26:17Z |
| last_indexed |
2025-11-24T16:26:17Z |
| _version_ |
1850482800402104320 |
| fulltext |
9. Billeter M., Braun W., Wulhrich К. Sequential resonance ass ignments in proteirr
1H nuclear magnet ic resonance spectra. Computat ion of sterically allowed proton-
proton distances in single crystal protein c o n f o r m a t i o n s / / J . Мої. Biol.— 1982.—
155, N 3,— P. 321—346.
10. Wuthrieh K. Sequential individual ass ignments in the 1H-NMR spectra of polypep-
tides and proteins / / B i o p o l y m e r s . — 1983, —22, N 1 ,—P. 131—138.
11. Дегтерева JI. H., Ракова Α. Α., Шерман С. А. Комплекс программ для работы с
базой рентгеноструктурных данных белков ,//Програм, обеспечение ЭВМ.— Минск :
Изд-во Ин-та математики АН БССР, 1986.— Вып. 68,— С. 52—80.
12. The protein data bank. A computer-based archival file for macromolecular structu-
res / F. C. Bernstein, T. F. Koetzle, G. J. B. Will iams et a l . / / E u r . J. Biochem.—
1977,— 80, N 2,— P. 319—324.
13. Keepers J. W., James T. L. A theoretical s tudy of distance determinations f rom NMR.
Two-dimensional nuclear Overhauser effect s p e c t r a / / J . Magn. Reson.— 1984 — 57,.
N 3,— P. 404—426.
14. Шерман С. Α., Андрианов A. M., Ахрем А. А. Информационный анализ и уста-
новление пространственной структуры белковых молекул.— Минск : Наука и тех-
ника, 1989,—240 с.
15. Andrianov A. M., Sherman S. A. Conformat ion of bovine pancreatic trypsin inhi-
bitor in solution. Structural analysis based on two-dimensional nuclear Overhauser
effect spectroscopy d a t a / / S t u d , biophys.— 1989,— 131, N 3 , — P . 161—168.
Ин-т биоорг. химии АН БССР, Минск Получено 06.06.9ft
У Д К 577.113+123.5
Ю. М. Константинов, М. В. Деренко, И. Б. Рогозин
КОНТЕКСТНЫЙ АНАЛИЗ ЛИНЕЙНЫХ
ПЛАЗМИДОПОДОБНЫХ ДНК МИТОХОНДРИЙ КУКУРУЗЫ:
ГОМОЛОГИЯ С ВИРУСНЫМИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЯМИ
С использованием контекстного анализа и банка данных нуклеотидных последова-
тельностей установлено, что линейные S l и S2 плазмидоподобные ДНК митохонд-
рий кукурузы включают участки неслучайной гомологии с последовательностями
пяти различных эукариотических вирусов (ретровируса птиц, флебовируса, вируса
гриппа, вируса гепатита, вируса SV40). Отмечена высокая насыщенность участков
гомологии короткими олигонуклеотидными сайтами, наличие которых характерно для
областей ДНК с активно идущими процессами сайт-специфической рекомбинации.
Обнаруженные участки гомологии имеют длину от 60 до 130 нуклеотидных пар а
входят в состав функционально важных областей вирусных геномов и плазмидопо-
добных ДНК митохондрий.
Введение. Плазмидоподобные, или миникольцевые Д Н К ( п п Д Н К ) , вхо-
дящие в состав митохондриального генома многих высших растений
(пшеницы, сорго, проса, подсолнечника, сахарной свеклы и кукурузы) ,
становятся в последние годы объектом интенсивных молекулярно-биоло-
гических исследований [1, 2] . Одной из причин такого интереса явля-
ется установленная экспериментально связь этих молекул с генетиче-
ским признаком «цитоплазматической мужской стерильности», име-
ющим важное практическое значение в сельскохозяйственном производ-
стве гибридных семян кукурузы, сахарной свеклы и других культур [3].
Существуют также предпосылки для использования ппДНК при конст-
руировании генетических векторов интегративного и репликативного ти-
пов в опытах по генетической инженерии растений [4]. Необходимо от-
метить, однако, что полученные к настоящему времени сведения о гене-
тических функциях и биологической роли ппДНК растительных мито-
хондрий являются весьма ограниченными. Практически невыясненными
остаются вопросы эволюционного происхождения ппДНК-
В последние годы получило распространение повое направление
теории анализа генетических текстов—контекстный анализ, позволя-
ющий исследовать общие закономерности структурной организации по-
© ю . М. К О Н С Т А Н Т И Н О В , М. В. Д Е Р Е Н К О , И. Б. Р О Г О З И Н , 1991
30 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы II КЛЕТКА. 1991. Т. 7. № t
липуклеотидных последовательностей [5, 6] . Изучение нуклеотидных по-
следовательностей ппДНК с использованием в качестве подхода при-
емов контекстного анализа, реализованного в виде пакета прикладных
программ «Контекст» для ЭВМ СМ-4, может дать новую важную ин-
формацию о путях происхождения этих дополнительных генетических
элементов митохондрий высших растений. Задачей настоящей работы
явился контекстный анализ нуклеотидных последовательностей Sl и S2
линейных п п Д Н К митохондрий кукурузы с целью поиска и характерис-
тики возможных участков неслучайной гомологии этих Д Н К с нуклео-
тидными последовательностями банка данных ( Б Д Н П ) .
Материалы и методы. Объектом исследования служили полные нук-
леотидные последовательности линейных ппДНК размером 6 397 п. п.
(S i ) и 5 453 γι. п. (S2) митохондрий кукурузы [7, 8]. Поиск последова-
тельностей, сходных с S l и S2, проводили по банку данных нуклеотид-
ных последовательностей GenBank (версия 57). Анализировали архивы
«Plant sequences», «Organel le sequences», «Viral sequences» (объемы —
434, 320 и 949 последовательностей соответственно).
Поиск проводили с помощью программы «SCAN», позволяющей вы-
являть сходные участки в двух последовательностях, одна из которых —
исследуемая последовательность (Si или S2), другая — очередная по-
следовательность из банка данных GenBank (перебираются все после-
довательности по очереди). В данной работе под сходным участком
длины L e K несовпадениями будем иметь в виду пару участков, один
из которых принадлежит исследуемой последовательности (Si или S2) ,
второй — последовательности из банка данных, имеющих длину по L
пуклеотидов каждый и различающихся по К нуклеотидам. При поиске
сходных участков программа использует статистические оценки контек-
стного анализа [5]. При инициализации программы исследователем за-
даются два параметра — число несовпадений К (в работе К брали рав-
ной 25) и граница ожидаемого числа сходных участков Po (в работе
выбирали равной 0,01). При сравнении исследуемой последовательно-
сти с последовательностью из банка программа выбирает такую длину
сходного участка L для заданного числа несовпадений К, что P (L9 К) <
<^Ро (для K=25 длина L варьировала в пределах от 51 до 76) .
P (L1 К) — о ж и д а е м о е число появлений сходных участков длины LcK
несовпадениями у двух случайных последовательностей (более подроб-
но см. [5, 6 ] ) . Под случайной последовательностью в данном случае
подразумевается последовательность той же длины и с теми же часто-
тами пуклеотидов, что и реальная, но с их случайным расположением.
В том случае, если в данной паре последовательностей выявляются
сходные участки длиной L c K несовпадениями, можно предположить,
что эти последовательности имеют сходство первичных структур. В силу
многократной повторяемости сравнения последовательностей програм-
мой «SCAN» (последовательности S l и S2 сравниваются по очереди с
последовательностями из банка данных), сходные участки, имеющие
значения P(L9 К)<Ро, могут встречаться по случайным причинам.
В работе использовали дополнительный критерий отбора последователь-
ностей из банка: выбирали только такие последовательности, которые
имели два или более сходных участка длины L c K несовпадениями с
последовательностями Sl и S2 (такое событие менее вероятно по слу-
чайным причинам, чем появление одного сходного участка) . Необходи-
мо подчеркнуть, что статистические критерии в программе «SCAN» ис-
пользуются для отбраковки заведомо случайных сходных участков,
т. е. как статистический фильтр, и, следовательно, наличие сходного
участка у двух последовательностей, имеющего значение P (L9 К) С
< 0 , 0 1 , не является статистическим доказательством гомологии этих
последовательностей. Поэтому последовательности из банка, отобран-
ные программой «SCAN», требовали дальнейшего анализа . Такой ана-
лиз проводили программой «GOMOL» [5], а т акже программой
выравнивания последовательностей [5]. Именно в ходе такого иссле-
ISSN 0233-7(357. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А . 1991. Т. 7. № I 3 — 0-693 3 1
дования окончательно подтверждалось наличие или отсутствие сход-
ства исследуемой последовательности с последовательностями из банка,
в том числе выявлялись последовательности или их фрагменты, гомо-
логичные исследуемой последовательности (S i или S2) .
Результаты и обсуждение. Структурная организация Sl и S2 линей-
ных пгіДНК митохондрий кукурузы имеет определенные черты сходства
с организацией геномов некоторых фагов Bacillus и аденовирусов [2].
Это сходство проявляется, в частности, в наличии в составе S l и S2
Последовательности S2 ппДНК митохондрий кукурузы и вируса гепатита Л, выравнен-
ные друг относительно друга (степень гомологии 55,8 %). Строчными буквами выде-
лен участок гомологии, обнаруженный с помощью программы GOMOL (степень гомо-
логии 89 %). Звездочкой обозначены совпадающие участки
Alignment of S2 plasmid-like maize mitochondrial DNA and hepatitis A virus sequences
(55,8 % homology level). Small letters show the homologous region revealed by the
«GOMOL» program (89 % homology level). The asterisk designates coinciding nu-
cleotides
Д Н К терминальных инвертированных повторов [7, 8]. Кроме этого, с
Б ' -концами S l и S2 п п Д Н К ковалентно связаны так называемые «тер-
минальные белки», имеющие важное значение для стабилизации ли-
нейной Д Н К и инициации репликации этих молекул [9]. Подобный
механизм инициации репликации установлен ранее для аденовирусов
и фагов Bacillus [10, 11].
Д л я детального изучения возможного сходства структурно-функцио-
нальной организации линейных ппДНК с последовательностями Б Д Н П
«GenBank» нами был проведен расширенный поиск нуклеотидных по-
следовательностей, гомологичных Sl и S2 Д Н К , с использованием архи-
вов «Plant sequences», «Organelle sequences» и «Viral sequences».
При анализе архивов «Plant sequences» и «Organel le sequences» не
выявлено областей, имеющих два или более участка сходства с после-
довательностями S l и S2. При анализе архива «Viral sequences» выяв-
лены шесть последовательностей, имеющих два и более сходных участ-
ка. Идентификаторы последовательностей в банке — SV40MNKA, HAV3,
P T P S R N A , F L D 0 7 6 N S , FLBS279HA, ARVSLTR. Анализ с помощью
программы «GOMOL» выявил участки сходства последовательностей S l
и S2 с последовательностями из банка. Далее проводили выравнивание
этих последовательностей с помощью алгоритма, описанного в работе
[12]. Результаты такого выравнивания друг относительно друга соот-
ветствующих последовательностей S2 п п Д Н К и вируса гепатита А
представлены на рисунке.
В результате проведенного поиска установлено, что S l и S2 ппДНК
включают участки неслучайной гомологии с нуклеотидными последова-
тельностями пяти различных эукариотических вирусов: ретровируса
птиц, флебовируса, вируса гриппа, вируса гепатита и вируса SV40.
Часть участков гомологии с ппДНК обнаружена на комплементарных к
приводимым в Б Д Н П вирусным последовательностям. Размер участков
гомологии варьирует в среднем от 60 до 130 и. п.
32 ISSN 02:>3-7С,57. Ы ЮГТОЛI IMKPbI И КЛЕТКА. 1991. 'Г. 7. Л° 1
Нуклеотидные последовательности, соответствующие участкам с
максимальной степенью гомологии п п Д Н К митохондрий и вирусов,
представлены в табл. 1 и 2, где приведены участки гомологии, обнару-
женные программой «GOMOL». В итоге выравнивания размеры данных
участков увеличивались в среднем на 40—50 н. п. (данные не приведе-
ны). Из результатов, представленных в табл. 1 и 2, видно, что как для
S i , так и для S2 Д Н К выявленная гомология имеет несовершенный ха-
рактер. По нуклеотидному составу участки гомологии характеризуются
повышенным содержанием АТ-пар. Усредненное АТ-содержание для
всех найденных областей гомологии с вирусными последовательностями
в S l и S2 п п Д Н К равно соответственно 68,8 и 73,4 %. (Для сравнения:
содержание АТ-пар для полных нуклеотидных последовательностей Sl
и S2 п п Д Н К составляет 60,5 и 62,5 % соответственно.)
Данные по функциональной характеристике участков гомологии
между S l и S2 п п Д Н К и вирусными последовательностями отражены в
табл. 3 и 4. Можно видеть, что обнаруженные участки гомологии в нук-
леотидных последовательностях вирусов входят, как правило, в состав
функционально важных областей вирусных геномов (область рекомби-
нации между SV40 и геномом хозяина, ген гемагглютинина, длинный
концевой повтор и др.) · Соответствующие участки в последовательно-
стях митохондриальных ппДНК обнаруживаются в составе областей с
потенциальными кодирующими функциями. Общей для всех обнаружен-
ных участков гомологии особенностью является наличие в их составе
сайтов вида GAA, GAAA, GAAAA. Из них наиболее часто встречающим-
ся является сайт GAAAA. Из представленных в табл. 1 и 2 данных вид-
Т а б л и ц а 1
Участки гомологии между Sl линейной плазмидоподобной ДНК митохондрий кукурузы
и последовательностями вирусов
Sequences of Sl linear plasmid-like maize mitochondrial DNA regions with homology to
virus genomes
Н у к л е о т и д н а я последовательность у ч а с т к а гомологии
Степень
гомологии,
%
Л о к а л и з а ц и я
у ч а с т к а Вирус
AGTAAAGGATGTTCAAAGA
AGTAAAgaaT CT TCAAAGA 89,5
1062—1080
1290—1308
Вирус грип-
па В/Синга-
пур/229/79
CCCTATATTTTCCGGGTGTAAGTTCAGgaaGAgaaGA
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
4993—5029
CCCTATTGTGACTGGGTGTATATTCTGgaaAGgaaGA 73,0 111 —147'
CAAg a a GACACACAAAAAAgaa а а А
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
CAAAAAAАСАААСААААAAАСАAAА 80,0
194—218
917—941
Флебовирус
пунта торо
ATAAAACAg a a a T да а а а АСААААС
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
815—834
ATAA AAAAA AC ATAAA А А АСААААС 84,0 <;)3 917
TCTTGTTT AGTGGT ATACTCTTTG
* * * * * * * * * * * * * *
TATTGTATCGAGCTAGGCACTTAA
ATCCTTACTCTATTTACTACGCAA
* * * * * * * * * * * * *
ATACAATATCTCTGCAATGCGgaa
ATAAATTGTTCGT
* * * * * * * * *
TTCAGTGGTTCGT
59,0
3504—3564 Ретровирус
птиц, шт.
105—165' Шмидт -
Pyπпии А
П р и м е ч а н и е . Во всех случаях верхняя приводимая цепь соответствует Sl ппДНК
о вез дочкой ооозначены совпадающие нуклеотиды. Строчными буквами обозначены
сайты, предположительно связанные с процессами рекомбинации.
Нумерация нуклеотидов по комплементарной цепи.
ISSN 0233-7(357. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А . 1991. Т. 7. № I
3 — 0-693 33
Т а б л и ц а 2
Участки гомологии между S2 линейной плазмидоподобнол ДНК митохондрий кукурузы
и последовательностями вирусов
Sequences of S2 linear plasmid-like maize mitochondrial DNA regions with homology
to virus genomes
Нуклеоткдная последовательность участка гомологии
Степень
гомологии,
%
Локализация
участка Вирус
TCAAGAGCTTATTTCATTATTTCC
* * * * * * * Φ * * * * * * *
TCAAGGTTTTTTTTAATTTTTACA
ATTTCTATTTAGTGAT
* :}: * * * * ψ * :}: * *
TTTTCTTTTTTCTGTT
ACACAAAAAAgaaaa
АСА ga а а аА Agaaaa
Ag a a agaaaaAGAGCATATС
69,2
93,3
3902 -3941
19—58'
1 9 9 - 2 1 3
29—43
1232 1260
SY40
AAAAAgaaaaTGTAAAAATT
ААААСАААС
ААААААААС
AACGCGTAAAAATgaaaaTACA
* * * * * * * * Ψ * * Ψ * *
AAAGTTTTAAACAgaaaaAAga
GTATgaaaCAACCAAAAATAAC
72,4 34—62
2920—2963
aaaTGTAAAAATTAAAAAAAAC
AAAATgaaaCATCTTATG
* * * * ψ :{: * * * :}: :·: φ :·:
AAATTgaaaGATCTTTTG
AAAAATg a a a a TACAGTAT
* * * * * Ψ * * * * * * -і=
AAAΑΑΤΑΑΑΑΑAAACATAA
g a a aCAACCAAAAATAAC
* * * * * * * * * * * * *
AAAACAAAACAAAAAAAC
TAACGACATTTTCTTGTC
* * * * * * * * * * * * * * * :·:
TAAGGACATTTTCTTTTC
AAATCATTAATCAT g a a a GGCAGCA CAC
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
AAAGCATTAAAGGGGAGA GGCAGCACAC
6 6 , 0
89,0
70,3
88,9
78,6
19—62'
2802- 2819
323—340'
2927—2963
889—925
4748—4765
836—853
5074—5101
147—174
Вирус
гепатита A
Флсбовирус
гіунта торо
Вирус грип-
па А/утка/
ALBB
П р и м е ч а н и е . Во всех случаях верхняя приводимая цепь соответствует S2 ппДНК.
Звездочкой обозначены совпадающие нуклеотиды. Строчными буквами обозначены сай-
ты, предположительно связанные с процессами рекомбинации.
7 Нумерация нуклеотидов по комплементарной цепи.
но, что эти сайты в отдельных случаях могут располагаться в непосред-
ственной близости друг от друга (разделены одним или двумя пуклео-
тидами) . Анализ имеющихся в литературе сведений об особенностях ло-
кализации олигонуклеотида GAAAA в Д Н К разного происхождения
(мтДНК пшеницы, SV40, митохондриальная плазмида кукурузы, бак-
34 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1991. Т. 7. № 1
териалытыи транспозон ТпЗ) свидетельствует о возможной функцио-
нальной значимости данного сайта и его вовлечении в процессы реком-
бипогенеза [13—16]. Так, в работах [13—15] в результате молекуляр-
ного анализа истинных и потенциальных областей рекомбинации виру-
са SV40, основной мтДНК пшеницы и линейной плазмиды размером
2,3 тыс. п. п. из митохондрий кукурузы получены данные о возможном
участии сайта GAAAA в процессах внутри- и межмолекулярной реком-
Т а б л и ц а 3
Функциональные характерист ики участков гомологии между Sl лилейной
плазмидоподобной ДНК митохондрий кукурузы и последовательностями сирусоз
Functional properties of Sl linear plasmid-like maize mitochondrial DNA regions
with homology to virus sequences
В и р у с
Д л и н а
у ч а с т к а
гомологии
Л о к а л и з а ц и я
повтора в
Х а р а к т е р и с т и к а у ч а с т к а в
В и р у с
Д л и н а
у ч а с т к а
гомологии
Sl в и р у с е Sl в и р у с е
Ретровирус ПТИЦ, HIT.
Шмидт — Рупии и Л 61 3504 105* OPC 1 д к п
Флебовирус иунта торо 25 815 893 OPC 3 А-богатый Флебовирус иунта торо
25 194 917 к п участок
Вирус гриппа, шт 19 1062 1290 OPC 3 Ген гем аг-
В/Спнгапур/229/79 37 4993 11 1 * межгенный учас- глютинина
ток гомологии
между Sl и S2
П р и м е ч а н и е . Звездочкой обозначены участки гомологии, обнаруженные на компле-
ментарной к приводимой в Б Д Н П последовательности. ДКІІ , КП — длинный концевой
повтор и концевой повтор соответственно. OPC — открытая рамка считывания.
Т а б л и ц а 4
Функциональные характеристики участксв гомологии между S2 линейной
и плазмидоподобной ДНК митохондрий кукурузы и последовательностями вирусов
Functional properties of S2 linear plasmid-like maize mitochondrial DNA regions with
homology to virus sequences
В и р у с
Д л и н а
у ч а с т к а
гомологии
Л о к а л и з а ц и я
повтора в
Х а р а к т е р и с т и к а участка в
В и р у с
Д л и н а
у ч а с т к а
гомологии
S2 в и р у с е S2 в и р у с е
SV40 44 2920 19* OPC 1 Область рекомбина-
ции между SV40 и
40 3902 19* Межген- геномом хозяина
ный
участок
30 1232 34 OPC 1
15 199 29 кп
Вирус гепатита А 18 2802 323* OPC 1 Кодирующая область
Флебовирус иунта торо 37 2927 889 OPC 1 Α-богатая область
Вирус гриппа 28 5074 147 OPC 2 Ген гемагглютинина
Л/утка/ALBB 18 4748 836 OPC 2
П р и м е ч а н и е . Звездочкой обозначены участки гомологии, обнаруженные на комп-
лементарной к приводимой в Б Д Н П последовательности. КП — концевой повтор.
OPC — открытая рамка считывания.
бипации. В составе терминальных инвертированных повторов бактери-
ального транспозона ТпЗ структурный мотив GAAAA входит в состав
домена, обеспечивающего связывание транспозазы [16]. Обнаружение
данного структурного мотива в составе участков гомологии п п Д Н К и
вирусов может, по-видимому, служить указанием на повышенную реком-
бинанионную активность этих областей.
ISSN 0233-7(357. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А . 1991. Т. 7. № I 3 — 0-693 35
Важно отметить, что у четырех из пяти вирусов, последовательности
которых обнаруживают гомологию с ппДНК митохондрий кукурузы,
геном представлен в виде молекулы Р Н К [17—19]. В этой связи зна-
чительный интерес вызывают данные работы [20], в которой с помощью
компьютерного анализа показано наличие в митохондриальном геноме
энотеры (Oenothera berteriana) открытой рамки считывания, имеющей
существенную гомологию с последовательностями гена обратной транс-
криптазы ретровирусов и мобильного генетического элемента дрозофи-
лы. Полученные результаты позволили выдвинуть Шустеру и Бреннике
предположение о том, что обмен генетической информацией между от-
дельными компартментами клетки происходит путем переноса Р Н К с
последующим переводом ее в Д Н К путем обратной транскрипции и ин-
теграции вновь синтезированной Д Н К в геном органеллы [20]. Вопро-
сы об онтогенетических и филогенетических аспектах функционирования
этого молекулярного механизма в растительных митохондриях требуют
дальнейшего изучения. В любом случае, однако, наличием гена обрат-
ной транскриптазы в составе митохондриального генома можно было
бы удовлетворительно объяснить чрезвычайно большие по сравнению
с другими представителями эукариот размеры генома митохондрий выс-
ших растений, а также значительные колебания размеров митохондри-
альной Д Н К в пределах одного таксона.
Суммируя результаты настоящего исследования можно заключить,
что в составе линейных Sl и S2 плазмидоподобных Д Н К митохондрий
кукурузы существуют последовательности, гомологичные участкам ге-
номов некоторых вирусов. Длина участков гомологии варьирует от 60
до 130 н. п. Важной особенностью организации областей гомологии яв-
ляется наличие структурного мотива GAAAA, который, по данным ли-
тературы, имеет отношение к событиям сайт-специфического рекомби-
ногегеза. Тот факт, что участки гомологии обнаружены в составе PHK-
содержащих вирусов, позволяет предположить возможность переноса
чужеродной генетической информации в митохондрии растений с помо-
щью механизма обратной транскрипции. В этой связи возникает пред-
положение о том, что видоспецифические наборы линейных и кольцевых
илазмид растительных митохондрий, часть из которых напоминает по
строению транспозоны, имеют более позднее эволюционное происхожде-
ние по сравнению с основной митохондриальной Д Н К .
Р е з ю м е
При використанні контекстного аналізу і банку даних нуклеотидних послідовностей
встановлено, що лінійні Sl и S2 плазмідоподібні Д Н К мітохондрій кукурудзи містять
ділянки невипадкової гомології з послідовностями п'яти різних еукаріотичних віру-
сів (ретровірусу птахів, флебовірусу, вірусу грипу, вірусу гепатиту, вірусу SV40).
Довжина знайдених ділянок гомології змінюється від 60 до 130 нуклеотидних пар. У
складі ділянок гомології знаходяться короткі олігонуклеотидні сайти, присутність
яких є характерною ознакою областей Д Н К з активними процесами рекомбінації. На
основі одержаних результатів і даних літератури зроблено припущення про можли-
вість переносу чужерідної генетичної інформації у мітохондріальний геном рослин за
допомогою механізму зворотньої транскрипції.
S u m m a r y
Contextual analysis and data bank of the nucleotide sequences has revealed that the
linear Sl and S2 plasmid-like maize mitochondrial DNA include homology with sequen-
ces of five different eukaryotic viruses (avian retrovirus, phleobovirus, influenza virus,
virus of hepatitis, SV40). The homologous regions are found to contain short oligo-
nucleotide sites characteristic of DNA regions with active site-specific recombination
processes. The length of regions with homology varies from 60 to 130 base pairs. As
based on the results obtained it is assumed as possible to transfer foreign genetic in-
formation to the mitochondrial genome of plants using reverse transtription mechanism.
36 ISSN 0233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛКТ Λ. 1991. Т. 7. Λ·.- 1
СПИСОК Л И Т Е Р А Т У Р Ы
1. Leaver С. J., Gray Μ. W. Mitochondrial genome organizat ion and expression in hig-
her plants / / A n n . Rev. P lan t Physiol.— 1982.—33.—P. 373—402.
2. Sederoff R. RLevings C. S. III. Supernumerary DNAs in plant mi tochondr i a / /Gene-
tic flux in p l a n t s / E d s B. Hohn, E. S. Dennis.— Wien; New York: Springer, 1985.—
P. 91 — 109.
3. Laughtiati J. R., Gabay-Laughnan S. / . Cytoplasmic male sterility in m a i z e / / A n n .
Rev. Genet.— 1983,—47.—P. 27—48.
4. Cloning vectors of mitochondrial origin for eukaryotes / K. Esser, U. Kuck, U. Stahl,
P. Tudzynsky // Curr. Genet.— 1983.—7, N 4 .—P.—239—243.
5. Соловьев В. В., Рогозин И. Б. Пакет программ контекстного анализа последователь-
ностей ДНК, Р Н К и белков «Контекст». 1. Поиск гомологии и функциональных сай-
тов.— Новосибирск, 1986.— 70 с.— (Препринт / Сиб. отд-ние АН СССР. Ин-т цито-
логии и генетики; № 11275).
6. Колчанов Η. А., Соловьев В. В., Жарких А. А. Высокая насыщенность прямыми
повторами в генах РНК-полимераз по данным контекстного анализа / / Докл.
АН СССР.— 1983.—273, № 5,—С. 1256—1261.
7. Levings С. S. Ill, Sederoff R. R. Nucleotide sequence of the S-2 mitochondrial DNA
from the S cytoplasm of m a i z e / / P r o c . Nat. Acad. Sci. USA.— 1983,—80, N 13.—
P . 4 0 5 5 — 4 0 5 9 .
8. Paillard M., Sederoff R. R., Levings C. S. III. Nucleotide sequence of the S-I mito-
chondrial DNA from the S cytoplasm of m a i z e / / E M B O J.— 1985,—4, N 5 , — P .
1125—1128.
9. Kemble R. J., Thompson R. D. S-I and S-2, the linear mitochondrial DNAs present
in а т л і є sterile line of maize possess terminally attached p ro t e in s / /Nuc l . Acids
Res.— 1982,— 10, N 24.— P. 8181—8190.
10. Canisi E. A. Evidence for blocked 5'-termini in human adenovirus DNA/ /Vi ro logy .—
1977,— 76, N 2 , — P . 380—394.
11. Yoshikawa H., Ito / . Terminal porteins and short inverted terminal repeats of the
small Bacillus bacteriophage g e n o m e s / / P r o c . Nat. Acad. Sci. USA.— 1981,- 78,
N 4 , — P . 2596—2600.
12. Needleman S. B., Wunch C. D. A general method applicable to the search for simila-
rities in amino acid sequences of two p r o t e i n / / J . Мої. Biol.— 1970.— 48, N 3.—
p. j43—453.
13. Joyce P. B. M, Spencer D. F., Gray Al W. Multiple sequence rear rangements accom-
panying the duplication of a tRNA-pro gene in wheat mitochondrial D N A / / P l a n t
MoL Biol — 1988,— 11, N 3,— P. 833—843.
14. McCtitchan T., Singer M., Rosenberg M. Structure of simian virus 40 recombinants
that contain both host and viral DNA sequences. II. The structure of variant 1103
and its comparaison to var iant CPVb/P2 (EcoRI r e s ) / / J . Biol. Cheni.— 1979.— 254,
N 9,— P. 3592—3597.
15. Leon P., Walbot V., Bedinger P. Molecular analysis of the linear 2,3 kb plasmid of
maize mitochondria: apparent capture of tRNA g e n e s / / N u c l . Acids Res.— 1989.—17,
N 11.—P. 4089—4099.
16. Ichihawa H., Iheda K., Amemura J. Two domains in the terminal inverted-repeat se-
quence of t ransposon TnS / / Gene.— 1990,— 86, N 1,—P. 11—17.
17. Molecular cloning and characterization of hepatitis A virus cDNA / J. Ticehurst, V. Ra-
caniello, B. Baroydy, D. B a l t i m o r e / / P r o c . Nat. Acad. Sci. USA.—1983,—80, N 19.—
P. 5885—5889.
18. Mirsa T., Grandgennet D., Sarson T. Avian retrovirus pp32 DNA-binding protein. I.
Rccogiiiiion of specific sequences on retrovirus DNA terminal / / J . Virol.— 1982.—
14, N 2 — P. 330—343.
19. Ihara T., Akashi H., Bishop D. Novel coding s t ra tegy (ambisensc genomic RNA) re-
vealed bv sequence analysis of Punta Того phlebovirus S RNA/ /Vi ro logy .— 1984.—
136. N 2",— P. 296—306. "
20. Srhns'rr Ψ., Brennicke A. Plast id nuclear and reverse t ranscr iptase sequences in the
mitochondrial genome of Oenothera: is genetic information t ransferred between orga-
nelles via R N A ? / / E M B O J — 1987,—6, N 10,—P. 2857—2863.
Иіі-т физиологии и биохимии растений Получено 06.04.90
Сиб. отл, ίні я АН СССР, Иркутск
Ин-т цитологии и генетики Сиб. отд-ния АН СССР,
Honoci I Oii рек
ISSN 0233-7(357. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1991. Т. 7. № I 3 — 0-693 37
|