Abstract

In virtually every eukaryotic species, the ends of nuclear chromosomes are protected by telomeres, nucleoprotein structures counteracting the end-replication problem and suppressing recombination and undue DNA repair. Although in most cases, the primary structure of telomeric DNA is conserved, there are several exceptions to this rule. One is represented by the telomeric repeats of ascomycetous yeasts, which encompass a great variety of sequences, whose evolutionary origin has been puzzling for several decades. At present, the key questions concerning the driving force behind their rapid evolution and the means of co-evolution of telomeric repeats and telomere-binding proteins remain largely unanswered. Previously published studies addressed mostly the general concepts of the evolutionary origin of telomeres, key properties of telomeric proteins as well as the molecular mechanisms of telomere maintenance; however, the evolutionary process itself has not been analyzed thoroughly. Here, we aimed to inspect the evolution of telomeres in ascomycetous yeasts from the subphyla Saccharomycotina and Taphrinomycotina, with special focus on the evolutionary origin of species-specific telomeric repeats. We analyzed the sequences of telomeric repeats from 204 yeast species classified into 20 families and as a result, we propose a step-by-step model, which integrates the diversity of telomeric repeats, telomerase RNAs, telomere-binding protein complexes and explains a propensity of certain species to generate the repeat heterogeneity within a single telomeric array.

中文翻译：

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端粒的逐步进化：来自酵母的教训

摘要

实际上，在每个真核生物物种中，核染色体的末端都受到端粒、核蛋白结构的保护，可以抵消末端复制问题并抑制重组和过度的 DNA 修复。尽管在大多数情况下，端粒 DNA 的一级结构是保守的，但此规则有几个例外。一种是以子囊菌酵母的端粒重复序列为代表的，它包含种类繁多的序列，几十年来其进化起源一直令人费解。目前，关于它们快速进化背后的驱动力以及端粒重复序列和端粒结合蛋白共同进化方式的关键问题在很大程度上仍未得到解答。先前发表的研究主要涉及端粒进化起源的一般概念，端粒蛋白的关键特性以及端粒维持的分子机制；然而，进化过程本身并没有得到彻底的分析。在这里，我们的目的是检查来自 Saccharomycotina 和 Taphrinomycotina 亚门的子囊菌酵母中端粒的进化，特别关注物种特异性端粒重复序列的进化起源。我们分析了来自 20 个科的 204 个酵母物种的端粒重复序列，因此，我们提出了一个分步模型，该模型整合了端粒重复序列、端粒酶 RNA、端粒结合蛋白复合物的多样性，并解释了一个倾向某些物种在单个端粒阵列中产生重复异质性。进化过程本身没有得到彻底的分析。在这里，我们的目的是检查来自 Saccharomycotina 和 Taphrinomycotina 亚门的子囊菌酵母中端粒的进化，特别关注物种特异性端粒重复序列的进化起源。我们分析了来自 20 个科的 204 个酵母物种的端粒重复序列，因此，我们提出了一个分步模型，该模型整合了端粒重复序列、端粒酶 RNA、端粒结合蛋白复合物的多样性，并解释了一个倾向某些物种在单个端粒阵列中产生重复异质性。进化过程本身没有得到彻底的分析。在这里，我们的目的是检查来自 Saccharomycotina 和 Taphrinomycotina 亚门的子囊菌酵母中端粒的进化，特别关注物种特异性端粒重复序列的进化起源。我们分析了来自 20 个科的 204 个酵母物种的端粒重复序列，因此，我们提出了一个分步模型，该模型整合了端粒重复序列、端粒酶 RNA、端粒结合蛋白复合物的多样性，并解释了一个倾向某些物种在单个端粒阵列中产生重复异质性。特别关注物种特异性端粒重复的进化起源。我们分析了来自 20 个科的 204 个酵母物种的端粒重复序列，因此，我们提出了一个分步模型，该模型整合了端粒重复序列、端粒酶 RNA、端粒结合蛋白复合物的多样性，并解释了一个倾向某些物种在单个端粒阵列中产生重复异质性。特别关注物种特异性端粒重复的进化起源。我们分析了来自 20 个科的 204 个酵母物种的端粒重复序列，因此，我们提出了一个分步模型，该模型整合了端粒重复序列、端粒酶 RNA、端粒结合蛋白复合物的多样性，并解释了一个倾向某些物种在单个端粒阵列中产生重复异质性。