長末端リピートはLTRレトロトランスポゾンの年齢、遺伝子変換、異所性組換えについて何を教えてくれるのか？

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Front Plant Sci.2020;11:644. doi: 10.3389/fpls.2020.00644.Epub 2020-05-20.

長末端リピートはLTRレトロトランスポゾンの年齢、遺伝子変換、異所性組換えについて何を教えてくれるのか？

What Can Long Terminal Repeats Tell Us About the Age of LTR Retrotransposons, Gene Conversion and Ectopic Recombination?

Pavel Jedlicka
Matej Lexa
Eduard Kejnovsky

PMID: 32508870 PMCID: PMC7251063. DOI: 10.3389/fpls.2020.00644.

抄録

LTRレトロトランスポゾンは植物のゲノムのかなりの部分を構成しており、その進化のダイナミクスはゲノムサイズの変化に重要な役割を果たしています。現在のLTRレトロトランスポゾンの年齢推定方法は、LTR(long terminal repeat)発散のみに基づいています。このため、私たちは、15種の植物から得られた25,144個のLTRレトロトランスポゾンのLTRの配列類似性とソロLTRの形成を解析しました。その結果、入れ子になったレトロトランスポゾンの約4分の1は、それが挿入された既存のレトロトランスポゾンよりも高いLTR発散を示した。さらに、LTRの類似性はLTRの長さと相関していた。この現象には、遺伝子変換が関与している可能性があることを示唆している。LTRの遺伝子変換予測では、LTRの25％のペアで潜在的に変換された領域を示した。その結果、ゲノムサイズが小さい種ほど遺伝子変換が進んでいるのに対し、単独のLTRの割合はゲノムサイズによらず変化しなかった。また、遺伝子変換の程度とソロLTRの豊富さとの間に負の相関があることから、遺伝子変換と異所性組換えとの間に干渉が生じていることが示唆された。このような現象は従来のLTRレトロトランスポゾンの年齢推定方法を制限しているため、遺伝子変換の影響を受ける領域を除外したアプローチを推奨する。

LTR retrotransposons constitute a significant part of plant genomes and their evolutionary dynamics play an important role in genome size changes. Current methods of LTR retrotransposon age estimation are based only on LTR (long terminal repeat) divergence. This has prompted us to analyze sequence similarity of LTRs in 25,144 LTR retrotransposons from fifteen plant species as well as formation of solo LTRs. We found that approximately one fourth of nested retrotransposons showed a higher LTR divergence than the pre-existing retrotransposons into which they had been inserted. Moreover, LTR similarity was correlated with LTR length. We propose that gene conversion can contribute to this phenomenon. Gene conversion prediction in LTRs showed potential converted regions in 25% of LTR pairs. Gene conversion was higher in species with smaller genomes while the proportion of solo LTRs did not change with genome size in analyzed species. The negative correlation between the extent of gene conversion and the abundance of solo LTRs suggests interference between gene conversion and ectopic recombination. Since such phenomena limit the traditional methods of LTR retrotransposon age estimation, we recommend an improved approach based on the exclusion of regions affected by gene conversion.