PhD докторант Кабдуллина А.A., д.б.н. Иващенко А.Т.

Казахский национальный университет им.аль-Фараби, Казахстан

ЭКЗОН-ИНТРОННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНОВ T. PARVA

Одноклеточные эукариоты представляют большой интерес для изучения экзон-интронной организации генов. В полностью секвенированных геномах низших грибов (A. fumigatus, C. glabrata, C. neoformans, D. hansenii, E. cuniculi, E. gossypii, K. lactis, M. grise, N. crassa, S. cerevisiae, S. pombe, U. maydis и Y. lipolytica) доля генов с интронами варьирует от 0.7 до 97.0%, что свидетельствует о существенной гетерогенности доли интрон-содержащих генов по неизвестной причине /1/. В геноме малярийного паразита Plasmodium falciparum содержится 54% генов с интронами и между длиной генов и числом интронов в них установлена тесная связь /2/. Показано, что более 3305 генов P. falciparum и Theileria parva являются ортологичными и поэтому представляет важным выяснить наличие данной закономерности в генах T. parva /3/. В отличие от генома P. falciparum, содержащего 14 хромосом, ядерный геном T. parva состоит из всего из 4 хромосом общим размером около 8 млн.п.н. и содержит более 4082 генов, что вызывает дополнительный интерес к его изучению.

Более 75% генов T. parva содержат интроны. Было установлено, что в геномах арабидопсиса, нематоды, риса и человека существует тесная связь между длиной экзонов, интронов, генов и числом интронов в генах /4/. Учитывая эти данные представлялось важным проверить наличие в геноме T. parva этой закономерности.

Нуклеотидные последовательности ДНК хромосом T. parva заимствованы из GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov). В каждой хромосоме гены распределяли в выборки с 1, 2, 3, 4, 5, 6-9, 10-14, 15 и более интронами в гене. Определяли длину экзонов, интронов, сумму длин экзонов в гене, длину гена и долю длины экзонов в гене. Статистическую обработку результатов проводили по Лакину /5/.

Изменения длины экзонов (l_ex), интронов (l_in) и генов (L_gn) от числа интронов (N_in) в генах T. parva приведены в таблице 1. Средняя длина генов без интронов варьировала от 1574 н. в хромосоме 4 до 1696 н. в хромосоме 1 и в среднем по геному составляла 1642 н. Эти данные свидетельствуют, что безинтронные гены T. parva больше таковых в геномах одноклеточных низших грибов.

Для генов всех хромосом T. parva характерно уменьшение средней длины экзонов в несколько раз по мере увеличения числа интронов в генах (таблица 1). Длина интронов тоже уменьшалась с ростом числа интронов в генах, но в меньшей степени. Между этими изменениями длин экзонов и интронов наблюдалась тесная связь, которая выражалась линейной зависимостью:

l_ex = a l_in + b, где a и b – коэффициенты линейной регрессии.

Соответствующие параметры этих зависимостей для всех хромосом приведены в таблице 2. Полученные коэффициенты корреляции свидетельствуют о сильной связи между изменениями длин экзонов и интронов с ростом числа интронов в генах.

Суммы длин экзонов (L_ex) в генах с разным числом интронов в большинстве хромосом увеличивались по мере роста числа интронов в генах (табл. 1). Сумма длин экзонов и число интронов в генах изменялись коррелятивно в соответствии с уравнением линейноц регрессии:

N_in = mL_ex + n, где m и n – коэффициенты линейной регрессии. Таким образом, деление белок-кодирующей нуклеотидной последовательности интронами происходило так, что число интронов в генах T. parva увеличивалось путем снижения длины экзонов между ними, при этом общая длина экзонов увеличивалась. Данное свойство генов T. parva с экзон-интронной организацией не отличает их от генов высших эукариот. Так, в геномах высших эукариот между суммой длин экзонов и числом интронов всегда наблюдалась сильная положительная корреляция /4/.

Таблица 1 Экзон-интронная структура генов T. parva.

Число интронов	Длина экзона, н.	Длина интрона, н.	Длина экзонов, н.	Длина гена, н.	Доля экзонов,%	Число генов	Доля генов, %
Хромосома 1
0	1696					268	23.49
1	607	126	1214	1340	90.6	259	22.70
2	388	115	1163	1392	83.54	180	15.78
3	283	102	1133	1439	78.72	135	11.83
4	302	94	1508	1883	80.09	102	8.94
5	241	86	1443	1872	77.08	81	6.63
7.11	196	79	1592	2157	73.82	158	12.93
11	192	68	2303	3049	75.54	35	2.86
16.75	145	72	2579	3785	68.14	4	0.33
Хромосома 2
0	1668					271	28.32
1	529	123	1058	1181	89.56	220	22.99
2	393	112	1180	1404	84.02	134	14.00
3	290	98	1158	1453	79.71	90	9.40
4	274	99	1369	1765	77.58	74	7.73
5	242	94	1450	1921	75.46	60	6.27
7.01	226	90	1813	2445	74.14	90	9.40
10.89	218	67	2591	3323	77.97	18	1.88
Хромосома 3
0	1630					263	29.1
1	552	140	1103	1243	88.7	174	19.2
2	355	122	1065	1308	81.4	138	15.3
3	291	121	1162	1524	76.2	103	11.4
4	279	105	1397	1819	76.8	62	6.9
5	251	135	1507	2184	69.0	44	4.9
7.13	191	102	1556	2283	68.2	92	10.2
11.27	186	101	2278	3422	66.6	22	2.4
16.17	143	91	2463	3937	62.5	6	0.7
Хромосома 4
0	1574					235	25.11
1	541	109	1081	1190	90.9	193	20.62
2	365	96	1094	1286	85.1	127	13.57
3	297	84	1188	1440	82.4	95	10.15
4	287	93	1434	1808	79.3	64.0	6.84
5	218	73	1310	1673	78.3	59.0	6.30
7.13	201	71	1633	2142	76.2	127	13.57
11.14	199	76	2419	3262	74.2	29	3.10
15.86	331	76	5580	6781	82.3	7	0.75

Таблица 2. Величины параметров линейной регрессии и соответствующие коэффициенты корреляции между изменениями суммы длин экзонов, длин генов и числом интронов в генах T. parva.

Хромо- сома	Параметры			Параметры			Параметры
	a	b	r	m	n	r	c	d	r
1	0.130	54.5	0.930	0.0095	-9.14	0.970	0.0060	-6.47	0.992
2	0.162	46.2	0.909	0.0105	-10.49	0.931	0.0070	-8.38	0.963
3	0.108	84.5	0.793	0.0095	-8.73	0.978	0.0052	-5.26	0.988
4	0.104	53.0	0.877	0.0071	-5.58	0.979	0.0026	-0.11	0.943

Взаимосвязь между длиной генов T. parva и числом интронов в них описывается уравнением:

N_in = cL_gn + d, где c и d – коэффициенты линейной регрессии.

Соответствующие параметры для всех хромосом приведены в таблице 2.

Литература:

1. Тауасарова М.К. Экзон-интронная организация генов Cryptococcus neoformans //Вестник КазНУ, серия биол.- 2008.-№1(36).-С.142-146.

2. Кабдуллина А.А., Иващенко А.Т. Экзон-интронная организация генов Plasmodium falciparum// Вестник КазНУ, серия биол.- 2008.-№1(36).-С.132-137.

3. Pain A., Renauld H., Berriman M., Murphy L., Yeats C.A. et al. Genome of the Host-Cell Transforming parasite Theileria annulata compared with Theileria parva // Science.- 2005.- V.309.-P.131-133.

4. Атамбаева Ш.А., Хайленко В.А., Иващенко А.Т. Изменения длины интронов и экзонов в генах арабидопсиса, риса, нематоды и человека // Молек. Биол.-2008.-T.42.C.1-10.