Доменная организация мобильных генетических элементов в 1-й хромосоме крупного рогатого скота

Организация генома крупного рогатого скота (КРС), его «геномный ландшафт», в последние годы привлекает особое внимание в связи со сложностью решения задач геномной селекции — использования полилокусных генотипов для ускорения и упрощения селекционной работы. Накоплены данные, свидетельствующие о высокой скорости эволюции различных геномных элементов и выраженности их структурно-функционального полиморфизма (L. Chen с соавт., 2017). Около 50 % всех нуклеотидных последовательностей в геноме крупного рогатого скота представлено диспергированными повторами (R.L. Tellam с соавт., 2009), некоторые из них образуют консервативные внутригеномные домены при совместной локализации (D.L. Adelson с соавт., 2009). Особенности распределения консервативных и вариабельных доменов в геномах крупного рогатого скота до сих пор недостаточно исследованы, несмотря на их важность для решения задач контроля и управления генетическими ресурсами. В настоящей работе с использованием базы данных мобильных генетических элементов программы RepeatMasker (A.F.A. Smit с соавт., и аналитической программы Integrated Genome Browser (J.W. Nikol с соавт., 2009) выполнен анализ доменной организации мобильных генетических элементов и продуктов их рекомбинаций в нуклеотидных последовательностях (13436028 п.н.) 1-й хромосомы КРС. Обнаружено, что в исследованном участке наиболее часто встречались элементы SINE/tRNA-Core-RTE, LINE/RTE-BovB, LINE/L1 и LTR/ERV. Их взаимная локализация представляет собой сложную структуру. Чаще всего наблюдались двучленные ассоциации SINE и LINE, SINE/tRNA-Core-RTE и LTR/EVR, (LTR/ERVK)/(LINE/RTE-BovB) и (LTR/ERVK)/LINE/L1). Последние два варианта служат основой для образования трехчленных кластеров — (LINE/RTE-BovB)/(BTLTR1)/(LINE/RTE-BovB) и (LINE/L1)/(BTLTR1J)/(LINE/L1), причем другие ретротранспозоны такие трехчленные кластеры фактически не формируют. Было выявлено некоторое смещение (относительно повышенной плотности локализации) этих трехчленных кластеров к дистальному концу исследованного участка 1-й хромосомы. С помощью программы Integrated Genome Browser мы определили расположение трехчленных продуктов рекомбинаций между LINE и LTR ERV по отношению к структурным генам. Оказалось, что 34 такие конструкции локализуются в 12 структурных генах (остальные — в межгенных пространствах), причем в основном по 10 и 12 копий в двух генах — grik1 и арр, тесно связанных у млекопитающих с функцией центральной нервной системы. Тот факт, что в каждом из этих двух генов трехчленная конструкция (LINE/RTE-BovB)/(BTLTR1)/(LINE/RTE-BovB) была представлена девятью копиями, а конструкцию (LINE/L1)/(BTLTR1J)/(LINE/L1) обнаружили в одной копии в grik1 и в трех — в арр, дает основание считать указанные гены древними мишенями для встроек и сохранения мобильных генетических элементов. Следует отметить, что (LINE/L1)/(BTLTR1J)/(LINE/L1) выявили только в этих двух генах, но не обнаружили в остальных 10, где присутствовал продукт рекомбинации (LINE/RTE-BovB)/(BTLTR1)/(LINE/RTE-BovB). Особенности распределения продуктов рекомбинаций между LINE и LTR ERV по исследованному участку 1-й хромосомы и их локализация в структурных генах позволяют предполагать возможное присутствие в них специфических структурно-функциональных элементов, выявление которых составляет предмет дальнейших исследований.

Наблюдения за мобильными генетическими элементами (МГЭ) в геномах млекопитающих имеют достаточно длинную историю. Наибольшую часть (от 40 до 50 % общей длины) в геномах млекопитающих занимают диспергированные повторы. У большинства видов млекопитающих, в том числе у крупного рогатого скота (КРС), в геномах среди мобильных генетических элементов доминируют ретротранспозоны (РТ), которые для своего перемещения используют механизмы размножения экзогенных ретровирусов (1). Один из отрядов пресмыкающихся — чешуйчатые ( Squamata ) мог быть источником ряда мобильных генетических элементов для жвачных (2-4). Предполагается, что горизонтальному переносу РТ между таксономически удаленными формами способствует общность среды обитания (5). 658

Многие выявленные РТ оказались общими для всех млекопитающих, что, вероятно, свидетельствует о древности их происхождения. В большинстве своем РТ утратили активность, но повышенный полиморфизм некоторых РТ может отражать их относительно недавнее происхождение и вовлеченность в процессы геномных реорганизаций, как правило, имеющих функциональное и эволюционное значение (6). Так, инсерции некоторых РТ в промоторные области структурных генов существенно меняют экспрессию последних, в кодирующие аминокислоты последовательности — приводят к появлению новых белков (7). У крупного рогатого скота описан ряд мутаций по структурным генам, связанных с инсерция-ми РТ, приводящих в гомозиготном состоянии к летальным эффектам (8).

У млекопитающих основной РТ — длинный диспергированный ядерный элемент 1 (Long Interspersed Nuclear Element, LINE1). Они несут в геноме активные и другие LINE, такие как семейства LINE RTE. Неавтономные короткие диспергированные ядерные элементы (Short Interspersed Nuclear Element, SINE) для транспозиций нуждаются в LINE. У приматов для транспозиций SINE Alu требуется LINE L1. Древний РТ LINE2 (L2) кодирует белки, необходимые для распространения широко представленного в геномах млекопитающих SINE MIR. У жвачных и сумчатых LINE RTE кодирует белки, необходимые для транспозиций SINE BovA — соответственно (BOV-A2, Bov-tA1, 2, 3)/SINE ART2A или SINE RTE. RTE LINE содержат BovB повторы, что позволяет предполагать их горизонтальный перенос от рептилий к жвачным и сумчатым (4, 9-11). Древние кластеры повторов L2/MIR образуют домены, консервативные в геномах человека и крупного рогатого скота, причем в таких доменах отсутствуют более молодые варианты повторов, например RTE/ART2A. Поскольку древние повторы кластеризуются в эволюционно консервативные домены, это позволяет предполагать наличие специальных механизмов, обеспечивающих подобную консервативность, которые могут быть связаны с блоками экспрессирующихся генов, со спецификой локализации в пространстве интерфазного ядра, различиями в рисунке метилирования или особенностями геномных участков, разных по защищенности от повторной интеграции ретротранспозонов (2). Накоплено большое количество данных, свидетельствующих о том, что именно ретротранспозиции у млекопитающих участвуют в появлении новых генов и функциональной эволюции (12), а также в генных дупликациях (13). Эндогенные ретровирусы (ERV), содержащие длинные концевые повторы (LTR), — еще один вариант РТ, широко распространенный в геномах млекопитающих (в частности, у КРС), выделяется высоким полиморфизмом; описаны межпородные различия по присутствию некоторых из них (14).

Обнаружение консервативных и вариабельных доменов локализации РТ имеет существенное практическое значение для выбора наиболее полиморфных геномных элементов, удобных для использования в качестве якорей в геномном сканировании (полилокусном генотипировании) при контроле генетической структуры и ее динамики на уровне вида и внутривидовой дифференциации (15). Особую значимость такие исследования приобретают в связи с выявленной в геномах человека зональностью распределения разных типов РТ и изменчивостью по копийности коротких участков ДНК (Copy Number Variability, CNV) в клетках герминативного ряда и соматических клетках (16).

Несмотря на важность изучения консервативных и вариабельных доменов в геномах животных сельскохозяйственных видов для решения традиционных задач контроля и управления генетическими ресурсами, до сих пор такие работы остаются достаточно редкими. Более того, как правило, в них рассматривается колокализация полноразмерных РТ, в то время как в геномах присутствует огромное количество фрагментов РТ, маркирующих участки транспозиций и рекомбинаций между ними (17, 18).

В настоящем исследовании выявлены закономерности колокализа-ции и кластеризации участков гомологии к наиболее часто встречающимся ретротранспозонам различных семейств и продуктам их рекомбинации (двучленные и трехчленные ассоциации) в самой длинной аутосоме крупного рогатого скота — 1-й хромосоме.

Цель работы заключалась в анализе распределения и позиционирования мобильных генетических элементов для выяснения возможных закономерностей их структурной организации в геноме.

Методика . В качестве исходных данных использовали информацию о геномной локализации мобильных генетических элементов у КРС с указанием нуклеотидных координат, представленную в программе RepeatMasker (19), — архив bosTau7.fa.out.gz (20), созданный версией программы RepeatMasker open-4.0.5 в октябре 2011 года. Сведения о распределении мобильных генетических элементов в пределах первичной последовательности 1-й хромосомы (161428367 п.н.), полученные из архива, проанализировали в отношении количества и частоты встречаемости различных мобильных элементов, используя возможности программы Microsoft Office Word в биоинформатических целях. Для последующего изучения наиболее часто встречающихся мобильных генетических элементов выбрали нуклеотидную последовательность 1-й хромосомы длиной 13436028 п.н. В этой последовательности, выявляя ближайшие соседства для участков гомологии между различным семействам мобильных генетических элементов, определили число доменов и частоту их встречаемости. На основании полученных данных о количестве мобильных генетических элементов, наиболее часто встречающихся в выделенном участке, и образуемых ими доменов была построена таблица для оценки закономерностей распределения мобильных генетических элементов в альтернативных цепях геномной ДНК. Двучленные домены с частотой встречаемости более 60 %, содержащие один и тот же мобильный генетический элемент в разных цепях, изучали с целью поиска более интересных закономерностей распределения и структурной организации РТ в геноме. О функциональных характеристиках выявленных кластеров судили на основании оценки их позиционирования внутри структурных генов с помощью программы Integrated Genome Browser (21). Информация об отобранных структурных генах получена из международной базы данных GenBank (22).

Результаты . Использованный нами подход позволил выявить не только попарную колокализацию разных элементов, но и кластеры, состоящие из трех мобильных элементов. В проанализированной по длине 1-й хромосоме КРС (161428367 п.н.) среди всех диспергированных повторов наиболее часто встречались SINE (38,277 %) и LINE (34,002 %) (табл. 1). Следует отметить, что ретротранспозон LINE1 широко распространен во всех геномах эукариот, в том числе у млекопитающих. Известно, что у КРС присутствуют полноразмерные варианты РТ этого семейства, сохраняющие активность в отношении ретротранспозиций и участвующие в геномных преобразованиях (23). Число микросателлитов (simple repeat) и DNA-транспозонов составило соответственно 9,549 % и 6,105 %, а число микросателлитов с низкой комплексностью (low complexity) не превышало 1,452 %. Основными семействами SINE были tRNA-Core-RTE (20,989 %), Core-RTE (6,979 %) и MIR (6,822 %). В семействе LINE наиболее полно

1. Распределение мобильных генетических элементов по длине 1-й хромосомы крупного рогатого скота (161428367 п.н.)

Семейство 1	Число	^ Частота, %
SINE	122589	38,277
/tRNA-Core-RTE	67222	20,989
/Core-RTE	22351	6,979
/MIR	21850	6,822
/tRNA	10781	3,366
/tRNA-RTE	221	0,069
/5S-Deu-L2	126	0,039
/tRNA-Deu	36	0,011
SINE?/tRNA	2	0,001
LINE	108898	34,002
/L1	49258	15,380
/RTE-BovB	37251	11,631
/L2	18665	5,828
/CR1	2954	0,922
/RTE-X	669	0,209
/Penelope	61	0,019
/Dong-R4	27	0,008
/Jockey	9	0,003
/L1-Tx1	4	0,001
LTR ERV	33222	10,373
/ERVL-MaLR	10035	3,133
/ERV1	7105	2,218
/ERVL	6698	2,091
/ERVK	7526	2,350
/Gypsy	680	0,212
LTR?	336	0,105
LTR	341	0,106
/Gypsy?	302	0,094
/ERVL?	154	0,048
/ERV1?	45	0,014
Simple_repeat	30581	9,549
DNA	19553	6,105
/hAT-Charlie	10763	3,361
/TcMar-Tigger	3214	1,004
/hAT-Tip100	2114	0,660
/TcMar-Mariner	634	0,198
/hAT-Blackjack	881	0,275
/hAT	377	0,118
/hAT-Ac	256	0,080
/hAT-Tip100?	79	0,025
DNA	283	0,088
/TcMar-Tc2	315	0,098
DNA?	184	0,057
/hAT?	101	0,032
/TcMar	80	0,025
/hAT-Tag1	136	0,042
/PIF-Harbinger	16	0,005
DNA?/hAT-Tip100?	34	0,011
/PiggyBac	31	0,010
/TcMar-Tc1	25	0,008
DNA?/PiggyBac?	11	0,003
/TcMar?	6	0,002
/Kolobok	10	0,003
/TcMar-Pogo	3	0,001
Low_complexity	4650	1,452
Other	773	0,241
Unknown	315	0,098
snRNA	100	0,031
tRNA	116	0,036
RC/Helitron	95	0,030
rRNA	66	0,021
Satellite/centr	33	0,010
RNA	29	0,009
srpRNA	2	0,001
scRNA	1	0,000
RC?/Helitron?	16	0,005
Всего	320266

были представлены L1 (15,380 %), RTE-BovB (11,631 %) и L2 (5,828 %), в LTR ERV чаще встречались ERVL-MaLR (3,133 %), ERV1 (2,218 %), ERVL (2,091 %), ERVK (2,350 %) и Gypsy (0,212 %), а среди DNA-транспозонов больше половины приходилось на hAT-Charlie (3,361 %).

В выделенной первичной последовательности 13436028 п.н. для указанных семейств изучили образование доменов с попарной локализацией (табл. 2, процентное соотношение полученных результатов см. в приложениях 2.1 и 2.2 к электронной версии статьи на . Сравнение показало, что разница в частоте встречаемости доменов в обеих цепях не превышает 2,35 % для указанных семейств SINE (377 MIR/tRNA-Core-RTE и 346 tRNA-Core-RTE/MIR на 1320 элементов MIR), 1,35 % — для LINE (280 L2/tRNA-Core-RTE и 296 tRNA-Core-RTE/L2 на 1183 L2), 4,76 % — для LTR ERV (например, 3 Gypsy/Core-RTE и 0 Core-RTE/Gypsy на 63 элемента Gypsy, хотя в случае Gypsy/L1 и L1/Gypsy разница составила 7,94 % — 14,29 против 6,35 %), для DNA-транспозонов — 2,58 %. Таким образом, в дальнейшем рассматривали пары в одной цепи.

Анализ колокализации SINE c другими мобильными генетическими элементами показал, что с наивысшей частотой SINE образует домены с элементами своего же семейства. Особенно активно в этом отношении семейство tRNA-Core-RTE: частота доменов Core-RTE/tRNA-Core-RTE для Core-RTE — 27,33 % (568 пар на 2078 элементов), доменов tRNA/tRNA-Core-RTE для tRNA — 21,48 % (290 пар на 1350 элементов), а MIR соседствует с tRNA-Core-RTE в 28,56 % случаев (377 пар на 1320 элементов). При этом само семейство tRNA-Core-RTE активнее всего взаимодействует с RTE-BovB (21,06 %, или 1611 пар на 7651 элемент).

Core-RTE кластеризуется с RTE-BovB и L1 с частотой соответственно 16,46 (342 домена на 2078 Core-RTE) и 15,21 % (316 доменов на 2078 Core-RTE). Семейство tRNA в 16,74 % случаев соседствует с L1 (226 доменов на 1350 tRNA). Домены MIR/L1 встречаются в 2 раза чаще, чем MIR/L2 — соответственно 154 (11,67 %) и 75 (5,68 %) на 1320 MIR. Полученные дан-

2. Число пар мобильных генетических элементов (МГЭ) , наиболее часто встречающихся по длине участка 13436028 п.н. 1-й хромосомы крупного рогатого скота

Семейство SINE LINE LTR DNA Всего МГЭ /tRNA-Core-RTE 1 /Core-RTE 1 /tRNA /MIR /L1 1 /RTE-BovB /L2 /ERVL-MaLR /ERV1 1 /ERVL /ERVK /Gypsy /hAT-Charlie SINE /tRNA-Core-RTE 1425              568        290 377 1038 1574       280 322         197     201 11        10 211 7651 /Core-RTE 584              107         73 77 307 373        81 64          42       40 6        3 56 2078 /tRNA 299               64         76 89 217 58        82 68           20       46 3        2 63 1350 /MIR 346               90         87 101 149 98        75 31           23       28 3        4 56 1320 LINE /L1 1055              316        226 154 925 318       118 129          67       72 127       9 88 4162 /RTE-BovB 1611              342         70 71 350 324        80 82           70       49 422       3 53 3756 /L2 296               78         83 75 125 65       142 46            19       30 5          1 45 1183 LTR /ERVL-MaLR 312               72         84 54 132 81         39 106          26       22 1         4 19 1071 /ERV1 189               43         41 26 70 71        20 34         134       26 3        2 15 743 /ERVL 191               45         34 24 78 59        25 32           32       69 2        3 16 709 /ERVK 10                  2            1 4 135 416         2 2            4        3 7        0 3 599 /Gypsy 13                  0            1 2 4 5           3 2            2        4 0        9 5 63 DNA /hAT-Charlie 190               55         67 46 97 41         57 28           15       15 2        2 79 813 ные противоречат выводам D.L. Adelson с соавт. (2), которые именно этот вариант рассматривали как образующий консервативные и наиболее древние двучленные домены. По-видимому, такие расхождения могут быть обусловлены тем, что D.L. Adelson с коллегами рассматривали совместную локализацию полноразмерных генов ретротранспозонов MIR/L2, в нашем же исследовании оценивалась колокализация участков гомологии к РТ, размеры которых могли быть меньше полной длины идентификационных генов мобильных элементов. Полученные нами данные свидетельствуют о том, что при анализе формирования доменов ретротранспозонов в геномном ландшафте в случае видоспецифичных «молодых», активно участвующих в транспозициях мобильных элементов необходимо учитывать не только полноразмерные последовательности, но и продукты рекомбинаций МГЭ.

Семейства LTR ERV и SINE формировали домены, в частности 84 домена tRNA/ERVL-MaLR, не более чем в 6,22 % случаев. Тем не менее, всем семействам LTR ERV близко сопутствовали семейства SINE, чаще всего tRNA-Core-RTE. Так, домен ERVL-MaLR/tRNA-Core-RTE встречался 322 раза (с частотой 30,07 %), ERV1/tRNA-Core-RTE — 197 (26,51 %), ERVL/tRNA-Core-RTE — 201 (28,35 %), Gypsy/tRNA-Core-RTE — 10 раз (15,87 %). Аналогично в случае DNA-транспозонов tRNA соседствовал с hAT-Charlie 67 раз с частотой 4,96 %, остальные формировали двучленные домены менее чем в 4 % случаев. При этом hAT-Charlie колокализовался с tRNA 63 раза с частотой 7,75 %, а с tRNA-Core-RTE — 211 раз (25,95 %). Семейства LINE тоже чаще всего соседствовали с семействами SINE, а именно с tRNA-Core-RTE. В частности, на RTE-BovB/tRNA-Core-RTE (1574 домена) приходилось 41,91 % последовательностей, на L1/tRNA-Core-RTE (1038 доменов) — 24,94 %, а на L2/tRNA-Core-RTE (280 доменов) — 23,67 %. Так же часто встречалась пара L1/L1 (925 раз, что составило 22,22 %). В ассоциациях с семейством LTR ERV чаще всего присутствовал домен RTE-BovB/ERVK — 416 раз, или в 11,08 % случаев. Частота соседства остальных семейств LINE с семействами LTR ERV не превышала 3,30 %. Колокализация с DNA-транспозонами происходила реже, чем в 4,82 % случаев, что отмечали для L2/hAT-Charlie (57 доменов на 1183 L2), а hAT-Charlie формировал домены с семейством LINE с частотой не более 10,82 %, которую выявили для hAT-Charlie/L1 (88 доменов). DNA-транспозоны тоже редко соседствовали с семейством LTR ERV: частоту не более 2,34 % отмечали для hAT-Charlie/ERVL-MaLR (19 доменов), не более 3,17 % — для Gypsy/hAT-Charlie (2 домена).

Наибольший интерес представляет колокализация LTR/ERVK с семействами LINE. Так, домены вида ERVK/RTE-BovB встречались 422 раза с частотой 70,45 %, ERVK/L1 — 127 (21,20 %), ERVK/L2 — 5 раз (0,83 %). В альтернативной цепи частота для RTE-BovB/ERVK составила 69,45 % (416 доменов), для L1/ERVK — 22,54 % (135 доменов) и для L2/ERVK — 0,33 % (5 доменов).

Совместная распространенность семейства ERVK с LINE составила 92,49 % и 92,32 % в прямой и обратной цепях, в то время как с остальными МГЭ этот показатель не превышал 4 %. Подобный факт предполагает наличие трехчленного домена вида LINE/ERVK/LINE.

Более тщательный анализ показал, что семейство ERVK действительно встречалось в составе домена LINE/ERVK/LINE в 85,31 % случаев (511 из 599). Среди доменов LINE/ERVK/LINE выделялись RTE-BovB/BTLTR1/RTE-BovB, которые имели частоту 74,74 % (382 из 511), и L1/BTLTR1J/L1 частотой 21,51 % (110 из 511) (табл. 3). Кроме того, наблю-663

дали 12 перекрывающихся трехчленных кластеров, что свидетельствует о высокой изменчивости их локализации.

3. Виды доменов мобильных генетических элементов LINE/ERVK/LINE, расположенных на участке 13436028 п.н. 1-й хромосомы крупного рогатого скота

Вид домена	Доменов в участке хромосомы
	число	1 частота, %
RTE-BovB/BTLTR1/RTE-BovB	382	74,74
RTE-BovB/BTLTR1B/RTE-BovB	1	0,20
RTE-BovB/BTLTR1E2/RTE-BovB	1	0,20
RTE-BovB/BTLTR1J4/RTE-BovB	1	0,20
RTE-BovB/ERV2-1-LTR_BT/RTE-BovB	1	0,20
RTE-BovB/LTR2_BT/RTE-BovB	1	0,20
L1/BTLTR1J/L1	110	21,51
L1/BTLTR1/L1	3	0,59
L1/BTLTR1F/L1	1	0,20
L2/BTLTR1/L2	1	0,20
L1/BTLTR1/RTE-BovB	4	0,78
RTE-BovB/BTLTR1/L2	2	0,39
RTE-BovB/BTLTR1/L1	2	0,39
RTE-BovB/BTLTR1J/L1	1	0,20
Всего	511

4. Распределение трехчленных доменов мобильных генетических элементов на участке 13436028 п.н. 1-й хромосомы крупного рогатого скота

Число и доля (%) доменов на 12 равных отрезках 1119669 п.н.

13 2 31 33 43 53 6з7 I 8з9з 10з 11з 12з Всего

LINE/ERVK/LINE

33     21     29     40     38     33      41      39     34      56       62       85511

6,46 % 4,11 % 5,68 % 7,83 % 7,44 % 6,46 % 8,02 % 7,63 % 6,65 % 10,96 % 12,13 % 16,63 %100 %

В том числе

RTE-BovB/BTLTR1/RTE-BovB

26     15     21     29     31     25      28      30     29      40       44       64382

6,81 % 3,93 % 5,50 % 7,59 % 8,12 % 6,54 % 7,33 % 7,85 % 7,59 % 10,47 % 11,52 % 16,75 %100 %

L1/BTLTR1J/L1

7       6       8       9       6       5       11       6       5       16       13       18110

6,36 % 5,45 % 7,27 % 8,18 % 5,45 % 4,55 % 10,00 % 5,45 % 4,55 % 14,55 % 11,82 % 16,36 %   100 %

Анализ локализации трехчленных кластеров показал, что они покрывают 6,86 % первичной последовательности 1-й хромосомы длиной 13436028 п.н. и расположены неравномерно (табл. 4). Причем повышение плотности размещения таких кластеров наблюдалось ближе к дистальному концу этого участка. Неравномерность распределения семейств мобильных генетических элементов внутри и между хромосомами крупного рогатого скота описана в литературе (24). В то же время анализ таких данных затруднен, поскольку сложно различать последствия новых инсерций и транспозиций и результаты их делетирования или естественного отбора против неблагоприятных вариантов (очищающая селекция).

В программе Integrated Genome Browser мы оценили позиционирование трехчленных кластеров МГЭ вида RTE-BovB/BTLTR1/RTE-BovB и L1/BTLTR1J/L1 по отношению к структурным генам. Было обнаружено, что с высокой частотой эти кластеры выявляются внутри структурных генов Bos taurus , кодирующих glutamate ionotropic receptor kainate type subunit 1 ( grik1 ) и amyloid beta precursor protein ( app ). В последовательностях гена grik1 локализовались 9 трехчленных кластеров RTE-BovB/BTLTR1/RTE-BovB из 30 выявленных в структурных генах в исследованном участке хромосомы и один из 4 кластеров L1/BTLTR1J/L1. В гене app из 30 кластеров RTE-BovB/BTLTR1/RTE-BovB обнаружили 9 и из 4 кластеров вида L1/BTLTR1J/L1 — 3 (табл. 5). Следует отметить, что в последовательностях этих структурных генов именно RTE-BovB/BTLTR1/RTE-BovB встречались с наибольшей частотой (см. табл. 5), несмотря на повышенное количество 664

L1 по сравнению с RTE-BovB в рассмотренном фрагменте 1-й хромосомы (см. табл. 1). Это соответствует заключению о том, что RTE-BovB — более древний и накопивший большее количество мутаций элемент генома крупного рогатого скота по сравнению с L1 (2). Важно подчеркнуть, что L1 и RTE-BovB — исторически достаточно удаленные друг от друга РТ, хотя и принадлежащие к LINE; тем не менее, именно в обоих генах присутствуют RTE-BovB/BTLTR1/RTE-BovB и L1/BTLTR1J/L1 — сходные трехчленные продукты (см. табл. 5). Можно предположить, что такая колока-лизация ассоциирована с имеющимися в этих продуктах рекомбинациями РТ элементов структурно-функционального сходства, что будет предметом наших дальнейших исследований.

5. Позиционирование трехчленных кластеров мобильных элементов по отношению к структурным генам по длине участка (13436028 п.н.) 1-й хромосомы крупного рогатого скота

Наименование структурного гена

Число кластеров 1 о класте2ров

Bos taurus potassium voltage-gated channel subfamily E regulatory subunit 2 ( kcne2 ), mRNA ( - )

Bos taurus phosphoribosylglycinamide formyltransferase, phosphoribosylglycinamide synthetase, phosphoribosylaminoimidazole synthetase ( gart ), mRNA (+)

Bos taurus transmembrane protein 50B ( tmem50b ), mRNA (+)

Bos taurus interleukin 10 receptor subunit beta ( il10rb ), mRNA ( - )

Bos taurus interferon alpha and beta receptor subunit 2 ( ifnar2 ), mRNA ( - )

Bos taurus URB1 ribosome biogenesis 1 homolog (S. cerevisiae) ( urb1 ), mRNA (+)

Bos taurus glutamate ionotropic receptor kainate type subunit 1 ( grik1 ), mRNA (+)

Bos taurus ubiquitin specific peptidase 16 ( usp16 ), mRNA ( - )

Bos taurus listerin E3 ubiquitin protein ligase 1 ( ltn1 ), mRNA (+)

Bos taurus cysteine and tyrosine rich 1 ( cyyr1 ), mRNA (+)

Bos taurus amyloid beta precursor protein ( app ), mRNA (+)

Bos taurus junctional adhesion molecule 2 ( jam2 ), mRNA ( - )

П р и м е ч а н и е. 1 — RTE-BovB/BTLTR1/RTE-BovB, 2 — L1/BTLTR1J/L1; « - » и «+» —

1           0

1           0

1           0

2         0

1           0

1           0

9           1

1           0

1           0

1           0

9         3

2         0

ген расположен в обратной или в прямой цепи

В литературе имеются данные об ассоциации мутаций субъединицы 1 ионотропного каинатного рецептора глутамата grik1 с поведенческими патологиями человека — шизофренией, эпилепсией, депрессией, биполярным расстройством (25-27). Согласно имеющимся данным, белок предшественника β -амилоида АРР задействован в процессах нейропластичности и необходим для выживания нервных клеток (28). Фрагмент указанного белка, так называемый β -амилоидный пептид (A β ), представляет собой основной компонент сенильных бляшек, образование которых считается основным патоморфологическим признаком болезни Альцгеймера, причем A β пептид, обнаруженный в мозге крупного рогатого скота, демонстрирует определенное сходство с аналогичными пептидами человеческого мозга на ранних стадиях старения (29). Высокая плотность локализации трехчленных продуктов рекомбинации видоспецифичных для Bos taurus ретротранспозонов BTLINE и BTLTRERV с постоянной архитектоникой (прямые повторы BTLINE на флангах трехчленной конструкции в одной цепи и участок гомологии к BTLTRERV в центре в альтернативной цепи) в двух генах, тесно связанных с функциями центральной нервной системы, позволяет предполагать определенную связь с теми признаками доместикации (сниженная агрессивность по отношению к человеку), которые Д.К. Беляев выделял в качестве ведущих в процессе одомашнивания животных (30). Интересно отметить, что ранее были выявлены инсерции Bov-B в структурный ген (ассоциирован у крупного рогатого скота с особенностями развития краниофасциальных соотношений), которые отсутствуют в этом гене у человека и мыши (31).

В целом выявленное распределение ретротранспозонов и продуктов их рекомбинаций в нуклеотидных последовательностях 1-й хромосомы КРС длиной 13436028 п.н. позволило сделать следующие заключения. В исследованном участке хромосомы часто встречаются tRNA-Core-RTE, RTE-BovB, L1 и LTR ERV. Их взаимная локализация в геноме сложно организована, наиболее часты двучленные ассоциации — SINE и LINE, tRNA-Core-RTE и LTR EVR, ERVK/RTE-BovB, ERVK/L1. Последние два варианта служат основой трехчленных кластеров RTE-BovB/BTLTR1/RTE-BovB и L1/BTLTR1J/L1, при этом другие РТ таких трехчленных кластеров фактически не формируют. Обнаружено некоторое смещение относительно повышенной плотности локализации этих трехчленных кластеров к дистальному концу исследованного участка 1-й хромосомы. Анализ локализации выявленных трехчленных продуктов рекомбинаций между LINE и LTR ERV по отношению к структурным генам показал, что 34 такие конструкции выявляются в 12 структурных генах (остальные — в межгенных пространствах), причем 10 и 12 копий в двух генах (grik1 и арр), тесно связанных у млекопитающих с функцией центральной нервной системы. То обстоятельство, что в каждом из этих двух генов встречалось по 9 копий трехчленной конструкции RTE-BovB/BTLTR1/RTE-BovB, а конструкция L1/BTLTR1J/L1 обнаружена только в одной копии в grik1 и в трех копиях — в арр, дает основание считать указанные гены древними мишенями для встроек и сохранения. Отметим, что конструкцию L1/BTLTR1J/L1 обнаружили только в двух этих генах, но не в остальных 10, в которых присутствует продукт рекомбинации RTE-BovB/BTLTR1/RTE-BovB.

Итак, нами получены данные о наличии закономерностей в распределении фрагментов ретротранспозонов и продуктов их рекомбинации в геноме крупного рогатого скота. Специфические особенности распределения продуктов рекомбинаций между LINE и LTR ERV по изученному участку 1-й хромосомы, их локализация в структурных генах позволяет предполагать возможное присутствие консервативных структурно-функциональных элементов, выполняющих регуляторную роль, выявление которых составляет предмет наших дальнейших исследований.