Molecular and cytological characterization of 5S rDNA in Oryza species: genomic organization and phylogenetic implications

Author： Zhu Xiao-Yan Cai De-Tian Ding Yi

Publisher： NRC Research Press

ISSN： 0831-2796

Source： Genome, Vol.51, Iss.5, 2008-05, pp. : 332-340

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Abstract

We investigated the molecular characteristics and chromosomal organization of 5S rDNA in the genus Oryza, including diploid and tetraploid species. A phylogenetic tree of Oryza species was constructed based on the non-transcribed spacer sequences of 5S rDNA, and some novel relationships were discovered. Specifically, comparative sequence analysis of 5S rDNA in several wild rice species showed unique characteristics inconsistent with the model of concerted evolution: (1) multiple distinct 5S rDNA types were detected within a species, leading to intraspecific divergence of 5S rDNA; (2) multiple identical 5S rDNA types were shared among species, resulting in interspecies clustering of 5S rDNA types; and (3) intraspecific nucleotide diversity was detected within a 5S rDNA class. Our results obtained by fluorescence in situ hybridization revealed that each rice species studied contained only one 5S rDNA locus with two hybridization sites, which were located on either chromosome 7 or chromosome 11. These results suggest that different 5S rDNA classes within the rice genome were arranged together and that one pair of 5S rDNA loci from a diploid progenitor of the tetraploid species might have been lost during evolution. Taken together, our data show that 5S rDNA in rice species is more informative at the gene level than at the chromosome level.Les auteurs ont étudié les caractéristiques moléculaires et l’organisation chromosomique de l’ADNr 5S chez le genre Oryza, tant chez les espèces diploïdes que tétraploïdes. Un arbre phylogénétique de ces espèces d’Oryza a été produit sur la base des séquences de l’espaceur non-traduit de l’ADNr 5S et quelques relations nouvelles ont été trouvées. En particulier, une analyse comparative des ADNr 5S chez plusieurs espèces de riz sauvage a montré des caractéristiques uniques distinctes de l’évolution concertée. Ces caractéristiques sont : (1) la présence de plusieurs types d’ADNr 5S au sein d’une espèce, conduisant à la divergence des ADNr 5S au niveau intraspécifique; (2) la présence de plusieurs ADNr 5S identiques chez plus d’une espèce, conduisant au groupement interspécifique des types d’ADNr 5S; (3) une diversité nucléotidique intraspécifique détectée au sein d’une classe d’ADNr 5S. Les résultats obtenus par hybridation in situ en fluorescence ont révélé que chaque espèce de riz étudiée contenait un seul locus d’ADNr 5S dont l’emplacement était variable, un site d’hybridation étant situé sur le chromosome 7 et l’autre sur le chromosome 11. Ces résultats suggèrent que les différentes classes d’ADNr 5S au sein du génome du riz sont groupées ensemble et qu’un des locus 5S provenant d’un ancêtre diploïde des espèces tétraploïdes aurait été perdu au cours de l’évolution. Ensemble, ces données démontrent que l’ADNr 5S chez les espèces du riz est plus informatif au niveau génique qu’au niveau chromosomique.