Wikipedie

Internal transcribed spacer

mezigenová nekódovaná sekvence DNA oddělující geny pro rRNA

Internal transcribed spacer (ITS, pojem nemá běžně používaný český ekvivalent) je spacer DNA [1] umístěný mezi geny pro malou podjednotku ribozomální RNA (rRNA) a geny pro velkou podjednotku rRNA v chromozomu nebo v odpovídající transkribované oblasti v transkriptu polycistronického prekurzoru rRNA.

Přítomnost v organismech

editovat

V bakteriích a archeích se nachází pouze jeden region ITS umístěný mezi geny pro 16S a 23S rRNA. Naopak u eukaryot se nachází dva ITS: ITS1 umístěný mezi 18S a 5.8S rRNA geny, zatímco ITS2 mezi 5.8S a 28S rRNA geny (u opisthokont, nebo 25S u rostlin). ITS1 pak odpovídá ITS bakterií a archeí, přičemž ITS2 vznikl z insertu, který přerušil ancestrální 23S rRNA gen. [2] [3]

Organizace

editovat
 
Organizace tandemových repetic eukaryotické jaderné ribozomální DNA

U bakterií a archeí se ITS stejně jako přilehlé geny 16S a 23S vyskytuje v jedné až několika kopiích. Pokud je přítomno více kopií, nenavazují na sebe, ale naopak jsou umístěny na navzájem vzdálených pozicích v kruhovém chromozomu. Uvnitř ITS bakterií se často nachází i tRNA geny. [4] [5]

V eukaryotech geny kódující ribozomální RNA společně se spacery tvoří tandemové repetice o délce až tisíců kopií, přičemž každý je oddělen úseky nepřepisované DNA označované jako mezigenový spacer (intergenic spacer, IGS) či nepřepisovaný spacer (non-transcribed spacer, NTS).[6]

Všechny eukaryotické ribozomální klastry obsahují vnější přepisovaný spacer (external transcribed spacer, 5' ETS), gen pro 18S rRNA, ITS1, gen pro 5.8S rRNA gen, ITS2, gen pro 26S nebo 28S rRNA a nakonec 3' ETS.[7]

Při zrání rRNA jsou ETS a ITS úseky vystřiženy a jako vedlejší produkty bez funkce rychle degradují. [6]

Použití ve fylogenetice

editovat

Porovnání sekvencí eukaryotického i prokaryotického ITS je široce rozšířenou metodu v taxonomii a molekulární fylogenetice díky několika příznivým vlastnostem: [8]

  • Díky malé velikosti a dostupnosti vysoce konzervovaných přilehlých sekvencí jej lze rutinně amplifikovat.
  • Je snadno detekovatelný i z malého množství DNA díky vysokému počtu kopií rRNA klastrů.
  • Prochází jevem zvaným concerted evolution díky nepravidelnému crossing-overu a genové konverzi. To způsobuje vnitrogenomovou homogenitu opakovaných jednotek, ačkoli metody masivního paralelního sekvenování odhalily přítomnost častých variací v rámci jednotlivých rostlinných druhů.[9]
  • Je vysoce variabilní i mezi blízce příbuznými druhy, což lze vysvětlit relativně nízkým evolučním tlakem působícím na nekódující spacer sekvence.

ITS markery se ukázaly jako velmi užitečné pro objasnění fylogenetických vztahů např. u následujících taxonů

Taxonomická skupina Taxonomická úroveň Rok Autoři s odkazy
Hvězdnicovité Druh (v rámci jednoho rodu) 1992 Baldwin et al.[10]
Santálovité: Arceuthobium Druh (v rámci jednoho rodu) 1994 Nickrent et al.[11]
Lipnicovité: kukuřice Druh (v rámci jednoho rodu) 1996 Buckler & Holtsford[12]
Bobovité: tolice Druh (v rámci jednoho rodu) 1998 Bena et al.[7]
Vstavačovité: tribus Diseae Rody (v rámci tribů) 1999 Douzery et al.[13]
Vážky: stejnokřídlice rodu Calopteryx Druh (v rámci jednoho rodu) 2001 Weekers et al.[14]
Kvasinky Rody 2001 Chen et al.[15]
Lipnicovité: tribus Saccharinae Rody (v rámci tribů) 2002 Hodkinson et al.[16]
Jitrocelovité: jitrocel Druh (v rámci jednoho rodu) 2002 Rønsted et al.[17]
Játrovky třídy Jungermanniopsida: Herbertus Druh (v rámci jednoho rodu) 2004 Feldberg et al.[18]
Borovicovoté: jedlovec Druh (v rámci jednoho rodu) 2008 Havill et al.[19]
Čeleď mandelinkovití: rod Altica Rod 2009 Ruhl et al.[20]
Obrněnky rodu Symbiodinium Druh 2009 Stat et al.[21]
Brukovovité Triby (v rámci čeledi) 2010 Warwick et al.[22]
Vřesovcovité: vřesovec Druh (v rámci jednoho rodu) 2011 Pirie et al.[23]
Dvoukřídlí: rod Bactrocera Druh (v rámci jednoho rodu) 2014 Boykin et al.[24]
Krtičníkovité: krtičník Druh (v rámci jednoho rodu) 2014 Scheunert & Heubl [25]
Sinice čeledi Oculatellaceae: rod Oculatella Druh (v rámci jednoho rodu) 2014 Osorio-Santos et al.[26]
Rdestovité: rdest Druh (v rámci jednoho rodu) 2016 Yang et al.[27]
Sinice čeledi Scytonemataceae: rod Brasilonema Druh (v rámci jednoho rodu) 2024 Bohunická et al.[28]

ITS2 je více konzervovaný než ITS1. Všechny sekvence ITS2 sdílejí společnou jádrovou sekundární strukturu, zatímco struktury ITS1 jsou konzervované v rámci mnohem menších taxonomických jednotek. [29] Vyšší rozlišení a robustnost lze docílit pomocí porovnání navázaného na sekundární struktury, nehledě na míru konzervovanosti. [30] ITS region hraje významnou roli v moderní systematice prokaryot, zejména sinic. Porovnání sekundárních struktur několika z jeho semi-konzervovaných domén [31] umožňují přesnější sestavení DNA alignmentu. Sekvence a podoba těchto struktur může sama sloužit jako kvazi-morfologický znak odlišující kryptické druhy často přítomné mezi sinicemi.[32] Společně s 16S rDNA jsou pak základními genetickými markery pro fylogenetické a systematické studie.

Mykologický barkóding

editovat

V rámci molekulární ekologie hub je ITS nejčastěji sekvenovaný úsek DNA [33] a byl doporučen jako jejich univerzální barkódová sekvence. [34] Typicky je používaný v molekulární systematice na úrovni rodu, ale i uvnitř druhů (např. pro identifikaci geografických ras). Díky jeho vyšší míře variability, než mají jiné regiony rDNA (např. malá a velká rRNA podjednotka), lze u ITS i IGS pozorovat variabilitu mezi jednotlivými rDNA kopiemi. Kromě univerzálních primerů ITS1+ITS4 [35] používané mnohými laboratořemi, bylo popsáno několik druhově specifických primerů, které umožňují selektivní amplifikaci houbových sekvencí. Navzdory tomu, že metody tzv. "shotgun" sekvenování jsou stále více využívány v mikrobiálním sekvenování, malá vstupní biomasa hub v klinických vzorcích činí z amplifikace oblasti ITS oblast pokračujícího výzkumu. [36] [37]

Reference

editovat

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Internal transcribed spacer na anglické Wikipedii.

  1. ↑ LACKIE, J.M. J. [s.l.]: Elsevier Dostupné online. ISBN 978-0-12-384931-1. S. 347–350. 
  2. ↑ LAFONTAINE, Denis L. J.; TOLLERVEY, David. The function and synthesis of ribosomes. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2001-07, roč. 2, čís. 7, s. 514–520. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 1471-0080. doi:10.1038/35080045. (anglicky) 
  3. ↑ ROGERS, Scott O. Integrated molecular evolution. Boca Raton, FL: CRC Press 359 s. Dostupné online. ISBN 978-1-4398-1995-1. OCLC 739835736 OCLC: ocn739835736. 
  4. ↑ TAKADA, Hiraku; SHIMADA, Tomohiro; DEY, Debashish. Differential Regulation of rRNA and tRNA Transcription from the rRNA-tRNA Composite Operon in Escherichia coli. PLOS ONE. 22. 12. 2016, roč. 11, čís. 12, s. e0163057. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 1932-6203. doi:10.1371/journal.pone.0163057. PMID 28005933. (anglicky) 
  5. ↑ STEWART, Frank J.; CAVANAUGH, Colleen M. Intragenomic Variation and Evolution of the Internal Transcribed Spacer of the rRNA Operon in Bacteria. Journal of Molecular Evolution. 2007-07-01, roč. 65, čís. 1, s. 44–67. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 1432-1432. doi:10.1007/s00239-006-0235-3. (anglicky) 
  6. ↑ a b MICHOT, Bernard; BACHELLERIE, Jean-Pierre; RAYNAL, Francoise. Structure of mottse rRNA precursors.Complete sequence and potential folding of the spacer regions between 18S and 28S rRNA. Nucleic Acids Research. 1983-05-25, roč. 11, čís. 10, s. 3375–3391. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 0305-1048. doi:10.1093/nar/11.10.3375. PMID 6304630. 
  7. ↑ a b BENA, Gilles; JUBIER, Marie-France; OLIVIERI, Isabelle. Ribosomal External and Internal Transcribed Spacers: Combined Use in the Phylogenetic Analysis of Medicago (Leguminosae). Journal of Molecular Evolution. 1998-03-01, roč. 46, čís. 3, s. 299–306. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 1432-1432. doi:10.1007/PL00006306. (anglicky) 
  8. ↑ BALDWIN, Bruce G.; SANDERSON, Michael J.; PORTER, J. Mark. The its Region of Nuclear Ribosomal DNA: A Valuable Source of Evidence on Angiosperm Phylogeny. Annals of the Missouri Botanical Garden. 1995, roč. 82, čís. 2, s. 247. Dostupné online [cit. 2025-01-26]. doi:10.2307/2399880. 
  9. ↑ SONG, Jingyuan; SHI, Linchun; LI, Dezhu. Extensive Pyrosequencing Reveals Frequent Intra-Genomic Variations of Internal Transcribed Spacer Regions of Nuclear Ribosomal DNA. PLOS ONE. 30. 8. 2012, roč. 7, čís. 8, s. e43971. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 1932-6203. doi:10.1371/journal.pone.0043971. PMID 22952830. (anglicky) 
  10. ↑ BALDWIN, Bruce G. Phylogenetic utility of the internal transcribed spacers of nuclear ribosomal DNA in plants: An example from the compositae. Molecular Phylogenetics and Evolution. 1992-03-01, roč. 1, čís. 1, s. 3–16. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 1055-7903. doi:10.1016/1055-7903(92)90030-K. 
  11. ↑ NICKRENT, Daniel L.; SCHUETTE, Kevin P.; STARR, Ellen M. A Molecular Phylogeny of Arceuthobium (Viscaceae) Based on Nuclear Ribosomal DNA Internal Transcribed Spacer Sequences. American Journal of Botany. 1994-09, roč. 81, čís. 9, s. 1149. Dostupné online [cit. 2025-01-26]. doi:10.2307/2445477. 
  12. ↑ BUCKLER, E S, 4th; HOLTSFORD, T P. Zea systematics: ribosomal ITS evidence.. Molecular Biology and Evolution. 1996-04-01, roč. 13, čís. 4, s. 612–622. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 0737-4038. doi:10.1093/oxfordjournals.molbev.a025621. 
  13. ↑ DOUZERY, Emmanuel J. P.; PRIDGEON, Alec M.; KORES, Paul. Molecular phylogenetics of Diseae (Orchidaceae): a contribution from nuclear ribosomal ITS sequences. American Journal of Botany. 1999-06, roč. 86, čís. 6, s. 887–899. Dostupné online [cit. 2025-01-26]. ISSN 0002-9122. doi:10.2307/2656709. (anglicky) 
  14. ↑ WEEKERS, Peter H. H.; DE JONCKHEERE, Johan F.; DUMONT, Henri J. Phylogenetic Relationships Inferred from Ribosomal ITS Sequences and Biogeographic Patterns in Representatives of the Genus Calopteryx (Insecta: Odonata) of the West Mediterranean and Adjacent West European Zone. Molecular Phylogenetics and Evolution. 2001-07-01, roč. 20, čís. 1, s. 89–99. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 1055-7903. doi:10.1006/mpev.2001.0947. 
  15. ↑ CHEN, Yi-Ching; EISNER, Jessica D.; KATTAR, Mireille M. Polymorphic Internal Transcribed Spacer Region 1 DNA Sequences Identify Medically Important Yeasts. Journal of Clinical Microbiology. 2001-11, roč. 39, čís. 11, s. 4042–4051. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. doi:10.1128/JCM.39.11.4042-4051.2001. PMID 11682528. 
  16. ↑ HODKINSON, Trevor R.; CHASE, Mark W.; LLEDÓ, Dolores M. Phylogenetics of Miscanthus, Saccharum and related genera (Saccharinae, Andropogoneae, Poaceae) based on DNA sequences from ITS nuclear ribosomal DNA and plastid trnL intron and trnL-F intergenic spacers. Journal of Plant Research. 2002-10-01, roč. 115, čís. 5, s. 381–392. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 1618-0860. doi:10.1007/s10265-002-0049-3. (anglicky) 
  17. ↑ RØNSTED, NINA; CHASE, MARK W.; ALBACH, DIRK C. Phylogenetic relationships within Plantago (Plantaginaceae): evidence from nuclear ribosomal ITS and plastid trnL-F sequence data. Botanical Journal of the Linnean Society. 2002-08-01, roč. 139, čís. 4, s. 323–338. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 0024-4074. doi:10.1046/j.1095-8339.2002.00070.x. 
  18. ↑ FELDBERG, K.; GROTH, H.; WILSON, R. Cryptic speciation in Herbertus (Herbertaceae, Jungermanniopsida): Range and morphology of Herbertus sendtneri inferred from nrITS sequences. Plant Systematics and Evolution. 2004-11, roč. 249, čís. 3-4, s. 247–261. Dostupné online [cit. 2025-01-26]. ISSN 0378-2697. doi:10.1007/s00606-004-0221-4. (anglicky) 
  19. ↑ HAVILL, Nathan P.; CAMPBELL, Christopher S.; VINING, Thomas F. Phylogeny and Biogeography of Tsuga (Pinaceae) Inferred from Nuclear Ribosomal ITS and Chloroplast DNA Sequence Data. Systematic Botany. 2008-07-01, roč. 33, čís. 3, s. 478–489. Dostupné online [cit. 2025-01-26]. ISSN 0363-6445. doi:10.1600/036364408785679770. (anglicky) 
  20. ↑ RUHL, Michael W.; WOLF, Matthias; JENKINS, Tracie M. Compensatory base changes illuminate morphologically difficult taxonomy. Molecular Phylogenetics and Evolution. 2010-02-01, roč. 54, čís. 2, s. 664–669. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 1055-7903. doi:10.1016/j.ympev.2009.07.036. 
  21. ↑ STAT, Michael; POCHON, Xavier; COWIE, Rebecca O. M. Specificity in communities of Symbiodinium in corals from Johnston Atoll. Marine Ecology Progress Series. 2009-07-02, roč. 386, s. 83–96. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 0171-8630. doi:10.3354/meps08080. (anglicky) 
  22. ↑ WARWICK, Suzanne I.; MUMMENHOFF, Klaus; SAUDER, Connie A. Closing the gaps: phylogenetic relationships in the Brassicaceae based on DNA sequence data of nuclear ribosomal ITS region. Plant Systematics and Evolution. 2010-03, roč. 285, čís. 3-4, s. 209–232. Dostupné online [cit. 2025-01-26]. ISSN 0378-2697. doi:10.1007/s00606-010-0271-8. (anglicky) 
  23. ↑ PIRIE, Michael D.; OLIVER, E. G. H.; BELLSTEDT, Dirk U. A densely sampled ITS phylogeny of the Cape flagship genus Erica L. suggests numerous shifts in floral macro-morphology. Molecular Phylogenetics and Evolution. 2011-11-01, roč. 61, čís. 2, s. 593–601. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 1055-7903. doi:10.1016/j.ympev.2011.06.007. 
  24. ↑ BOYKIN, L. M.; SCHUTZE, M. K.; KROSCH, M. N. Multi‐gene phylogenetic analysis of south‐east Asian pest members of the Bactrocera dorsalis species complex (Diptera: Tephritidae) does not support current taxonomy. Journal of Applied Entomology. 2014-05, roč. 138, čís. 4, s. 235–253. Dostupné online [cit. 2025-01-26]. ISSN 0931-2048. doi:10.1111/jen.12047. (anglicky) 
  25. ↑ SCHEUNERT, Agnes; HEUBL, Günther. Diversification of Scrophularia (Scrophulariaceae) in the Western Mediterranean and Macaronesia – Phylogenetic relationships, reticulate evolution and biogeographic patterns. Molecular Phylogenetics and Evolution. 2014-01-01, roč. 70, s. 296–313. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 1055-7903. doi:10.1016/j.ympev.2013.09.023. 
  26. ↑ OSORIO-SANTOS, Karina; PIETRASIAK, Nicole; BOHUNICKÁ, Markéta. Seven new species of Oculatella (Pseudanabaenales, Cyanobacteria): taxonomically recognizing cryptic diversification. European Journal of Phycology. 2014-10-02, roč. 49, čís. 4, s. 450–470. Dostupné online [cit. 2025-01-26]. ISSN 0967-0262. doi:10.1080/09670262.2014.976843. (anglicky) 
  27. ↑ YANG, Tao; ZHANG, Tian-lei; GUO, You-hao. Identification of Hybrids in Potamogeton: Incongruence between Plastid and ITS Regions Solved by a Novel Barcoding Marker PHYB. PLOS ONE. 17. 11. 2016, roč. 11, čís. 11, s. e0166177. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 1932-6203. doi:10.1371/journal.pone.0166177. PMID 27855191. (anglicky) 
  28. ↑ BOHUNICKÁ, Markéta; JOHANSEN, Jeffrey R.; VILLANUEVA, Chelsea D. Revision of the pantropical genus Brasilonema (Nostocales, Cyanobacteria), with the description of 24 species new to science. Fottea. 2024-10-22, roč. 24, čís. 2, s. 137–184. Dostupné online [cit. 2025-01-26]. doi:10.5507/fot.2024.002. 
  29. ↑ SCHULTZ, Jörg; MAISEL, Stefanie; GERLACH, Daniel. A common core of secondary structure of the internal transcribed spacer 2 (ITS2) throughout the Eukaryota. RNA. 2005-04-01, roč. 11, čís. 4, s. 361–364. PMID: 15769870. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 1355-8382. doi:10.1261/rna.7204505. PMID 15769870. (anglicky) 
  30. ↑ KOETSCHAN, Christian; KITTELMANN, Sandra; LU, Jingli. Internal Transcribed Spacer 1 Secondary Structure Analysis Reveals a Common Core throughout the Anaerobic Fungi (Neocallimastigomycota). PLOS ONE. 24. 3. 2014, roč. 9, čís. 3, s. e91928. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 1932-6203. doi:10.1371/journal.pone.0091928. PMID 24663345. (anglicky) 
  31. ↑ ITEMAN, Isabelle; RIPPKA, Rosmarie; TANDEAU DE MARSAC, Nicole. Comparison of conserved structural and regulatory domains within divergent 16S rRNA–23S rRNA spacer sequences of cyanobacteria The GenBank accession numbers for the sequences reported in this paper are AF180968 and AF180969 for ITS-L and ITS-S, respectively.. Microbiology. 2000-06-01, roč. 146, čís. 6, s. 1275–1286. Dostupné online [cit. 2025-01-26]. ISSN 1350-0872. doi:10.1099/00221287-146-6-1275. (anglicky) 
  32. ↑ OSORIO-SANTOS, Karina; PIETRASIAK, Nicole; BOHUNICKÁ, Markéta. Seven new species of Oculatella (Pseudanabaenales, Cyanobacteria): taxonomically recognizing cryptic diversification. European Journal of Phycology. 2014-10-02, roč. 49, čís. 4, s. 450–470. Dostupné online [cit. 2025-01-26]. ISSN 0967-0262. doi:10.1080/09670262.2014.976843. (anglicky) 
  33. ↑ PEAY, K.G.; KENNEDY, P.G.; BRUNS, T.D. Fungal community ecology:a hybrid beast with a molecular monster. BioScience [online]. 2008. Roč. 58, čís. 9. Dostupné online. 
  34. ↑ SCHOCH, Conrad L.; SEIFERT, Keith A.; HUHNDORF, Sabine. Nuclear ribosomal internal transcribed spacer (ITS) region as a universal DNA barcode marker for Fungi. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2012-04-17, roč. 109, čís. 16, s. 6241–6246. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. doi:10.1073/pnas.1117018109. PMID 22454494. 
  35. ↑ WHITE, T.J.; BRUNS, T.; LEE, S. AMPLIFICATION AND DIRECT SEQUENCING OF FUNGAL RIBOSOMAL RNA GENES FOR PHYLOGENETICS. [s.l.]: Elsevier Dostupné online. ISBN 978-0-12-372180-8. S. 315–322. 
  36. ↑ USYK, Mykhaylo; ZOLNIK, Christine P.; PATEL, Hitesh. Novel ITS1 Fungal Primers for Characterization of the Mycobiome. mSphere. 2017-12-13, roč. 2, čís. 6, s. 10.1128/msphere.00488–17. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. doi:10.1128/msphere.00488-17. PMID 29242834. 
  37. ↑ NILSSON, R. Henrik; ANSLAN, Sten; BAHRAM, Mohammad. Mycobiome diversity: high-throughput sequencing and identification of fungi. Nature Reviews Microbiology. 2019-02, roč. 17, čís. 2, s. 95–109. Dostupné online [cit. 2025-01-28]. ISSN 1740-1534. doi:10.1038/s41579-018-0116-y. (anglicky) 
Citováno z „https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Internal_transcribed_spacer&oldid=24618115“