Long Interspersed Nuclear Elements (LINEs)
Long interspersed nuclear elements (LINEs) sind ein Hauptbestandteil der transponiblen DNA eines Genoms. Durch ihre hohe Vermehrungsrate können sie einen großen Teil des Genoms ausmachen. Trotz ihrer hohen Abundanz und obwohl in Säugetieren bereits eingehend untersucht, wurden LINEs in der Pflanzenforschung bisher kaum berücksichtigt. Nur wenige pflanzliche LINE-Familien wurden bislang charakterisiert und für nur zwei von ihnen Aktivität nachgewiesen. Dieser Wissensmangel führt zur Unterrepresentation von LINEs in bioinformatischen Analysen und zur uneindeutigen Basenzuordnung bei der Annotation von Pflanzengenomen. In einer umfassenden Untersuchung von 59.390 LINE-Sequenzen aus 23 Pflanzengenomen haben wir die Diversität von LINEs ermittelt, um ein LINE-Klassifikationssystem für die vereinfachte Annotation hochdivergierter pflanzlicher LINEs abzuleiten.
Ähnlichkeit der reversen Transkriptase pflanzlicher LINEs. (a) Gewichtetes Dendrogram aus 2640 RT Aminosäure-Sequenzen aus 275 Pflanzen- und 16 Tier-LINE-Familien. Die RT-Sequenzen bilden sieben pflanzliche L1 Subkladen und ein RTE-Cluster (eckige Klammern). (b) Die Äste von (a) wurden nach der Verwandtschaft der analysierten Spezies eingefärbt.
Am Lehrstuhl für Zell- und Molekularbiologie der Pflanzen wurden sämtliche LINEs (Belline Elemente) im Genom von Beta vulgaris (Zuckerrübe) charakterisiert. Die LINEs der Belline6/BvL Familie sich hochrepetitiv und neigen zu einem verkürzten 3’-Ende, weshalb nur wenige Volllängen-Elemente vertreten sind. Dies ist ein sehr anschauliches Beispiel für die Einschränkungen, die sich aus dem Integrationsmechanismus der zielgerichteten reversen Transkription ergeben: Oft entlässt die reverse Transkriptase die mRNA vor der Vollendung der reversen Transkription, wodurch 5’-seitig verkürzte Kopien entstehen.
Die nur moderat repetitiven Belline1/BNR-Elemente zeichnen sich durch das Fehlen des typischen CCHC-Zinkfingermotivs im ORF1 aus, das für die Bindung und den Transport der LINE-RNA zur Zielsequenz benötigt wird. Seine Funktion wird vermutlich durch eine andere RNA-bindende Struktur übernommen: dem RNA-Erkennungsmotiv. Wir haben LINEs, deren ORF1 eine BNR-ähnliche Struktur aufweist, in einer Vielzahl an Pflanzenspezies (wie Pappel, Sojabohne und Lotus) identifiziert. Aus diesem Grund nehmen wir an, dass die identifizierten BNR-Elemente einer neuen LINE-BNR-Subklade zugeordnet werden können.
BvL- als auch BNR-LINEs zeichnen sich durch eine geclusterte Lokalisation auf der Mehrheit der Chromosomen aus.
Fluoreszenz-in situ-Hybridisierung zur Lokalisation der reversen Transkriptase (rote Signale) von BvL-LINEs (A) und BNR-LINEs (B). Die gegenfärbung der Metaphase-Chromosomen erfolgte mittels DAPI (blaue Fluoreszenz).
Zugehörige Publikationen
- Heitkam et al. (2014): Profiling of extensively diversified plant LINEs reveals distinct plant-specific subclades. The Plant Journal 79:385-397, read article
- Wenke et al. (2009): An abundant and heavily truncated non-LTR retrotransposon (LINE) family in Beta vulgaris. Plant Molecular Biology 71:585-597. read article
- Heitkam and Schmidt (2009): BNR – a LINE family from Beta vulgaris – contains a RRM domain in open reading frame 1 and defines a L1 sub-clade present in diverse plant genomes. The Plant Journal 59:872-882 read article