تنوع گسترده ژنوم میتوکتدریایی سخت‌بالپوشان به سمت افزایش عدم تقارن رشته‌ها

کد مقاله : 1329-24IPPC (R3)
نویسندگان
1شرکت فناوری زیستی طبیعت گرا
2دانشگاه تهران، گروه گیاهپزشکی
3دانشگاه تهران
چکیده
سخت‌بالپوشان (Insecta: Coleoptera)، متنوع‌ترین و بزرگ‌ترین گروه جانوری با بیش از 387000 گونه شناخته‌شده است که تقریبا در تمام اکوسیستم‌های خشکی و آب‌های شیرین به فراوانی یافت می‌شوند. با توجه به افزایش تعداد توالی‌های ثبت‌شده ژنوم میتوکندریایی سخت‌بالپوشان در بانک ژن، امکان بررسی جهت و شدت تغییرات در ترکیب بازهای نوکلئوتیدی و توالی ژنوم میتوکندریایی با تکیه بر یک بانک داده وسیع و قابل اطمینان فراهم شده است. در این مقاله، از یک بانک اطلاعاتی بسیار بزرگ مربوط به ژنوم میتوکندریایی (mtDNA) قاب‌بالان، شامل 6409 توالی مربوط به تک‌تک ژن‌ها در 493 گونه مختلف سخت‌بالپوشان برای بررسی میزان و جهت تغییرات ترکیب بازهای DNA در این گروه بسیار بزرگ استفاده شد. .ویرایش و تایید درستی توالی‌ها با استفاده از نرم‌افزار Aliview 1.17.1 و محاسبات با کمک نرم‌افزار Mega 6 انجام شد. برای مقایسه تنوع و جهت تغییرات، همچنین 832 ژن میتوکندریایی متعلق به 64 گونه بالتوری (گروه Neuropterida) و 489 توالی کامل ژنوم میتوکندریایی متعلق به گروه‌های دیگر حشرات با دگردیسی کامل (Holometabola) بجز سخت‌بالپوشان به عنوان رفرنس مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. براساس نتایج، تقریبا تمام ژن‌های کدکننده پروتئین (PCGs)، ژن‌های RNA ریبوزومی (rRNA) و ناحیه کدکننده پروتئین در رشته اصلی ژنوم میتوکندریایی سخت‌بالپوشان با افزایش قابل توجه باز سیتوزین (C) و با شدت کمتری آدنین (A) و گوانین (G) در مقابل کاهش قابل توجه تیمین (T) و مجموع آدنین و تیمین (A+T) مواجه شده‌اند. در مقایسه با سایر حشرات گروه هولومتابولا، قاب‌بالان یک تنوع گسترده و یک‌طرفه را در ترکیب بازهای ژنوم میتوکندریایی خود تجربه کرده‌اند، تنوعی که روی رشته اصلی، به نفع سیتوزین و به ضرر تیمین تمام شده است. این الگوی تنوع، احتمالا باعث افزایش شاخص AT skew و کاهش شاخص GC skew در ژنوم قاب‌بالان شده است. بنابراین به نظر می‌رسد که ژنوم میتوکندریایی قاب‌بالان در حال تکامل به سمت عدم تقارن بیشتر رشته‌ها است و این احتمالا نتیجه تبدیل مستقیم آدنین به گوانین و تیمین به سیتوزین در رشته اصلی است. الگوی تکامل در سرتاسر هر یک از دو رشته DNA صرف‌نظر از اینکه این رشته دربرگیرنده ناحیه کدکننده پروتئین باشد یا نباشد یکنواخت است.
کلیدواژه ها
 
Title
Extensive diversification of beetle mitochondrial genome towards higher strand asymmetry
Authors
Abstract
Beetles (Insecta: Coleoptera) are the most diverse group of animals with more than 387,000 species in nearly all terrestrial and freshwater ecosystems. The significant increase in the number of deposited sequences of beetle mitochondrial DNA (mtDNA) in GeneBank allow a comprehensive analysis of the direction and intensity of changes in base composition and DNA sequence using a large reliable database. Here, we played with numbers and proportions in a large source (6409 gene sequences belonging to 493 beetle species) of beetle mtDNA to explore the extent and direction of base compositional changes in this diverse group. Sequence edition and accuracy was checked by AliView software (vr. 1.17.1) and calculations were performed using Mega 6 software. In addition, a total of 832 sequences of protein coding genes (PCGs) and ribosomal RNA genes (rRNA) genes belonging to 64 species of the closely related orders in the group Neuropterida (i.e. Megaloptera, Raphidioptera, and Neuroptera) as well as 489 complete genomes belonging to other orders within the superorder Endopterygota were used as reference. Almost all PCGs, rRNA genes, and the whole protein coding region of the majority strand in Coleoptera showed increase in C, and to a lesser extent, A, and G content, besides significant decrease in T and A+T content when compared with the closely related orders within Neuropterida. We detected extensive unidirectional diversification of beetle mtDNA in comparison with all other holometabolous insects, a diversification in favor of C and at expense of T on the majority strand. These patterns of substitution are likely to increase AT skew and decrease GC skew of beetle mtDNA. Therefore, beetle mtDNA seems to diversify towards higher strand asymmetry, which results probably from direct conversion of A to G and T to C on the minority strand. The patterns of molecular evolution are homogenous across a given DNA strand, regardless of bearing or lacking the protein coding region.
Keywords
Coleoptera, mtDNA, base composition, majority strand, genetic diversity