[논문 리뷰] How and where to look for tRNAs in Metazoan mitochondrial genomes, and what you might find when you get there

David A. Morrison|arXiv (Cornell University)|2010. 01. 21.

Genomics and Phylogenetic Studies참고 문헌 46인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 조상성 tRNA 유전자 탐지를 위해 ARWEN과 DOGMA 프로그램의 비교 분석을 수행하여, 단일 도구가 모든 tRNA 유전자를 포착하지 못함을 밝혀내며, 상호 보완적인 가짜 음성 결과를 확인하였다. 공개 데이터베이스에서 광범위한 애너테이션 오류를 규명하였고, 이중 기능 유전자 영역과 D- 및 T-루프를 모두 갖지 않는 tRNA에 대한 새로운 가설을 지지한다.

ABSTRACT

The ability to locate and annotate mitochondrial genes is an important practical issue, given the rapidly increasing number of mitogenomes appearing in the public databases. Unfortunately, tRNA genes in Metazoan mitochondria have proved to be problematic because they often vary in number (genes missing or duplicated) and also in the secondary structure of the transcribed tRNAs (T or D arms missing). I have performed a series of comparative analyses of the tRNA genes of a broad range of Metazoan mitogenomes in order to address this issue. I conclude that no single computer program is necessarily capable of finding all of the tRNA genes in any given mitogenome, and that use of both the ARWEN and DOGMA programs is sometimes necessary because they produce complementary false negatives. There are apparently a very large number of erroneous annotations in the databased mitogenome sequences, including missed genes, wrongly annotated locations, false complements, and inconsistent criteria for assigning the 5' and 3' boundaries; and I have listed many of these. The extent of overlap between genes is often greatly exaggerated due to inconsistent annotations, although notable overlaps involving tRNAs are apparently real. Finally, three novel hypotheses were examined and found to have support from the comparative analyses: (1) some organisms have mitogenomic locations that simultaneously code for multiple tRNAs; (2) some organisms have mitogenomic locations that simultaneously code for tRNAs and proteins (but not rRNAs); and (3) one group of nematodes has several genes that code for tRNAs lacking both the D and T arms.

연구 동기 및 목표

• 공개된 미토콘드리아 게놈 데이터베이스에서 tRNA 유전자 애너테이션의 일관성과 정확성 부족 문제를 해결한다.
• 메타조아 미토콘드리아 게놈에서 tRNA 탐지에 사용되는 기존 계산 도구(ARWEN 및 DOGMA)의 신뢰성과 한계를 평가한다.
• tRNA 애너테이션의 체계적 오류, 즉 유전자 누락, 잘못된 경계 설정, 잘못된 보완 서열 등을 규명한다.
• 특정 유전자 영역에서 tRNA와 단백질이 동시에 존재하는 등, 새로운 유전자 배열의 생물학적 타당성을 조사한다.
• 일부 선충류 계통에서 D- 및 T-암을 모두 갖지 않는 tRNA가 존재하는지 평가한다.

제안 방법

• 다양한 메타조아 미토콘드리아 게놈을 대상으로 tRNA 유전자 탐지 정확도를 평가하기 위한 비교 분석을 수행한다.
• ARWEN과 DOGMA 프로그램을 사용하여 tRNA 유전자를 예측하고, 그 결과를 비교하여 상호 보완적인 가짜 음성 결과를 식별한다.
• 예측된 tRNA의 2차 구조를 분석하여, 특히 선충류에서 D- 또는 T-루프가 누락된 경우를 확인한다.
• 유전자 간의 유전자 겹침을 평가하여, tRNA의 위치와 경계 설정의 일관성 여부를 분석한다.
• 예측된 tRNA 위치를 기존에 발표된 애너테이션과 비교하여, 잘못된 5′/3′ 경계 설정 및 잘못된 보완 서열 등의 불일치 사항을 규명한다.
• 세 가지 새로운 가설을 검증한다: (1) 단일 유전자 위치에서 이중 tRNA 코딩, (2) tRNA와 단백질의 공존, (3) 선충류에서 D- 및 T-암을 모두 갖지 않는 tRNA 존재 여부.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 현재의 tRNA 탐지 도구인 ARWEN과 DOGMA는 메타조아 미토콘드리아 게놈에서 모든 tRNA 유전자를 식별하지 못하는가?
• RQ2 공개 데이터베이스의 tRNA 유전자 애너테이션은 어느 정도 정확하지 못하며, 가장 흔한 오류 유형은 무엇인가?
• RQ3 메타조아 미토콘드리아 게놈에서 동시에 여러 tRNA 또는 tRNA와 단백질을 코딩하는 유전자 영역이 존재하는가?
• RQ4 메타조아 미토콘드리아에서 D-암과 T-암을 모두 갖지 않는 tRNA 유전자가 존재하는가, 만약 존재한다면 어떤 분류군에서인가?
• RQ5 불일치하는 경계 설정과 보완 서열 애너테이션은 미토콘드리아 게놈에서 유전자 겹침 해석에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• ARWEN 또는 DOGMA와 같은 단일 tRNA 탐지 프로그램은 메타조아 미토콘드리아 게놈에서 모든 tRNA 유전자를 식별하지 못하며, 상호 보완적인 가짜 음성 결과를 보인다.
• 공개 데이터베이스의 많은 tRNA 애너테이션은 오류가 있으며, 유전자 누락, 잘못된 5′/3′ 경계 설정, 잘못된 보완 서열, 경계 설정 기준의 일관성 부족 등 다양한 오류를 포함한다.
• 유전자 겹침은 종종 애너테이션의 불일치로 과대평가되지만, 일부 tRNA 연관 겹침은 생물학적으로 실제로 존재한다.
• 이 연구는 특정 메타조아 계통에서 동시에 여러 tRNA를 코딩하는 유전자 영역 존재를 뒷받침하는 증거를 제공한다.
• 특정 선충류 집단에서 D- 및 T-암을 모두 갖지 않는 tRNA 유전자 존재를 뒷받침하는 증거가 있다.
• 이 연구는 여러 미토콘드리아 게놈에 걸쳐 수많은 특정 애너테이션 오류를 규명하고, 자동 예측 결과의 수동 코딩 및 상호 검증의 필요성을 강조한다.