características Gerais
Tabela 1 compara as características gerais de Oltmannsiellopsis cpDNA com os quais os quatro chlorophyte cpDNAs completamente seqüenciados até o momento, i.é. os genomas de Nefroselmis , chlorela, Pseudendoclónio e Chlamydomonas . Com 59,5%, o conteúdo global de A+T de Oltmannsiellopsis cpDNA é semelhante ao de Nephroselmis cpDNA, mas é significativamente menor do que os três genomas UTC previamente sequenciados. O genoma Oltmannsiellopsis mapeia como uma molécula circular de 151,933 bp (Figura 1) e contém 105 genes. Duas cópias de uma sequência IR de 18.510 bp, cada uma codificando dez genes, são separadas uma da outra por regiões de cópia única desiguais, designadas SC1 e SC2. Como outros CPDNAS UTC, o genoma Oltmannsiellopsis é menos densamente embalado com sequências de codificação do que Mesostigma e Nephroselmis cpDNAs; a 59,2%, sua densidade de sequências de codificação é semelhante às de chlorela e pseudendoclônio cpDNAs. Espaçadores intergênicos em Oltmannsiellopsis cpDNA apresentam SDRs e têm um tamanho médio de 512 bp, um valor comparável ao observado para Pseudendoclônio cpDNA (600 bp). Um total de cinco intrões, todos pertencentes à família do Grupo I, foram identificados em Oltmannsiellopsis cpDNA.
Gene mapas de Oltmannsiellopsis e outros chlorophyte cpDNAs. Genes (caixas cheias) fora de cada mapa são transcritos no sentido horário. A direção de transcrição dos genes rRNA é indicada por flechas. Genes mostrados no mapa amarelo, azul e vermelho para as regiões IR, LSC e SSC em Mesostigma cpDNA, respectivamente. No mapa de Oltmannsiellopsis, os genes característicos da região de LSC que residem na única região de cópia correspondente a SSC tanto em Oltmannsiellopsis quanto em Pseudendoclonium cpDNAs são denotados por asteriscos. Os Genes ausentes do Mesostigma cpDNA são mostrados em cinzento. os genes tRNA são indicados pelo Código dos aminoácidos de uma letra, seguido do anticodon entre parênteses (Me, elongator metionina; Mf, iniciador metionina). Foram identificados cinco introns (caixas abertas), alguns dos quais apresentam ORFs (caixas estreitas).
Gene e intron conteúdo
O conteúdo genético de Oltmannsiellopsis cpDNA é intermediário entre os de Chlorella e Chlamydomonas cpDNAs (Tabela 1). Embora Oltmannsiellopsis e Pseudendoclonium cpDNAs codificar o mesmo número de genes, estes genomas diferem ligeiramente em seu repertório genético (Tabela 2). Oltmannsiellopsis cpDNA reteve todos os três genes chl que estão faltando do Pseudendoclônio cpDNA, mas perdeu ycf62, trnL(caa) e trnR(ccg). Em relação à Chlorella cpDNA, os genomas de Oltmannsiellopsis, Pseudendoclonium e Chlamydomonas estão faltando um conjunto de cinco genes, i.e. cysA, cisto, e três genes tRNA (trnL(gag), trnS(gga) e trnT(ggu)) (Tabela 2). A ausência de três genes (ycf62, trnL(caa) e trnR(ccg)) é exclusivamente compartilhado por Oltmannsiellopsis e Chlamydomonas cpDNAs, considerando que nenhum gene específico perda é compartilhada por Pseudendoclonium e Chlamydomonas cpDNAs. Tanto Oltmannsiellopsis quanto Pseudendoclonium cpDNAs mantiveram o gene trnR (ccu), que está ausente de todas as outras cpDNAs completamente sequenciadas.
Como o UTC chloroplast genomas previamente investigados, as regiões codificantes de vários genes em Oltmannsiellopsis cpDNA são expandidos em relação à sua Mesostigma homólogos (Tabela 3). No entanto, a maioria das expansões genéticas em Oltmannsiellopsis são menos extensas do que as do Pseudendoclónio; apenas cemA exibe uma sequência de codificação mais longa do que o seu homólogo Pseudendoclónio.
a Nossa descoberta de cinco grupo I íntrons Oltmannsiellopsis cpDNA contrasta acentuadamente com a 27 de íntrons do grupo I encontrado na Pseudendoclonium cpDNA (Tabela 1). A menor abundância de intrões em Oltmannsiellopsis cpDNA explica principalmente o tamanho menor deste genoma em relação ao cpDNA Pseudendoclônio. Os intrões Oltmannsiellopsis interrompem três genes (petB, psbA e rrl) encontrados na IR (Tabela 4). Os genes petB e psbA cada um contêm um intrão, enquanto três introns estão presentes em rrl. Todos os cinco introns, com exceção do intrão petB, são posicionalmente e estruturalmente homólogos aos introns anteriormente relatados na planta verde cpDNAs (Tabela 5). Enquanto os homólogos do intron Oltmannsiellopsis psbA estão presentes em Pseudendoclônio e Chlamydomonas, os homólogos dos três introns rrl são encontrados em uma maior diversidade de plantas verdes. Considerando que estes homólogo de íntrons foram identificados em UTC linhagens, eles poderiam ter sido herdado por vertical herança do último ancestral comum UTC algas; no entanto, a conclusão de que eles potencialmente código para retorno à posição inicial endonucleases de LAGLIDADG ou GIY-YIG famílias (Tabela 4), não permite excluir a possibilidade de que eles foram adquiridos por transferência horizontal. Embora a maioria dos 16 grupo I íntrons Pseudendoclonium cpDNA tem nenhuma homólogos em idêntico cognato em sites de outros chloroplast genomas, sua estreita estrutural e a sequência semelhanças em conjunto com a ausência do Oltmannsiellopsis cpDNA sugerem que eles surgiram a partir de intragenomic proliferação da linhagem levando a Pseudendoclonium . Note que as buscas por explosão na sequência de introdução de petB Oltmannsiellopsis contra a base de dados GenBank não conseguiram detectar qualquer intrão homólogo em outros organismos.
Genoma estrutura e o gene de particionamento
O padrão de gene de particionamento dentro de cópia única regiões de Oltmannsiellopsis cpDNA difere substancialmente do ancestral de particionamento padrão observado para Mesostigma, Nephroselmis e streptophyte cpDNAs (Figura 1). A grande maioria dos 30 genes encontrados na região SC1 de Oltmannsiellopsis são tipicamente encontrados na região ancestral LSC, enquanto a região SC2 contém 52 genes característicos da região ancestral LSC, além de dez genes característicos da região ancestral SSC. Curiosamente, o SC2 inclui 12 dos 14 genes LSC que foram transferidos para a região SSC no cpDNA Pseudendoclônio. Os dois genes Pseudendoclónicos excepcionais que não têm homólogos em Oltmannsiellopsis SC2 são trnH (gug)e trnL(caa); o gene trnH(gug) reside na região SC1 de Oltmannsiellopsis, enquanto trnL (caa) foi perdido de Oltmannsiellopsis cpDNA. Considerando o conteúdo genético das regiões Oltmannsiellopsis de cópia única, parece inadequado rotular estas regiões de acordo com o seu tamanho. Embora o SC1 seja menor que o SC2, provavelmente corresponde à região ancestral do LSC, e o SC2 é aparentemente derivado da região ancestral do SSC.
a sequência IR em Oltmannsiellopsis cpDNA é cerca de 12 kb maior do que a do cpDNA Pseudendoclónio e contém cinco genes além dos encontrados no operão rRNA (Figura 1). Em 18,510 bp, A sequência de IR de Oltmanntiellopsis é similar em tamanho À de Chlamydomonas (Tabela 1). Ambas as junções IR em Oltmannsiellopsis cpDNA englobam genes (cemA e ftsH) dos quais as sequências de codificação se expandem para as regiões de cópia única. Tal como no IR Pseudendoclónio, os genes Oltmannsiellopsis rRNA são transcritos para a região de cópia única, transportando os genes que mapeiam a LSC em prasinophyte e streptophyte cpDNAs. Em contraste, o operão rRNA é transcrito para a região SSC em Nephroselmis e streptophyte cpDNAs. A orientação do operão rRNA não pode ser estabelecida em Chlamydomonas cpDNA devido às extensivamente baralhadas regiões de cópia única, e esta orientação permanece desconhecida em chlorela cpDNA por causa da perda IR.
Considerando que Oltmannsiellopsis e Pseudendoclonium representam distintas, início de divergência de linhagens de Ulvophyceae, as semelhanças entre o quadripartido arquiteturas de Oltmannsiellopsis e Pseudendoclonium cpDNAs sugerem que tanto o gene atípico de particionamento padrão e incomum orientação do IR fosse característica dos chloroplast genoma de primeiros-divergentes ulvophytes. Nossos dados prever que o SSC região do último ancestral comum de Oltmannsiellopsis e Pseudendoclonium cpDNAs contou com 12 dos genes normalmente encontradas no LSC região em Nephroselmis e streptophyte cpDNAs, considerando que a LSC região contidos exclusivamente genes característicos do ancestral LSC região. Consequentemente, na linhagem que levou ao Pseudendoclônio, dois genes extras foram transferidos para a região SSC, enquanto 40 genes adicionais migraram para esta região na linhagem Oltmannsiellopsis. Embora os mecanismos subjacentes a estas migrações de genes entre regiões de cópia única permaneçam desconhecidos, elas provavelmente envolveram eventos de recombinação intramolecular ou intermolecular. A análise de clusters de genes conservados abaixo indica claramente que vários genes foram transferidos juntos no decorrer dessas migrações.Os Genes
têm sido mais extensivamente baralhados entre as duas regiões de cópia única em Chlamydomonas cpDNA (Figura 1). Ele pode ser imaginado que, durante a evolução da ulvophytes e chlorophycean algas verdes, o ancestral padrão de gene de particionamento foi interrompido em etapas sucessivas, com um Pseudendoclonium-como a organização evoluindo para um Oltmannsiellopsis-como organização, levando, em última análise, para a extensa misturar genes observado em Chlamydomonas. Dada a ausência da IR do genoma chlorela, é muito difícil determinar se a direção de transcrição do operão rRNA mudou e se os genes foram realocados de uma região genômica para outra durante a evolução dos trebouxiófitos. A perda da IR é geralmente associada com muitos rearranjos de genes ; no caso de chlorela cpDNA, no entanto, todos os genes geralmente encontrados na região ancestral SSC permaneceram agrupados, com a exceção de três genes(psaC, ycf20 e trnL (uag)) (Figura 1). Investigações de genomas cloroplastos contendo IR a partir de linhagens de trebouxiophyte distintas serão necessárias para testar se algumas das deslocalizações de genes identificadas aqui em Oltmannsiellopsis e Pseudendoclonium cpDNAs originaram-se do ancestral comum das algas UTC.
Gene cluster
geral Do gene organização de Oltmannsiellopsis cpDNA difere amplamente do que de sua Pseudendoclonium homologue e, surpreendentemente, mais parecida com a de Chlorella cpDNA (Figura 2). Oltmannsiellopsis e Chlorella cpDNAs compartilhar 21 blocos de colinear sequências que contêm um total de 65 genes, enquanto que Oltmannsiellopsis e Pseudendoclonium cpDNAs têm em comum 18 blocos contendo 55 genes. Apenas oito blocos contendo 19 genes são conservados nos genomas Oltmannsiellopsis e Chlamydomonas.
Gene clusters compartilhada entre Oltmannsiellopsis e outros UTC algas cpDNAs. Clusters compartilhados são mostrados no mapa genético Oltmannsiellopsis como séries alternadas de caixas verdes e vermelhas. Genes localizados fora dos aglomerados conservados são mostrados em cinza. Genes ausentes de Chlamydomonas, Pseudendoclónio e chlorela estão representados em bege. A extensão da IR e direção de transcrição dos genes rRNA são denotadas por flechas. Genes fora do mapa são transcritos no sentido horário.
muitos dos 24 clusters genéticos ancestrais compartilhados pelo Mesostigma e Nephroselmis cpDNAs foram interrompidos durante a evolução das algas verdes UTC. Neste estudo, analisamos 19 clusters ancestrais; os cinco restantes não puderam ser investigados porque os genes que contêm foram perdidos a partir do CPDNAS UTC (Figura 3). Todos os 19 aglomerados foram quebrados pelo menos em uma ocasião durante a evolução das algas UTC. Com apenas 12 breakpoints, Chlorella cpDNA exibe a conservação mais forte dos clusters ancestrais. Com 20 pontos de interrupção, Oltmannsiellopsis cpDNA ocupa uma posição mediana entre a Chlorella e Pseudendoclonium (24 pontos de interrupção) cpDNAs, considerando que Chlamydomonas cpDNA revela o dobro de pontos de interrupção (42 pontos de interrupção). Os genomas Chlamydomonas, Oltmannsiellopsis e Pseudendoclonium partilham cinco pontos de paragem que faltam na Chlorella cpDNA. Além destes pontos de paragem, Pseudendoclónio e Chlamydomonas cpDNAs partilham seis pontos de paragem que estão ausentes de Oltmannsiellopsis e Chlorella cpDNAs. Não há breakpoint exclusivo para o Oltmannsiellopsis e Chlamydomonas genomes.
Fragmentado gene ancestral clusters no cpDNAs UTC algas. Os aglomerados indicados são encontrados tanto no Mesostigma quanto no Nephroselmis cpDNAs. Note que o rpl22 não foi representado no grande aglomerado de proteínas ribossômicas porque está presente apenas no Mesostigma cpDNA (entre rps19 e rps3). Locais de fragmentação são denotados por pontas de flecha de diferentes tons acima dos aglomerados: Chlamydomonas, pontas de flecha cheias; Pseudendoclônio, pontas de flecha cinzentas escuras; Oltmannsiellopsis, pontas de flecha cinzentas claras; e chlorela, pontas de flecha abertas. Os Genes que faltam no Chlamydomonas, Pseudendoclónio, Oltmannsiellopsis e chlorela são indicados por quadrados, círculos, asteriscos e Adaga dupla, respectivamente. Polaridades genéticas não são mostradas.
dois clusters ancestrais exibem breakpoints que são únicos para as Ulvophyceae. O cluster psbB-psbT-psbN-psbH quase universalmente conservado foi fragmentado no final de 5′ de psbN, criando duas peças separadas, cada uma codificando um par de genes, em Oltmannsiellopsis cpDNA. No Pseudendoclonium linhagem, a introdução de um ponto de interrupção adicional no lado oposto da psbN levou à deslocação deste gene no DNA de codificação psbB, psbT e psbH, sem qualquer alteração no gene ordem. Na linhagem Oltmannsiellopsis, três pontos de paragem ocorreram no operão rRNA ancestral para gerar uma nova unidade de transcrição na qual a ordem dos genes trnA(ugc) e trnI(gau) foi revertida. Reorganizadas rRNA operons têm sido relatados para o cpDNAs do trebouxiophyte Chlorella ellipsoidea e o ulvophyte Codium frágil ; no entanto, nestes casos, o ancestral de rRNA operon foi dividido em diferentes fragmentos que são transcritos a partir de diferentes promotores.
em termos de clusters de genes derivados, Oltmannsiellopsis cpDNA é mais semelhante a Chlorella cpDNA (Figura 4). Um aglomerado derivado é definido aqui como um grupo de genes com as mesmas polaridades relativas em dois ou mais genomas UTC, mas ausente do Mesostigma e Nephroselmis cpDNAs. Oltmannsiellopsis cpDNA compartilha cinco clusters derivados com seu homólogo chlorela, enquanto Pseudendoclônio cpDNA compartilha três clusters, um dos quais está faltando de Oltmannsiellopsis. Dos quatro aglomerados Derivados comuns a Oltmannsiellopsis e Pseudendoclonium cpDNAs, nenhum é encontrado em Chlamydomonas cpDNA.
clusters de genes derivados compartilhados entre as cpDNAs de algas UTC. As caixas cheias / abertas representam a presença / ausência de aglomerados. Polaridades genéticas não são mostradas.
estimamos que um mínimo de 50 inversões seriam necessárias para transformar a organização genética de Oltmannsiellopsis cpDNA em qualquer outro genoma de clorofita (Tabela 6). Análises comparativas de cpDNAs de plantas terrestres e de chlamydomonads intimamente relacionados sugerem que as inversões representam o mecanismo predominante de rearranjos do genoma cloroplástico em plantas verdes. No entanto, inversões podem não ser os únicos eventos mutacionais que causam mudanças de ordem genética em clorofytes cpDNAs, como transposições têm sido propostas para explicar alguns dos rearranjos observados em Campanulaceae e em subclovers cpDNAs.
elementos Repetidos
Um grande número de SDR elementos são encontrados em Oltmannsiellopsis cpDNA (Figura 5). Embora estes elementos residam predominantemente dentro de espaçadores e introns intergênicos, algumas cópias povoam as regiões de codificação de cemA, chlB, chlL, CHLN, ftsH, rpoB, rpoC1 e rpoC2. Os elementos mais abundantes podem ser classificados em cinco grupos de unidades repetitivas não sobrepostas (A A e) com base nas suas sequências primárias (Tabela 7). Seus tamanhos variam de 7-21 bp e seus números de cópias variam de 17 a mais de 250. A sequência de repetição da unidade A ou B está mais frequentemente ligada ao complemento reverso da mesma sequência, formando assim palíndromos perfeitos ou estruturas putativas de ciclo-tronco com um ciclo de dois A ou dois T (Figura 6). Em alguns casos, os palíndromes ou porções de caule das estruturas de laço-caule são estendidos pela adição de repetições menos frequentes. Além disso, algumas cópias de unidades repetitivas a e B ocorrem como sequências solitárias, representando provavelmente versões degeneradas dos arranjos mais comuns com palindromes ou estruturas de laço-tronco. Repetir a unidade C pode formar estruturas de laço-tronco, com um laço de tamanho variável. Embora as unidades de repetição D E e não estejam associadas com estruturas de laço-tronco, elas residem na vizinhança de outros elementos repetidos.
Posições de SDR elementos Oltmannsiellopsis cpDNA. A sequência oltmannsiellopsis cpDNA foi alinhada contra si mesma usando PipMaker. As regiões que contêm DSE podem ser identificadas como aglomerados de pontos. Similaridades entre regiões alinhadas são mostradas como identidade percentual média (entre 50 e 100% de identidade). Genes e suas polaridades são denotadas por setas horizontais e sequências de codificação são representadas por caixas cheias.
Previsto estruturas secundárias formadas por unidades SDR A e B em Oltmannsiellopsis cpDNA.
os SDRs em Oltmannsiellopsis cpDNA não se assemelham muito aos presentes em outros cpDNAs UTC. As repetições Oltmannsiellopsis são tendenciosas em G+C, enquanto que as repetições chlorela mostram um viés em A + T. The Pseudendoclonium and Chlamydomonas SDRs are also rich in G+C, but their sequences share no obvious similarities with the Oltmannsiellopsis repeats. Esta falta de similaridades sequenciais entre os DSE derivados de diferentes genomas UTC sugere que os DSE foram adquiridos independentemente nas linhagens UTC. No entanto, a hipótese alternativa de que os DSE foram transmitidos verticalmente não pode ser excluída se assumirmos que estes elementos evoluem a um ritmo muito rápido. Estudos de cpDNAs de taxa UTC intimamente relacionados serão necessários para distinguir entre estas duas hipóteses.
os DSE tiveram muito provavelmente um papel importante na remodelação do genoma do cloroplasto nas linhagens UTC. Foi observada anteriormente uma correlação entre a abundância de DSE e a extensão dos rearranjos de genes nos genomas de algas UTC . Esta correlação ainda se mantém com a adição da sequência do genoma oltmannsiellopsis chloroplast. A abundância de elementos SDR em Oltmannsiellopsis cpDNA é comparável à observada em Pseudendoclónio cpDNA (Figura 7) e os genes foram reorganizados de forma semelhante em ambos os genomas (Tabela 6). Os dse na planta verde cpDNAs podem servir como pontos quentes para eventos recombinacionais não-homólogos e levar a inversões e transposições .
Densidades de SDR elementos Oltmannsiellopsis e outros chlorophyte cpDNAs como revelado pelo REPuter. Elementos repetidos com sequências idênticas são conectados nas representações circulares dos genomas. Repetições superiores a 30 bp e 45 bp são mostradas nos painéis superior e inferior, respectivamente. Para estas análises, uma cópia da sequência IR foi eliminada dos genomas Nephroselmis, Pseudendoclonium, Oltmannsiellopsis e Chlamydomonas.