El espaciador transcrito interno ( ITS ) es el ADN espaciador situado entre el ARN ribosómico de subunidad pequeña (ARNr) y los genes de ARNr de subunidad grande en el cromosoma o la región transcrita correspondiente en la transcripción del precursor de ARNr policistrónico .
ITS en los dominios de la vida
En bacterias y arqueas , hay un único ITS, ubicado entre los genes de ARNr 16S y 23S . Por el contrario, hay dos ITS en eucariotas : ITS1 se encuentra entre los genes de ARNr 18S y 5.8S , mientras que ITS2 está entre los genes de ARNr 5.8S y 28S (en opistocontes o 25S en plantas). ITS1 corresponde a ITS en bacterias y arqueas, mientras que ITS2 se originó como una inserción que interrumpió el gen ancestral 23S rRNA. [1] [2]
Organización
En bacterias y arqueas , el ITS se produce en una o varias copias, al igual que los genes 16S y 23S flanqueantes . Cuando hay varias copias, estas no ocurren adyacentes entre sí. Más bien, ocurren en ubicaciones discretas en el cromosoma circular. No es raro que las bacterias porten genes de ARNt en el ITS. [3] [4]
En eucariotas, los genes que codifican el ARN ribosómico y los espaciadores ocurren en repeticiones en tándem que tienen miles de copias de longitud, cada una separada por regiones de ADN no transcrito denominadas espaciador intergénico (IGS) o espaciador no transcrito (NTS).
Cada grupo ribosómico eucariota contiene el espaciador transcrito externo 5 ' (5' ETS), el gen ARNr 18S , el ITS1 , el gen ARNr 5.8S , el ITS2 , el gen ARNr 26S o 28S y finalmente el gen ARNr 3 '. [5]
Durante la maduración del ARNr, se escinden las piezas de ETS e ITS. Como subproductos no funcionales de esta maduración, se degradan rápidamente. [6]
Uso en filogenia
La comparación de secuencias de las regiones ITS eucariotas se usa ampliamente en taxonomía y filogenia molecular debido a varias propiedades favorables: [7]
- Se amplifica de forma rutinaria gracias a su pequeño tamaño asociado a la disponibilidad de secuencias flanqueantes altamente conservadas.
- Es fácil de detectar incluso a partir de pequeñas cantidades de ADN debido al alto número de copias de los grupos de ARNr.
- Sufre una rápida evolución concertada a través de un cruce desigual y conversión de genes. Esto promueve la homogeneidad intragenómica de las unidades repetidas, aunque la secuenciación de alto rendimiento mostró la ocurrencia de variaciones frecuentes dentro de las especies de plantas. [8]
- Tiene un alto grado de variación incluso entre especies estrechamente relacionadas. Esto puede explicarse por la presión evolutiva relativamente baja que actúa sobre tales secuencias espaciadoras no codificantes.
Por ejemplo, los marcadores ITS han demostrado ser especialmente útiles para dilucidar las relaciones filogenéticas entre los siguientes taxones.
Grupo taxonómico | Nivel taxonómico | Año | Autores con referencias |
---|---|---|---|
Asteraceae : Compositae | Especie (congénere) | 1992 | Baldwin y col. [9] |
Viscaceae : Arceuthobium | Especie (congénere) | 1994 | Nickrent y col. [10] |
Poaceae : Zea | Especie (congénere) | 1996 | Buckler y Holtsford [11] |
Leguminosas : Medicago | Especie (congénere) | 1998 | Bena y col. [5] |
Orchidaceae : Diseae | Genera (dentro de las tribus) | 1999 | Douzery y col. [12] |
Odonata : Calopteryx | Especie (congénere) | 2001 | Weekers y col. [13] |
Levaduras de importancia clínica | Genera | 2001 | Chen y col. [14] |
Poaceae : Saccharinae | Genera (dentro de las tribus) | 2002 | Hodkinson y col. [15] |
Plantaginaceae : Plantago | Especie (congénere) | 2002 | Rønsted y col. [dieciséis] |
Jungermanniopsida : Herbertus | Especie (congénere) | 2004 | Feldberg y col. [17] |
Pinaceae : Tsuga | Especie (congénere) | 2008 | Havill y col. [18] |
Chrysomelidae: Altica | Géneros (congenérico) | 2009 | Ruhl y col. [19] |
Simbiodinio | Clade | 2009 | Stat y col. [20] |
Brassicaceae | Tribus (dentro de una familia) | 2010 | Warwick y col. [21] |
Ericaceae : Erica | Especie (congénere) | 2011 | Pirie y col. [22] |
Dípteros : Bactrocera | Especie (congénere) | 2014 | Boykin y col. [23] |
Scrophulariaceae : Scrophularia | Especie (congénere) | 2014 | Scheunert y Heubl [24] |
Potamogetonaceae : Potamogeton | Especie (congénere) | 2016 | Yang y col. [25] |
Se sabe que ITS2 está más conservado que ITS1. Todas las secuencias de ITS2 comparten un núcleo común de estructura secundaria, [26] mientras que las estructuras de ITS1 solo se conservan en unidades taxonómicas mucho más pequeñas. Independientemente del alcance de la conservación, la comparación asistida por estructuras puede proporcionar mayor resolución y solidez. [27]
Código de barras micológico
La región ITS es la región de ADN más secuenciada en la ecología molecular de los hongos [28] y se ha recomendado como la secuencia universal de códigos de barras de hongos . [29] Por lo general, ha sido más útil para la sistemática molecular a nivel de especie a nivel de género, e incluso dentro de las especies (por ejemplo, para identificar razas geográficas). Debido a su mayor grado de variación que otras regiones génicas de ADNr (por ejemplo, ARNr de subunidades pequeñas y grandes), a veces se puede observar variación entre repeticiones de ADNr individuales dentro de las regiones ITS e IGS. Además de los cebadores universales ITS1 + ITS4 [30] [31] utilizados por muchos laboratorios, se han descrito varios cebadores específicos de taxón que permiten la amplificación selectiva de secuencias fúngicas (p. Ej., Véase el artículo de Gardes & Bruns 1993 que describe la amplificación de secuencias ITS de basidiomicetos de muestras de micorrizas ). [32] A pesar de que los métodos de secuenciación de escopeta se utilizan cada vez más en la secuenciación microbiana, la baja biomasa de hongos en las muestras clínicas hace que la amplificación de la región ITS sea un área de investigación en curso. [33] [34]
Referencias
- ^ Lafontaine, DLJ; Tollervey, D. (2001). "La función y síntesis de los ribosomas". Nature Reviews Biología celular molecular . 2 (7): 514–520. doi : 10.1038 / 35080045 . hdl : 1842/729 . PMID 11433365 . S2CID 2637106 .
- ^ Scott Orland Rogers (27 de julio de 2011). Evolución Molecular Integrada . Prensa CRC. págs. 65–66. ISBN 978-1-4398-1995-1. Consultado el 9 de marzo de 2015 .
- ^ Takada, Hiraku; Shimada, Tomohiro; Dey, Debashish; Quyyum, M. Zuhaib; Nakano, Masahiro; Ishiguro, Akira; Yoshida, Hideji; Yamamoto, Kaneyoshi; Sen, Ranjan; Ishihama, Akira (22 de diciembre de 2016). "Regulación diferencial de la transcripción de rRNA y tRNA del operón compuesto rRNA-tRNA en Escherichia coli" . PLOS ONE . 11 (12): e0163057. Código bibliográfico : 2016PLoSO..1163057T . doi : 10.1371 / journal.pone.0163057 . PMC 5179076 . PMID 28005933 .
- ^ Stewart, Frank J .; Cavanaugh, Colleen M. (julio de 2007). "Variación intragenómica y evolución del espaciador transcrito interno del operón de rRNA en bacterias". Revista de evolución molecular . 65 (1): 44–67. Código Bibliográfico : 2007JMolE..65 ... 44S . doi : 10.1007 / s00239-006-0235-3 . PMID 17568983 . S2CID 13536182 .
- ^ a b Bena, Gilles; Jubier, Marie-France; Olivieri, Isabelle; Lejeune, Bernard (1998). "Espaciadores transcritos internos y externos ribosómicos: uso combinado en el análisis filogenético de Medicago (Leguminosae)". Revista de evolución molecular . 46 (3): 299-306. Código Bibliográfico : 1998JMolE..46..299B . doi : 10.1007 / PL00006306 . ISSN 0022-2844 . PMID 9502673 . S2CID 38838013 .
- ^ Michot, Bernard; Bachellerie, Jean-Pierre; Raynal, Francoise (25 de mayo de 1983). "Estructura de precursores de ARNr de ratón. Secuencia completa y plegamiento potencial de las regiones espaciadoras entre ARNr 18S y 28S" . Investigación de ácidos nucleicos . 11 (10): 3375–3391. doi : 10.1093 / nar / 11.10.3375 . ISSN 0305-1048 . PMC 325970 . PMID 6304630 .
- ^ Baldwin, Bruce G .; Sanderson, Michael J .; Porter, J. Mark; Wojciechowski, Martin F .; Campbell, Christopher S .; Donoghue, Michael J. (1 de enero de 1995). "La región de ITS de ADN ribosómico nuclear: una valiosa fuente de evidencia sobre la filogenia de las angiospermas". Anales del Jardín Botánico de Missouri . 82 (2): 247–277. doi : 10.2307 / 2399880 . JSTOR 2399880 .
- ^ Song, Jingyuan; Shi, Linchun; Li, Dezhu; Sun, Yongzhen; Niu, Yunyun; Chen, Zhiduan; Luo, Hongmei; Pang, Xiaohui; Sun, Zhiying (30 de agosto de 2012). "La pirosecuenciación extensa revela variaciones intragenómicas frecuentes de regiones espaciadoras transcritas internas del ADN ribosómico nuclear" . PLOS ONE . 7 (8): e43971. Código bibliográfico : 2012PLoSO ... 743971S . doi : 10.1371 / journal.pone.0043971 . ISSN 1932-6203 . PMC 3431384 . PMID 22952830 .
- ^ Baldwin, BG (1992). "Utilidad filogenética de los espaciadores transcritos internos de ADN ribosomal nuclear en plantas: un ejemplo de las Compositae". Filogenética molecular y evolución . 1 (1): 3-16. doi : 10.1016 / 1055-7903 (92) 90030-K . PMID 1342921 .
- ^ Nickrent, Daniel L .; Schuette, Kevin P .; Starr, Ellen M. (1 de enero de 1994). "Una filogenia molecular de Arceuthobium (Viscaceae) basada en secuencias espaciadoras transcritas internas de ADN ribosómico nuclear". Revista estadounidense de botánica . 81 (9): 1149-1160. doi : 10.2307 / 2445477 . JSTOR 2445477 .
- ^ Buckler, ES; Holtsford, TP (1 de abril de 1996). " Sistemática de Zea : evidencia de ITS ribosomal" . Biología Molecular y Evolución . 13 (4): 612–622. doi : 10.1093 / oxfordjournals.molbev.a025621 . ISSN 0737-4038 . PMID 8882504 .
- ^ Douzery, Emmanuel JP; Pridgeon, Alec M .; Kores, Paul; Linder, HP; Kurzweil, Hubert; Chase, Mark W. (1 de junio de 1999). "Filogenética molecular de Diseae (Orchidaceae): una contribución de secuencias de ITS ribosomales nucleares" . Revista estadounidense de botánica . 86 (6): 887–899. doi : 10.2307 / 2656709 . ISSN 0002-9122 . JSTOR 2656709 . PMID 10371730 .
- ^ Weekers, Peter HH; De Jonckheere, Johan F .; Dumont, Henri J. (1 de julio de 2001). "Relaciones filogenéticas inferidas de secuencias de ITS ribosomales y patrones biogeográficos en representantes del género Calopteryx (Insecta: Odonata) del Mediterráneo occidental y la zona adyacente de Europa occidental". Filogenética molecular y evolución . 20 (1): 89–99. doi : 10.1006 / mpev.2001.0947 . PMID 11421650 .
- ^ Chen, YC, JD Eisner, MM Kattar, SL Rassoulian-Barrett, K. Lafe, AP Limaye y BT Cookson (2001). "Las secuencias de ADN de la región 1 del espaciador transcrito interno polimórfico identifican levaduras médicamente importantes" . J. Clin. Microbiol . 39 (11): 4042–4051. doi : 10.1128 / JCM.39.11.4042-4051.2001 . PMC 88485 . PMID 11682528 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ Hodkinson, Trevor R .; Chase, Mark W .; Lledó, Dolores M .; Salamin, Nicolás; Renvoize, Stephen A. (2002). "Filogenética de Miscanthus , Saccharum y géneros relacionados (Saccharinae, Andropogoneae, Poaceae) basada en secuencias de ADN de su ADN ribosómico nuclear y plastidios intrón trnL y espaciadores intergénicos trnL-F". Revista de Investigación Vegetal . 115 (5): 381–392. doi : 10.1007 / s10265-002-0049-3 . ISSN 0918-9440 . PMID 12579363 . S2CID 22971617 .
- ^ Rønsted, Nina; Chase, Mark W .; Albach, Dirk C .; Bello, María Angélica (1 de agosto de 2002). "Relaciones filogenéticas dentro de Plantago (Plantaginaceae): evidencia de datos de secuencia de ITS ribosomal nuclear y plastidio trnL-F" . Revista Botánica de la Sociedad Linneana . 139 (4): 323–338. doi : 10.1046 / j.1095-8339.2002.00070.x . ISSN 1095-8339 .
- ^ Feldberg, K .; Groth, H .; Wilson, R .; Schäfer-Verwimp, A .; Heinrichs, J. (4 de noviembre de 2004). " Especiación críptica en Herbertus (Herbertaceae, Jungermanniopsida): rango y morfología de Herbertus sendtneri inferidos de secuencias nrITS". Sistemática y Evolución Vegetal . 249 (3–4): 247–261. doi : 10.1007 / s00606-004-0221-4 . ISSN 0378-2697 . S2CID 21538862 .
- ^ Havill, Nathan P .; Campbell, Christopher S .; Vining, Thomas F .; LePage, Ben; Bayer, Randall J .; Donoghue, Michael J. (1 de julio de 2008). "Filogenia y biogeografía de Tsuga (Pinaceae) inferida de datos de secuencia de ADN de cloroplasto y ITS ribosomales nucleares". Botánica sistemática . 33 (3): 478–489. doi : 10.1600 / 036364408785679770 . S2CID 26668467 .
- ^ Ruhl, Michael W .; Wolf, Matthias; Jenkins, Tracie M. (2010). "Los cambios de base compensatorios iluminan la taxonomía morfológicamente difícil" . Filogenética molecular y evolución . 54 (2): 664–669. doi : 10.1016 / j.ympev.2009.07.036 . PMID 19660561 .
- ^ Stat, Michael; Pochon, Xavier (2 de julio de 2008). "Especificidad en comunidades de Symbiodinium en corales del atolón Johnston" (PDF) . Serie del progreso de la ecología marina . 386 : 83–96. doi : 10.3354 / meps08080 .
- ^ Warwick, Suzanne I .; Mummenhoff, Klaus; Sauder, Connie A .; Koch, Marcus A .; Al-Shehbaz, Ihsan A. (13 de abril de 2010). "Cerrando las brechas: relaciones filogenéticas en Brassicaceae basadas en datos de secuencia de ADN de la región ITS ribosomal nuclear". Sistemática y Evolución Vegetal . 285 (3–4): 209–232. doi : 10.1007 / s00606-010-0271-8 . ISSN 0378-2697 . S2CID 28199415 .
- ^ Pirie, Michael D .; Oliver, EGH; Bellstedt, Dirk U. (1 de noviembre de 2011). "Una filogenia de ITS densamente muestreada del género insignia del Cabo Erica L. sugiere numerosos cambios en la macromorfología floral". Filogenética molecular y evolución . 61 (2): 593–601. doi : 10.1016 / j.ympev.2011.06.007 . PMID 21722743 .
- ^ Boykin, LM; Schutze, MK; Krosch, MN; Chomič, A .; Chapman, TA; Englezou, A .; Armstrong, KF; Clarke, AR; Granizo, D. (1 de mayo de 2014). "El análisis filogenético de múltiples genes de los miembros de plagas del sudeste asiático del complejo de especies de Bactrocera dorsalis (Diptera: Tephritidae) no respalda la taxonomía actual". Revista de Entomología Aplicada . 138 (4): 235–253. doi : 10.1111 / jen.12047 . ISSN 1439-0418 . S2CID 82003038 .
- ^ Scheunert, Agnes; Heubl, Günther (1 de enero de 2014). "Diversificación de Scrophularia (Scrophulariaceae) en el Mediterráneo Occidental y Macaronesia - Relaciones filogenéticas, reticular evolución y patrones biogeográficos". Filogenética molecular y evolución . 70 : 296–313. doi : 10.1016 / j.ympev.2013.09.023 . PMID 24096055 .
- ^ Yang, Tao; Zhang, Tian-lei; Guo, You-hao; Liu, Xing (17 de noviembre de 2016). "Identificación de híbridos en Potamogeton : Incongruencia entre Plastid y sus regiones resuelto por un marcador de código de barras novedoso PHYB" . PLOS ONE . 11 (11): e0166177. Código bibliográfico : 2016PLoSO..1166177Y . doi : 10.1371 / journal.pone.0166177 . ISSN 1932-6203 . PMC 5113904 . PMID 27855191 .
- ^ Schultz, J; Maisel, S; Gerlach, D; Müller, T; Wolf, M (abril de 2005). "Un núcleo común de estructura secundaria del espaciador transcrito interno 2 (ITS2) en todo el Eukaryota" . ARN (Nueva York, NY) . 11 (4): 361–4. doi : 10.1261 / rna.7204505 . PMC 1370725 . PMID 15769870 .
- ^ Koetschan, C; Kittelmann, S; Lu, J; Al-Halbouni, D; Jarvis, GN; Müller, T; Wolf, M; Janssen, PH (2014). "El análisis de la estructura secundaria del espaciador 1 transcrito interno revela un núcleo común en todos los hongos anaeróbicos (Neocallimastigomycota)" . PLOS ONE . 9 (3): e91928. Código Bibliográfico : 2014PLoSO ... 991928K . doi : 10.1371 / journal.pone.0091928 . PMC 3963862 . PMID 24663345 .
- ^ Peay KG; Kennedy PG; Bruns TD (2008). "Ecología de la comunidad de hongos: una bestia híbrida con un maestro molecular". BioScience . 58 (9): 799–810. doi : 10.1641 / b580907 . S2CID 18363490 .
- ^ Schoch, CL, Seifert, KA, Huhndorf, S., Robert, V., Spouge, JL, Levesque, CA, Chen, W., Bolchacova, E., Voigt, K., Crous, PW; et al. (2012). "Región del espaciador transcrito interno ribosómico nuclear (ITS) como un marcador de código de barras de ADN universal para hongos" . PNAS . 109 (16): 6241–6246. doi : 10.1073 / pnas.1117018109 . PMC 3341068 . PMID 22454494 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ White, TJ, Bruns, T., Lee, S. y Taylor, J. (1990). Amplificación y secuenciación directa de genes de ARN ribosómico fúngico para filogenia. Protocolos de PCR: una guía de métodos y aplicaciones 18, 315–322.
- ^ La imprimación ITS1 cubre ITS1-5.8S-ITS2 desde el 5 ', e ITS4 cubre la misma área desde el 3'.
- ^ Gardes, M .; Bruns, TD (1993). "ITS primers con mayor especificidad para basidiomicetos: aplicación a la identificación de micorrizas y royas". Ecología molecular . 2 (2): 113-118. doi : 10.1111 / j.1365-294X.1993.tb00005.x . PMID 8180733 . S2CID 24316407 .
- ^ Usyk, Mykhaylo; Zolnik, Christine P .; Patel, Hitesh; Levi, Michael H .; Burk, Robert D. (13 de diciembre de 2017). Mitchell, Aaron P. (ed.). "Nuevos cebadores de hongos ITS1 para la caracterización del micobioma" . mSphere . 2 (6): e00488–17, /msphere/2/6/mSphere0488–17.atom. doi : 10.1128 / mSphere.00488-17 . ISSN 2379-5042 . PMC 5729218 . PMID 29242834 .
- ^ Nilsson, R. Henrik; Anslan, Sten; Bahram, Mohammad; Wurzbacher, Christian; Baldrian, Petr; Tedersoo, Leho (febrero de 2019). "Diversidad de micobioma: secuenciación de alto rendimiento e identificación de hongos". Nature Reviews Microbiología . 17 (2): 95–109. doi : 10.1038 / s41579-018-0116-y . ISSN 1740-1534 . PMID 30442909 . S2CID 53438777 .
enlaces externos
- Medicina de laboratorio de la Universidad de Washington: Diagnóstico molecular | Secuenciación de levadura
- ITSone DB
- Base de datos ITS2 (Schultz et al.)