Structure and Distribution of Ribosomal DNA Intergenic Spacer in Five Pepper Species

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Nuclear ribosomal DNA (rDNA) in eukaryotic genome constitutes a multigene family, which is tandemly repeated. Repetitive unit of rDNA contains 18S, 5.8S and 26S rRNA gene coding regions. We cloned the intergenic spacers (IGSs) between 26S and 18S from five different pepper species including Capsicum baccatum, C. annuum (cv. bukang), C. frutescens, C. chacoense and. C. chinense. Unexpectedly, all cloned IGSs are composed of different sequences with various length. The length of IGSs is ranged from 855 bp to 2,621 bp. The structure of IGS of pepper had three different regions, GAGGTTTTT-motif region, subrepeat region and AT rich rigion. The 'A(G)T(A)GGCACC' subrepeat, varied in copy numbers as 1, 38, 57, 11, and 35 in Capsicum baccatum, C. annuum (bukang), C. frutescens, C. chacoense, and C. chinense, respectively. The IGS of C. chacoense and C. chinense contains transcription initiation sit (TIS) with TATA(G)TAGGGG which was conserved in other plant species. However, the other species, C. baccatum, C. annuum (cv. Bukang), C. frutescens, didn’t have this sequence. The cloned sequences have been used as probes for the fluorescence in situ hybridization (FISH) analysis to identify the distribution of IGS among the five different pepper species. FISH analyses revealed that the signals of IGS were located within and out of rDNA regions. The IGSs out of rDNA region was tandemly arranged as satellite DNA clusters in pepper genome. All these data indicate that IGSs between 26S and 18S have been evolved very dynamically and possibly moved to various genome regions of Capsicum species.

국문 초록 (Abstract)

진핵생물의 리보좀 DNA는 multigene family로 18S, 5.8S and 26S rRNA 유전자를 포함하고 유전체 내에 직렬로 반복되어 있다. IGS의 구조분석을 위해 고추 5종 (Capsicum baccatum, C. annuum (cv. bukang), C. frutescens,, C. chacoense and Capsicum chinense) 에서 26S와 18S 유전자 사이 의 intergenic spacer 부위의 DNA를 clone 하였다. 염기서열 분석 결과 각 종 의 IGS의 길이가 종에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다. 고추 5종의 IGS 길이 범위는 855 bp 에서 2,621 bp 이다. 고추 IGS는 GAGGTTTTT-mofit 지역, subrepeat 지역 그리고 AT rich 지역으로 나눌 수 있다. 'A(G)T(A)GGCACC' subrepeat은 C. baccatum 에는 한번, C. annuum (cv.bukang) 에 37번 C. frutescens 에 57번, C. chacoense 11번, C. chinense 35번 반복되어 있다. C. chacoense and C. chinense의 IGS는 transcription initiation sit (TIS) 를 포함 하고 있다. 이 TIS는 여러 생물 종에서 보존적인 ‘TATA(G)TAGGGG’ 서열을 가 진다. 하지만 다른 고추 종, C. baccatum, C. annuum (cv. bukang), C. frutescens, 에서는 이 sequence가 나타나지 않았다.
IGS DNA를 탐침으로 하여 florescence in situ hybridization (FISH) 분석 을 실시한 결과 IGS는 rDNA 유전자 내부 뿐 아니라 rDNA 유전자 밖에도 존재 함을 확인할 수 있었다. 이 결과들은 IGS가 유전체 내에서 아주 빠르게 변화되고 있음을 보여 준다.

목차 (Table of Contents)

• A = CKNOWLEDGEMENTⅰ
• CONTENTS = ⅳ
• LIST OF TABLES = ⅵ
• LIST OF FIGURES = ⅶ
• ABSTRACT = ⅹ
• I. INTRODUCTION = 1
• Ⅱ. MATERIAL AND METHODS = 4
• A. Plant materials = 4
• B. Cloning and sequencing of IGS = 4
• 1. PCR amplification = 4
• 2. Cloning and sequencing = 5
• 3. Sequence analyses = 5
• C. Fluorescence in situ hybridization (FISH) = 5
• 1. Chromosome preparation = 5
• 2. FISH = 6
• 3. Image analysis = 7
• Ⅲ. RESULTS = 8
• A. IGS sequence analysis in five pepper species = 8
• B. IGS sequence comparison among Solanaceae plants = 15
• C. Transcription initiation and sites = 15
• D. The IGS position on chromosomes = 20
• Ⅳ. CONCLUSION = 26
• ABSTRACT IN KOREAN = 29
• REFERENCES = 31