Еволюція мітохондріального геному у світлі цитонуклеарної несумісності та гібридизації на прикладі роду Vipera (Laurenti, 1768)

Abstract

Швидка молекулярна еволюція мітохондріального геному в порівнянні з ядерним, а також глибока інтеграція ядерних та мітохондріальних геномів у клітинному метоболізмі створює цікаву систему, що потенційно коеволюціонує і створює бар’єри для міжвидової гібридизації. Ми досліджували геноми кількох видів гадюк роду Vipera і шукали передумови для цитонуклеарної несумісності у міжвидових гібридів і коеволюції всередині виду. Трансляція мітохондріального гена COX I у представників роду Vipera продемонструвала наявність переважно поодиноких та консервативних замін, що вказує на відсутність потреби у компенсаторній коеволюції між мітохондріальними та ядерними компонентами комплексу IV та з високою імовірністю на взаємну функціональну сумісність мітохондріальних і ядерних геномів гадюк роду Vipera, підтвердженям чому є велика кількість міжвидових гібридів. Також нами було охарактеризовано ядерну ДНК мітохондріального походження (NUMT) у геномах гадюк роду Vipera, було показано можливість використання NUMT як філогенетичних маркерів для уточнення положення спірного таксону Vipera anatolica в межах роду. Застосовано філогенетичний аналізу методом Maximum Likelihood, проведено картування виявлених фрагментів у межах третьої хромосоми Vipera ursinii, аналіз гомології NUMT між V. anatolica та V. ursinii.

The rapid molecular evolution of the mitochondrial genome compared to the nuclear one, as well as the deep integration of nuclear and mitochondrial genomes in cellular metabolism creates an interesting system that potentially co-evolves and creates barriers to interspecific hybridization. We studied the genomes of several species of vipers of the genus Vipera and searched for the prerequisites for cytonuclear incompatibility in interspecific hybrids and coevolution within the species. Translation of the mitochondrial gene COX I in representatives of the genus Vipera demonstrated the presence of mostly single and conservative substitutions, which indicates the absence of a need for compensatory coevolution between mitochondrial and nuclear components of complex IV and with a high probability of mutual functional compatibility of the mitochondrial and nuclear genomes of vipers of the genus Vipera, which is confirmed by a large number of interspecific hybrids. We also characterized nuclear DNA of mitochondrial origin (NUMT) in the genomes of vipers of the genus Vipera, and showed the possibility of using NUMT as phylogenetic markers to clarify the position of the controversial taxon Vipera anatolica within the genus. . Phylogenetic analysis using the Maximum Likelihood method was applied, mapping of the identified fragments within the third chromosome of Vipera ursinii was performed, and NUMT homology analysis between V. anatolica and V. ursinii was performed.