Дифференциальная активность генов с фрагментами транспозонов IS630/TC1/MARINER в геноме гребневика MNEMIOPSIS LEIDYI

Читать метаданные

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Мобильные генетические элементы (МГЭ) оказывают значительное влияние на структуру и функционирование генома и являются источником новых генов. В результате «молекулярного одомашнивания» гены МГЭ становятся функциональной частью генома хозяина. Суперсемейство ДНК-транспозонов IS630/Tc1/mariner (ITm) является одним из самых широко распространенных и разнообразных. К настоящему времени известно несколько генов, которые появились вследствие кооптации ITm-транспозонов. Данная работа была направлена на поиск генов гребневика Mnemiopsis leidyi, в последовательность которых были включены фрагменты ITm-транспозонов, с последующим анализом их уровня экспрессии.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

В представленной работе для поиска гипотетических химерных генов был использован метод локального выравнивания (BLASTn). Анализ дифференциальной активности генов оценивали с помощью совместного использования программ Kallisto и Sleuth.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Не было обнаружено ни одной кДНК, которая бы соответствовала полной кодирующей последовательности транспозазы какого-либо ITm-транспозона M. leidyi. Однако был обнаружен 21 уникальный транскрипт гипотетических химерных генов, имеющих участки гомологичные ITm-транспозонам. Транскрипционный анализ показал, что в процессе раннего эмбрионального развития, а также в тканях гребней и эпителия взрослых животных преобладающая доля гипотетических химерных генов не экспрессируется либо экспрессируется на низком уровне. Однако в нескольких локусах фиксируется дифференциальный уровень активности в процессе регенерации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Дифференциальная активность отдельных гипотетических химерных генов в процессе регенерации может свидетельствовать об их возможном «одомашнивании» и вовлеченности в молекулярно-генетические процессы гребневиков.

Ключевые слова:

молекулярная доместикация

ДНК-транспозоны

химерные гены

транскрипционная активность

Авторы:

Пузаков М.В.

Федеральный исследовательский центр Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН

ORCID: 0000-0002-4706-2263

Пузакова Л.В.

Федеральный исследовательский центр Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН

ORCID: 0000-0001-6747-4313

Улупова Ю.Н.

Федеральный исследовательский центр Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН

ORCID: 0000-0003-4787-4808

Дата поступления:

03.12.2021

Дата принятия в печать:

15.04.2022

Список литературы:

Sinzelle L, Izsvák Z, Ivics Z. Molecular domestication of transposable elements: from detrimental parasites to useful host genes. Cell Mol Life Sci. 2009;66(6):1073-1093. https://doi.org/10.1007/s00018-009-8376-3
Bourque G, Burns KH, Gehring M, Gorbunova V, Seluanov A, Mager DL, Feschotte C. Ten things you should know about transposable elements. Genome Biol. 2018;19:199. https://doi.org/10.1186/s13059-018-1577-z
Юрченко Н.Н., Коваленко Л.В., Захаров И.К. Мобильные генетические элементы: нестабильность генов и геномов. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2011;15(2):261-270. https://www.bionet.nsc.ru/vogis/pict_pdf/2011/15_2/3.pdf
Piacentini L, Fanti L, Specchia V, Bozzetti MP, Berloco M, Palumbo G, Pimpinelli S. Transposons, environmental changes, and heritable induced phenotypic variability. Chromosoma. 2014;123(4):345-354. https://doi.org/10.1007/s00412-014-0464-y
Auvinet J, Graça P, Belkadi L, Petit L, Bonnivard E, Dettaï A, et al. Mobilization of retrotransposons as a cause of chromosomal diversification and rapid speciation: the case for the Antarctic teleost genus Trematomus. BMC genomics. 2018;19(1):339. https://doi.org/10.1186/s12864-018-4714-x
Wicker T, Sabot F, Hua-Van A, Bennetzen JL, Capy P, Chalhoub B, et al. A unified classification system for eukaryotic transposable elements. Nature Reviews Genetics. 2007;8(12):973-982. https://doi.org/10.1038/nrg2165
Kojima KK. Human transposable elements in Repbase: genomic footprints from fish to humans. Mobile DNA. 2018;9:2. https://doi.org/10.1186/s13100-017-0107-y
Yuan YW, Wessler SR. The catalytic domain of all eukaryotic cut-and-paste transposase superfamilies. Proc Natl Acad Sci USA. 2011;108(19):7884-7889. https://doi.org/10.1073/pnas.1104208108
Dupeyron M, Baril T, Bass C, Hayward A. Phylogenetic analysis of the Tc1/mariner superfamily reveals the unexplored diversity of pogo-like elements. Mobile DNA. 2020;11:21. https://doi.org/10.1186/s13100-020-00212-0
Gao B, Wang Y, Diaby M, Zong W, Shen D, Wang S, et al. Evolution of pogo, a separate superfamily of IS630-Tc1-mariner transposons, revealing recurrent domestication events in vertebrates. Mobile DNA. 2020;11:25. https://doi.org/10.1186/s13100-020-00220-0
Shao H, Tu Z. Expanding the diversity of the IS630-Tc1-mariner superfamily: discovery of a unique DD37E transposon and reclassification of the DD37D and DD39D transposons. Genetics. 2001;159(3):1103-1115. https://doi.org/10.1093/genetics/159.3.1103
Tellier M, Bouuaert CC, Chalmers R. Mariner and the ITm superfamily of transposons. Microbiology spectrum. 2015;3(2):MDNA3-0033-2014. https://doi.org/10.1128/microbiolspec.MDNA3-0033-2014
Zhang HH, Shen YH, Xiong XM, Han MJ, Zhang XG. Identification and evolutionary history of the DD41D transposons in insects. Genes & Genomics. 2016;38:109-117. https://doi.org/10.1007/s13258-015-0356-4
Shen D, Gao B, Miskey C, Chen C, Sang Y, Zong W, et al. Multiple invasions of Visitor, a DD41D family of Tc1/mariner transposons, throughout the evolution of vertebrates. Genome biology and evolution. 2020;12(7):1060-1073. https://doi.org/10.1093/gbe/evaa135
Wang S, Diaby M, Puzakov M, Ullah N, Wang Y, Danley P, et al. Divergent evolution profiles of DD37D and DD39D families of Tc1/mariner transposons in eukaryotes. Molecular Phylogenetics and Evolution. 2021;161:107143. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2021.107143
Feschotte C, Pritham EJ. DNA transposons and the evolution of eukaryotic genomes. Annu Rev Genet. 2007;41:331-368. https://doi.org/10.1146/annurev.genet.40.110405.090448
Liu Y, Yang G. Tc1-like transposable elements in plant genomes. Mobile DNA. 2014;5:17. PMID: 24926322; PMCID: PMC4054914. https://doi.org/10.1186/1759-8753-5-17
Emmons SW, Yesner L, Ruan KS, Katzenberg D. Evidence for a transposon in Caenorhabditis elegans. Cell. 1983;32(1):55-65. https://doi.org/10.1016/0092-8674(83)90496-8
Franz G, Savakis C. Minos, a new transposable element from Drosophila hydei, is a member of the Tc1-like family of transposons. Nucleic acids research. 1991;19(23):6646. https://doi.org/10.1093/nar/19.23.6646
Langin T, Capy P, Daboussi MJ. The transposable element Impala, a fungal member of the Tc1-mariner superfamily. Mol Gen Genet. 1995;246(1):19-28. https://doi.org/10.1007/BF00290129
Schaack S, Gilbert C, Feschotte C. Promiscuous DNA: horizontal transfer of transposable elements and why it matters for eukaryotic evolution. Trends Ecol Evol. 2010;25(9):537-546. ttps://doi.org/10.1016/j.tree.2010.06.001
Puzakov MV, Puzakova LV, Cheresiz SV, Sang Y. The IS630/Tc1/mariner transposons in three ctenophore genomes. Mol Phylogenet Evol. 2021;163:107231. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2021.107231
Bowen NJ, Jordan IK. Exaptation of protein coding sequences from transposable elements. Genome Dyn. 2007;3:147-162. https://doi.org/10.1159/000107609
Jangam D, Feschotte C, Betrán E. Transposable element domestication as an adaptation to evolutionary conflicts. Trends in Genetics. 2017;33(11):817-831. https://doi.org/10.1016/j.tig.2017.07.011
Kapitonov VV, Jurka J. RAG1 core and V (D) J recombination signal sequences were derived from Transib transposons. PLoS Biol. 2005;3(6):e181. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.0030181
Panchin Y, Moroz LL. Molluscan mobile elements similar to the vertebrate Recombination-Activating Genes. Biochem Biophys Res Commun. 2008;369(3):818-823. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2008.02.097
Kim HS, Chen Q, Kim SK., Nickoloff JA, Hromas R, Georgiadis MM, Lee SH. The DDN catalytic motif is required for Metnase functions in non-homologous end joining (NHEJ) repair and replication restart. J Biol Chem. 2014;289(15):10930-10938. https://doi.org/10.1074/jbc.M113.533216
Mateo L, Ullastres A, González J. A transposable element insertion confers xenobiotic resistance in Drosophila. PLoS Genet. 2014;10(8):e1004560. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004560
Mills CE, 1998-Present. Phylum Ctenophora: list of all valid species names. [Internet Document]. Last Update Date: 30 Mar 2017 https://faculty.washington.edu/cemills/Ctenolist.html
Pang K, Martindale MQ. Developmental expression of homeobox genes in the ctenophore Mnemiopsis leidyi. Dev Genes Evol. 2008;218:307-319. https://doi.org/10.1007/s00427-008-0222-3
Moroz LL, Kocot KM, Citarella MR, Dosung S, Norekian TP, Povolotskaya IS, et al. The ctenophore genome and the evolutionary origins of neural systems. Nature. 2014;10(7503):109-114. https://doi.org/10.1038/nature13400
Ryan JF, Pang K, Schnitzler CE, Nguyen AD, Moreland RT, Simmons DK, Koch BJ, Francis WR, Havlak P. Comparative Sequencing Program N.I.S.C., Smith SA, Putnam NH, Haddock SH, Dunn CW, Wolfsberg TG, Mullikin JC, Martindale MQ, Baxevanis AD. The genome of the ctenophore Mnemiopsis leidyi and its implications for cell type evolution. Science. 2013;342(6164):1242592. https://doi.org/10.1126/science.1242592
Jekely G, Paps J, Nielsen C. The phylogenetic position of ctenophores and the origin(s) of nervous systems. Evodevo. 2015;6:1-8. https://doi.org/10.1186/2041-9139-6-1
Виноградов МЕ, Шушкина ЕА, Мусаева ЕИ, Сорокин ПЮ. Гребневик Mnemiopsis leidyi (A. Agassiz) (Ctenophora: Lobata) — новый вселенец в Черное море. Океанология. 1989;29(2):293-299.
Шиганова ТА. Гребневик Mnemiopsis leidyi и ихтиопланктон в Мраморном море в октябре 1992 г. Океанология. 1993;33:900.
Ivanov VP, Kamakin AM, Ushivtzev VB. Invasion of the Caspian Sea by the comb jellyfish Mnemiopsis leidyi (Ctenophora). Biological Invasions. 2000;2:255-258. https://doi.org/10.1023/A:1010098624728
Altschul SF, Madden TL, Schäffer AA, Zhang J, Zhang Z, Miller W, Lipman DJ. Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs. Nucleic Acids Res. 1997;25:3389-3402. https://doi.org/10.1093/nar/25.17.3389
Wheeler DL, Barrett T, Benson DA, Bryant SH, Canese K, Chetvernin V, et al. Database resources of the National Center for Biotechnology Information. Nucleic Acids Res. 2008;36(1):13-21. https://doi.org/10.1093/nar/gkm1000
Bray NL, Pimentel H, Melsted P, Pachter L. Near-optimal probabilistic RNA-seq quantification. Nat Biotechnol. 2016;34:5:525-527. https://doi.org/10.1038/nbt.3519
Pimentel H, Bray NL, Puente S, Melsted P, Pachter L. Differential analysis of RNA-seq incorporating quantification uncertainty. Nat Methods. 2017;14(7):687-690. https://doi.org/10.1038/nmeth.4324

Закрыть метаданные

Введение

Мобильные генетические элементы (МГЭ) представляют собой неотъемлемую часть геномов большинства живых организмов. Они обладают особой способностью перемещаться в геноме, увеличивая количество своих копий, а также влиять на структуру и функции генома хозяина. Кроме того, их нуклеотидные последовательности могут служить источником новых генов [1, 2].

На транспозиционную активность МГЭ влияет ряд физических, химических и биологических факторов. Изменчивость генома усиливается факторами окружающей среды, тем самым устанавливая новое состояние «индуцированной эволюционной пластичности», когда отбор может закрепить благоприятные мутации в геноме [3—5].

Согласно классификации эукариотические МГЭ делятся на два класса. Ретротранспозоны (класс I) включают МГЭ, которые кодируют обратную транскриптазу и перемещаются через промежуточную РНК, а также их неавтономные производные. Напротив, ДНК-транспозоны (класс II) и их неавтономные производные не используют промежуточную РНК [6, 7].

IS630/Tc1/mariner (ITm) представляет собой одну из наиболее распространенных групп ДНК-транспозонов, члены которой обнаруживаются у большинства изученных эукариот [8]. Активные (функциональные) транспозоны ITm, как правило, обладают единственной открытой рамкой считывания (ОРС), кодирующей фермент транспозазу, которая фланкирована концевыми инвертированными повторами (TIR) [8].

Довольно сложная классификация транспозонов ITm недавно была значительно дополнена и изменена [9, 10]. Обобщая последние данные, их можно разделить на несколько основных групп, таких как Tc1-подобные элементы (TLE/DD34-38E), mariner-подобные элементы (MLE/DD34D), maT/DD37D, rosa/Visitor/DD41D, plants/Guest/DD39D, mosquito/DD37E, pogo/DDxD и IS630/DDxE [11—15].

Хотя транспозоны ITm обнаруживаются практически в каждом эукариотическом геноме [16, 17], лишь немногие из них остаются активными [18—20]. Этот факт объясняется тем, что пик активности большинства транспозонов ITm был давно, и их «жизненный цикл» близок к своему завершению [21]. У гребневика Mnemiopsis leidyi найдено 9 транспозонов, и из них только два потенциально функциональны [22].

Термин «молекулярное одомашнивание» относится к процессу кооптации последовательности МГЭ, начинающей впоследствии выполнять важную функцию для генома хозяина. Молекулярное «одомашнивание» является одним из итогов коэволюции МГЭ и генома [23, 24]. В результате этого процесса последовательности МГЭ становятся незаменимыми для генома хозяина, а сам МГЭ становится эволюционно «бессмертным», в отличие от других, подвергающихся деградации и уничтожению, которыми, как правило, завершается их жизненный цикл. В настоящее время известно, что ряд генов являются потомками МГЭ, хотя многие из них выполняют функции, которые остаются неясными [1]. Некоторые белки МГЭ были включены в систему защиты хозяина, защищая его геном от инфекционных или инвазивных агентов (вирусов или самих МГЭ) [24]. Rag1 и Rag2 являются примерами генов, полученных от МГЭ. Их продукты, белки RAG1 и RAG2, являются ключевыми компонентами специфического иммунитета, в частности, катализатора рекомбинации V (D) J [25, 26]. Случаи одомашнивания известны и среди ITm транспозонов. Например, ген SETMAR приматов кодирует химерный белок, который обладает N-концевым доменом гистон-лизин N-метилтрансферазы и C-концевым доменом транспозазы mariner. Белок SETMAR участвует в механизмах репарации ДНК, включая негомологичное соединение концов и репарацию двухцепочечных разрывов [27]. Кроме того, у многоклеточных организмов известно, как минимум, три случая конвергентной доместикации pogo-подобных элементов и появление на их основе белков, связывающихся с центромерами (CENP-B) и участвующих в расхождении хромосом [28].

В данной работе мы искали одомашненные ITm-транспозоны у гребневика Mnemiopsis leidyi. Гребневики представляют собой довольно небольшую группу морских организмов, насчитывающую около 150—200 видов [29]. Большинство гребневиков — планктонные хищники с желеобразным телом, похожие на тело медуз, а некоторые представители — донные виды (отряд Platyctenida), несколько похожие внешне на плоских червей [30, 31]. Недавнее сравнение секвенированного генома вида гребневика M. leidyi с геномами других видов подтверждает сестринское родство гребневиков и остальных многоклеточных животных [31—33]. M. leidyi также активно изучался в экологическом аспекте, связанном, прежде всего, с его инвазиями (вызвавшими перестройки пелагической пищевой цепи) в Черное и Азовское море, Мраморное море, Эгейское море, Восточное Средиземноморье и Каспийское море [34—36].

В результате исследования были описаны транскрипты гипотетических химерных генов и проведена оценка их уровня экспрессии.

Материал и методы

Поиск транскриптов гипотетических химерных генов

Для поиска транскриптов элементов ITm и гипотетических химерных генов был использован BLASTn [37]. В качестве матриц для поиска были использованы кодирующие транспозазу последовательности всех девяти элементов ITm. Поиск транскриптов осуществляли в сборке кДНК транскриптов (TSA) M. leidyi (GFAT00000000.1). Для поиска ОРС в выявленных транскриптах использовали ORF Finder (NCBI) [38]. Гипотетические белки, протяженностью более 75 а.о., анализировали с помощью Conserved Domain Search Service (NCBI) для выявления специфических доменов [38].

Анализ экспрессии гипотетических химерных генов

Экспрессию гипотетических химерных генов количественно оценивали с помощью совместного использования программ Kallisto и Sleuth [39, 40]. Количественная оценка была выполнена с помощью Kallisto (v0.46.1), где на основе метода псевдовыравнивания ридов и транскриптов подсчитывается количество содержания РНК в образце и выражается в величине TPM (транскриптов на миллион). Для увеличения достоверности при подсчете было осуществлено 100 повторов (bootstrap 100). Для выравнивания использовалась сборка кДНК транскриптов гребневика M. leidyi GFAT00000000.1. Последующая оценка дифференциальной экспрессии гипотетических химерных генов была выполнена с использованием пакета Sleuth (v0.30.0), в котором на основе предварительных количественных оценок, полученных с помощью Kallisto, создается нормализованная на уровне генов матрица TPM. Нормализованные значения были также скорректированы с учетом возможных погрешностей в данных РНК-секвенирования, полученных в результате применения различных методов определения последовательности нуклеотидов. Для визуализации кластерного анализа использовалась функция Plot_transcript_heatmap в программе Sleuth (рис. 1—3, см. https://mediasphera.ru/upload/medialibrary/files/Mol_genetika_2022_04_032_add.zip). Полученные тепловые карты анализировали визуально. При анализе обращали внимание на воспроизводимость результата в повторах и на интенсивность окрашивания ячеек. Белые ячейки обозначают отсутствие транскрипционной активности, градиентный переход к черному цвету сигнализирует повышение экспрессии до максимального.

Результаты и обсуждение

Транскрипты гипотетических химерных генов

В результате поиска транскриптов элементов ITm не было обнаружено ни одной кДНК, которая бы соответствовала полной кодирующей последовательности (КП) транспозазы какого-либо элемента. Однако было обнаружено 80 последовательностей кДНК, имеющих фрагменты, гомологичные отдельным участкам КП транспозазы. Из них был выбран 21 уникальный транскрипт, ОРС которых кодировала аминокислотную последовательность протяженностью выше 75 а.о. (таблица). Транскриптов, имеющих последовательности, гомологичные КП транспозазы Mariner-5_MLe, было обнаружено больше всего (7). Для Mariner-1_MLe и Mariner-6_MLe было обнаружено 4 и 3 таких химерных транскрипта соответственно. Для остальных элементов было обнаружено от 1 до 2 транскриптов, имеющих последовательности, гомологичные КП транспозазы. Представленные транскрипты имели от одной до четырех гипотетических ОРС, кодирующих аминокислотные последовательности протяженностью от 75 до 1278 а.о. Поиск консервативных доменов в гипотетических белках преимущественно выявлял домены, связанные с транспозазной активностью (Transposase, Integrase core domain, HTH domain in Mos1 transposase) (см. таблицу). Также много было последовательностей без узнаваемых доменов (No CD have been identified) (см. таблицу). Кроме того, встречались последовательности с доменами, характерными для других белков (PLAC8 family, ALG3 protein, von Hippel-Landau (pVHL) protein, ELMO/CED-12 family, Interferon-induced transmembrane protein, Uroporphyrinogen decarboxylase, putative PEP-CTERM system TPR-repeat lipoprotein, Yip1 domain, DUF2723). Также выявлена химерная последовательность, образованная объединением элемента Mariner-6_MLe и ретротранспозона, о чем свидетельствует наличие в транскрипте локусов, гомологичных обратной транскриптазе (Reverse transcriptase) (см. таблицу).

Транскрипты гипотетических химерных генов, выбранные для анализа уровня экспрессии

Элемент	Транскрипт	Длина, п.н.	Участок КП транспозазы, к которому есть гомология	Консервативный домен	Длина кодируемой аминокислотной последовательности, а.о.
1_MLe	GFAT01138571	453	522...974	Integrase core domain	>104
	GFAT01136858	327	648...973	Integrase core domain	>104
	GFAT01122274	2064	978...1122	PLAC8 family	170
	GFAT01043956	1109	1...551, 937...1122	HTH domain in Mos1 transposase	213
2_MLe	GFAT01016169	1180	1...304, 731...1043	Консервативные домены не обнаружены	122
	GFAT01125601	2842	1...1053	ALG3 protein	393
	GFAT01125601	2842	1...1053	Integrase core domain	350
3_MLe	GFAT01001713	3481	1...933	Консервативные домены не обнаружены	167
	GFAT01001713	3481	1...933	Консервативные домены не обнаружены	90
	GFAT01130284	2314	69...933	Integrase core domain	161
	GFAT01130284	2314	69...933	No CD have been identified	85
4_MLe	GFAT01050404	2812	88...949	von Hippel-Landau (pVHL) protein	308
4_MLe	GFAT01050404	2812	88...949	Консервативные домены не обнаружены	88
5_MLe	GFAT01101644	1681	1167...1257	ELMO/CED-12 family	308
	GFAT01098100	1277	1007...1120	Консервативные домены не обнаружены	114
	GFAT01006243	1784	1183...1266	Interferon-induced transmembrane protein	115
	GFAT01016735	4790	1...1000, 1265...1775	Integrase core domain	375
				Uroporphyrinogen decarboxylase (URO-D)	372
				Консервативные домены не обнаружены	96
	GFAT01045696	1912	436...1000, 1265...1928	Integrase core domain	547
	GFAT01140651	5900	1140...1267	putative PEP-CTERM system TPR-repeat lipoprotein	1278
				Yip1 domain	227
				Консервативные домены не обнаружены	108
	GFAT01055629	1892	1011...1086	Protein of unknown function (DUF2723)	379
6_MLe	GFAT01031206	2753	1...253, 251....619	Transposase; Integrase core domain	303
	GFAT01074464	1175	604...763	Reverse transcriptase (RT, RNA-dependent DNA polymerase)_like family	251
	GFAT01120903	1327	1...253, 248...763	Integrase core domain; Transposase	351
7_MLe	GFAT01123240	847	1...816	Homeodomain-like domain (HTH); Transposase	232
9_MLe	GFAT01016268	1037	1...687	Homeodomain-like domain (HTH)	245

Примечание. КП — кодирующая последовательность.

Анализ транскрипционной активности гипотетических химерных генов

Двадцать один гипотетический ген был выбран для оценки транскрипционной активности. Кроме того, для контроля активности в анализ были включены гены домашнего хозяйства tubb (кодирует цитоскелетный белок тубулин), mdh1 (кодирует митохондриальную малатдегидрогеназу — фермент цикла Кребса) и actb (кодирует цитоскелетный белок бета-актин). Выводы о транскрипционной активности делались на основании анализа данных трех экспериментов, архивы коротких чтений (ридов) транскриптомов которых были взяты в базе данных NCBI. На рис. 1 (см. https://mediasphera.ru/upload/medialibrary/files/Mol_genetika_2022_04_032_add.zip) представлены результаты анализа экспрессии в ходе раннего эмбриогенеза, полученные при анализе 40 образцов (PRJNA258375) на стадиях от 0 до 20 ч после оплодотворения. На рис. 2 (см. https://mediasphera.ru/upload/medialibrary/files/Mol_genetika_2022_04_032_add.zip) представлены результаты анализа экспрессии в ходе раннего эмбриогенеза, полученные при анализе 31 образцов (PRJNA362973) на временных отрезках от 1 до 9 ч после оплодотворения. На рис. 3 (см. https://mediasphera.ru/upload/medialibrary/files/Mol_genetika_2022_04_032_add.zip) представлены результаты анализа экспрессии в процессе регенерации эпителия и гребней взрослого M. leidyi, полученные при анализе 96 образцов (PRJNA305523) на временных отрезках от 0 до 2 ч после воздействия.

При исследовании транскрипционной активности гипотетических химерных генов в ходе эмбрионального развития было установлено, что большая часть генов не экспрессируется или нестабильно экспрессируется на низком уровне (см. рис. 1, 2, см. https://mediasphera.ru/upload/medialibrary/files/Mol_genetika_2022_04_032_add.zip). В эксперименте PRJNA258375 только две последовательности показали достаточно устойчивый средний уровень экспрессии (GFAT01130284 и GFAT01043956), тогда как в другом эксперименте (PRJNA362973) гипотетических химерных генов, относительно стабильно демонстрирующих активность, оказалось больше (см. рис. 2, см. https://mediasphera.ru/upload/medialibrary/files/Mol_genetika_2022_04_032_add.zip). При этом в экспрессии двух из них (GFAT01001713 и GFAT01098100) прослеживается динамика к повышению уровня транскрипционной активности в зависимости от времени. У еще двух GFAT01120903 и GFAT01140651 экспрессия хотя и имеет средний уровень, но носит нестабильный характер. Шесть генов (GFAT01043956, GFAT01050404, GFAT01016169, GFAT01016735, GFAT01125601, GFAT01130284, GFAT01101644) демонстрируют стабильную активность на среднем уровне или чуть выше среднего.

Эксперимент по регенерации эпителия и гребней у взрослых особей M. leidyi (PRJNA305523) показал большую вариабельность в транскрипционной активности (см. рис. 3, см. https://mediasphera.ru/upload/medialibrary/files/Mol_genetika_2022_04_032_add.zip), хотя большая часть анализируемых генов по-прежнему была не активна. Локусы, соответствующие транскриптам (GFAT01016735, GFAT01098100, GFAT01122274, GFAT01130284, GFAT01043956, GFAT01125601, GFAT01016169), демонстрируют дифференциальную активность в зависимости от тканей и времени после воздействия.

Во всех трех экспериментах маркерные гены tubb, actb и mdh1 показали стабильную высокую или выше среднего активность, что свидетельствует о приемлемом для анализа качестве транскриптома.

Заключение

В результате данной работы у M. leidyi нами был обнаружен 21 уникальный транскрипт гипотетических химерных генов, имеющих участки, гомологичные ITm-транспозонам. Транскрипционный анализ показал, что в процессе раннего эмбрионального развития, а также в тканях гребней и эпителия взрослых животных преобладающая доля гипотетических химерных генов не экспрессируется либо экспрессируется на низком уровне. Однако в нескольких локусах фиксируется дифференциальный уровень активности в процессе регенерации, что может свидетельствовать о вовлеченности данных генов в молекулярно-генетические процессы гребневиков.

Финансирование

Работа проведена в рамках государственного задания ФГБУН «ИМБИ» «Функциональные, метаболические и токсикологические аспекты существования гидробионтов и их популяций в биотопах с различным физико-химическим режимом», номер гос. регистрации 121041400077-1 и при финансовой поддержке РФФИ и города Севастополя в рамках научного проекта №18-44-920002.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.