Internal transcribed spacer

Ein internal transcribed spacer (ITS) ist eine Nukleotidsequenz zwischen der ribosomalen DNA (rDNA) von rRNA-Genen oder zwischen den rRNA-Abschnitten in den aus der rDNA während der Transkription entstehenden Transkripten.

rDNA (lila) hinter non-transcribed sequences (NTS), rRNA-Transkripte (orange) mit external transcribed sequences (ETS) und internal transcribed sequences (ITS)

Eigenschaften

Die RNA des Ribosoms (rRNA) besteht aus verschiedenen RNA-Molekülen, die in Eukaryoten aus unterschiedlichen Transkripten der rRNA-Gene (rDNA) erzeugt wurden. Innerhalb dieser Sequenzen liegen die ITS, die als spacer im Gegensatz zur rRNA nicht im fertigen Ribosom vorkommen. Im Gegensatz zu ITS liegen die external transcribed sequences (ETS) außerhalb der ribosomalen Untereinheiten, kommen aber ebenso wenig im späteren Ribosom vor. Die ITS und ETS werden nach der Transkription herausgeschnitten und anschließend abgebaut,^[1][2] teilweise unter Beteiligung von snoRNA.

In Bakterien und Archaeen befinden sich die ITS zwischen der 16 S und der 23 S rRNA.^[3]

In Eukaryoten existieren zwei verschiedene ITS: ITS1 liegt zwischen der 18 S und der 5,8 S rRNA und ITS2 zwischen der 5,8 S und der 26 S (in Pflanzen) bzw. der 28 S rRNA (in Tieren und Pilzen^[4]). Während ITS1 der bakteriellen ITS entspricht, entstand ITS2 später in der 23 S rRNA durch Duplikation.^[5]

Verwendung

Die 5,8 S rRNA von Eukaryoten und die umgebenden ITS werden zur Untersuchung der Phylogenetik verwendet, da ITS vergleichsweise häufig mutieren und die Gene der rRNA in vielen Kopien im Genom vorkommen und dadurch tendenziell weniger zu falsch negativen Ergebnissen führen, z. B. in Bakterien,^[6] in Pflanzen,^[7] in Stechmücken^[8] und in Pilzen.^[9][10] Innerhalb der ribosomalen DNA der Pilze sind die ITS die Sequenzen mit der deutlichsten Unterscheidbarkeit innerhalb einer Art oder zwischen Arten.^[11] Standard-Primerpaare für die Polymerase-Kettenreaktion zur Unterscheidung von Pilzen sind ITS1 mit ITS4.^[12] Für die Unterscheidung von Basidiomyceten und Mycorrhiza werden andere Primerpaare verwendet.^[13]

Taxonomische Gruppe	Reich	Taxonomische Stufe	Jahr	Referenz
Pilze	Pilze	Genera	1990	White et al.[14]
Asteraceae: Compositae	Pflanzen	Spezies	1992	Baldwin et al.[7]
Basidiomyceten/Ascomyceten	Pilze	Genera	1993	Gardes et al.[13]
Viscaceae: Arceuthobium	Pflanzen	Spezies	1994	Nickrent et al.[15]
Poaceae: Zea	Pflanzen	Spezies	1996	Buckler & Holtsford[16]
Leguminosae: Medicago	Pflanzen	Spezies	1998	Bena et al.[3]
Orchidaceae: Diseae	Pflanzen	Genera	1999	Douzery et al.[17]
Odonota: Calopteryx	Tiere	Spezies	2001	Weekers et al.[18]
Hefen von klinischer Bedeutung	Pilze	Genera	2001	Chen et al.[19]
Poaceae: Saccharinae	Pflanzen	Genera	2002	Hodkinson et al.[20]
Plantaginaceae: Plantago	Pflanzen	Spezies	2002	Rønsted et al.[21]
Jungermanniopsida: Herbertus	Pflanzen	Spezies	2004	Feldberg et al.[22]
Anophelinae Südamerikas	Tiere	Spezies	2006	Marelli et al.[8]
Pinaceae: Tsuga	Pflanzen	Spezies	2008	Havill et al.[23]
Brassicaceae	Pflanzen	Stämme	2010	Warwick et al.[24]
Ericaceae: Erica	Pflanzen	Spezies	2011	Pirie et al.[25]
Diptera: Bactrocera	Tiere	Spezies	2014	Boykin et al.[26]
Scrophulariaceae: Scrophularia	Pflanzen	Spezies	2014	Scheunert & Heubl[27]
Potamogetonaceae: Potamogeton	Pflanzen	Spezies	2016	Yang et al.[28]

Einzelnachweise

1. A. W. Coleman: Nuclear rRNA transcript processing versus internal transcribed spacer secondary structure. In: Trends in genetics : TIG. Band 31, Nummer 3, März 2015, S. 157–163, doi:10.1016/j.tig.2015.01.002. PMID 25648500.
2. Bernard Michot, Jean-Pierre Bachellerie, Francoise Raynal: Structure of mouse rRNA precursors. Complete sequence and potential folding of the spacer regions between 18S and 28S rRNA. In: Nucleic Acids Research. Band 11, Nr. 10, 25. Mai 1983, ISSN 0305-1048, S. 3375–3391, doi:10.1093/nar/11.10.3375 (oup.com).
3. Gilles Bena, Marie-France Jubier, Isabelle Olivieri, Bernard Lejeune: Ribosomal External and Internal Transcribed Spacers: Combined Use in the Phylogenetic Analysis of Medicago (Leguminosae). In: Journal of Molecular Evolution. Band 46, Nr. 3, 1998, ISSN 0022-2844, S. 299–306, doi:10.1007/PL00006306 (englisch, springer.com).
4. Ivo R. Horn, Peter A. Verleg, Nafiesa Z. Ibrahim, Khadiedjah Soeleman, Floris van Kampen: Mushroom DNA barcoding project: Sequencing a segment of the 28S rRNA gene. In: Biochemistry and Molecular Biology Education. Band 48, Nr. 4, 2020, ISSN 1539-3429, S. 404–410, doi:10.1002/bmb.21388, PMID 32585770, PMC 7497104 (freier Volltext) – (wiley.com [abgerufen am 11. Februar 2022]).
5. Denis L.J. Lafontaine, David Tollervey: The function and synthesis of ribosomes. In: Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2, 2001, S. 514, doi:10.1038/35080045.
6. J. Trček, F. Barja: Updates on quick identification of acetic acid bacteria with a focus on the 16S-23S rRNA gene internal transcribed spacer and the analysis of cell proteins by MALDI-TOF mass spectrometry. In: International journal of food microbiology. Band 196, März 2015, S. 137–144, doi:10.1016/j.ijfoodmicro.2014.12.003. PMID 25589227.
7. B. G. Baldwin: Phylogenetic utility of the internal transcribed spacers of nuclear ribosomal DNA in plants: an example from the compositae. In: Molecular phylogenetics and evolution. Band 1, Nummer 1, März 1992, S. 3–16. PMID 1342921.
8. M. T. Marrelli, M. A. Sallum, O. Marinotti: The second internal transcribed spacer of nuclear ribosomal DNA as a tool for Latin American anopheline taxonomy - a critical review. In: Memorias do Instituto Oswaldo Cruz. Band 101, Nummer 8, Dezember 2006, S. 817–832. PMID 17293975.
9. Y. C. Chen, J. D. Eisner, M. M. Kattar, S. L. Rassoulian-Barrett, K. Lafe, U. Bui, A. P. Limaye, B. T. Cookson: Polymorphic internal transcribed spacer region 1 DNA sequences identify medically important yeasts. In: Journal of clinical microbiology. Band 39, Nummer 11, November 2001, S. 4042–4051, doi:10.1128/JCM.39.11.4042-4051.2001. PMID 11682528, PMC 88485 (freier Volltext).
10. Kabir G. Peay, Peter G. Kennedy, Thomas D. Bruns: Fungal Community Ecology: A Hybrid Beast with a Molecular Master. In: BioScience. 58, 2008, S. 799, doi:10.1641/b580907.
11. C. L. Schoch, K. A. Seifert, S. Huhndorf, V. Robert, J. L. Spouge, C. A. Levesque, W. Chen: Nuclear ribosomal internal transcribed spacer (ITS) region as a universal DNA barcode marker for Fungi. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 109, Nummer 16, April 2012, S. 6241–6246, doi:10.1073/pnas.1117018109. PMID 22454494, PMC 3341068 (freier Volltext).
12. T. J. White, T. Bruns, S. Lee, J. Taylor: Amplification and direct sequencing of fungal ribosomal rna genes for phylogenetics. In: PCR Protocols: a Guide to Methods and Applications. 1990, S. 315–322, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 28. Dezember 2013; abgerufen am 23. Juni 2024.
13. M. Gardes, T. D. Bruns: ITS primers with enhanced specificity for basidiomycetes–application to the identification of mycorrhizae and rusts. In: Molecular ecology. Band 2, Nummer 2, April 1993, S. 113–118. PMID 8180733.
14. PCR Protocols: a Guide to Methods and Applications
15. Daniel L. Nickrent, Kevin P. Schuette, Ellen M. Starr: A Molecular Phylogeny of Arceuthobium (Viscaceae) Based on Nuclear Ribosomal DNA Internal Transcribed Spacer Sequences. In: American Journal of Botany. Band 81, Nr. 9, 1. Januar 1994, S. 1149–1160, doi:10.2307/2445477, JSTOR:2445477.
16. E. S. Buckler, T. P. Holtsford: Zea systematics: ribosomal ITS evidence. In: Molecular Biology and Evolution. Band 13, Nr. 4, 1. April 1996, ISSN 0737-4038, S. 612–622, PMID 8882504 (englisch, oxfordjournals.org).
17. Emmanuel J. P. Douzery, Alec M. Pridgeon, Paul Kores, H. P. Linder, Hubert Kurzweil, Mark W. Chase: Molecular phylogenetics of Diseae (Orchidaceae): a contribution from nuclear ribosomal ITS sequences. In: American Journal of Botany. Band 86, Nr. 6, 1. Juni 1999, ISSN 0002-9122, S. 887–899, PMID 10371730 (englisch, amjbot.org).
18. Peter H. H. Weekers, Johan F. De Jonckheere, Henri J. Dumont: Phylogenetic Relationships Inferred from Ribosomal ITS Sequences and Biogeographic Patterns in Representatives of the Genus Calopteryx (Insecta: Odonata) of the West Mediterranean and Adjacent West European Zone. In: Molecular Phylogenetics and Evolution. Band 20, Nr. 1, 1. Juli 2001, S. 89–99, doi:10.1006/mpev.2001.0947 (sciencedirect.com).
19. Y.-C. Chen, J. D. Eisner, M. M. Kattar, S. L. Rassoulian-Barrett, K. Lafe, A. P. Limaye, B. T. Cookson: Polymorphic Internal Transcribed Spacer Region 1 DNA Sequences Identify Medically Important Yeasts. In: J. Clin. Microbiol. Band 39, Nr. 11, 2001, S. 4042–4051, doi:10.1128/JCM.39.11.4042-4051.2001, PMID 11682528, PMC 88485 (freier Volltext).
20. Trevor R. Hodkinson, Mark W. Chase, Dolores M. Lledó, Nicolas Salamin, Stephen A. Renvoize: Phylogenetics of Miscanthus, Saccharum and related genera (Saccharinae, Andropogoneae, Poaceae) based on DNA sequences from ITS nuclear ribosomal DNA and plastid trnL intron and trnL-F intergenic spacers. In: Journal of Plant Research. Band 115, Nr. 5, ISSN 0918-9440, S. 381–392, doi:10.1007/s10265-002-0049-3 (englisch, springer.com).
21. Nina Rønsted, Mark W. Chase, Dirk C. Albach, Maria Angelica Bello: Phylogenetic relationships within Plantago (Plantaginaceae): evidence from nuclear ribosomal ITS and plastid trnL-F sequence data. In: Botanical Journal of the Linnean Society. Band 139, Nr. 4, 1. August 2002, ISSN 1095-8339, S. 323–338, doi:10.1046/j.1095-8339.2002.00070.x (englisch, wiley.com).
22. K. Feldberg, H. Groth, R. Wilson, A. Schäfer-Verwimp, J. Heinrichs: Cryptic speciation in Herbertus (Herbertaceae, Jungermanniopsida): Range and morphology of Herbertus sendtneri inferred from nrITS sequences. In: Plant Systematics and Evolution. Band 249, Nr. 3–4, 4. November 2004, ISSN 0378-2697, S. 247–261, doi:10.1007/s00606-004-0221-4 (englisch, springer.com).
23. Nathan P. Havill, Christopher S. Campbell, Thomas F. Vining, Ben LePage, Randall J. Bayer, Michael J. Donoghue: Phylogeny and Biogeography of Tsuga (Pinaceae) Inferred from Nuclear Ribosomal ITS and Chloroplast DNA Sequence Data. In: Systematic Botany. Band 33, Nr. 3, 1. Juli 2008, S. 478–489, doi:10.1600/036364408785679770 (ingentaconnect.com).
24. Suzanne I. Warwick, Klaus Mummenhoff, Connie A. Sauder, Marcus A. Koch, Ihsan A. Al-Shehbaz: Closing the gaps: phylogenetic relationships in the Brassicaceae based on DNA sequence data of nuclear ribosomal ITS region. In: Plant Systematics and Evolution. Band 285, Nr. 3–4, 13. April 2010, ISSN 0378-2697, S. 209–232, doi:10.1007/s00606-010-0271-8 (englisch, springer.com).
25. Michael D. Pirie, E. G. H. Oliver, Dirk U. Bellstedt: A densely sampled ITS phylogeny of the Cape flagship genus Erica L. suggests numerous shifts in floral macro-morphology. In: Molecular Phylogenetics and Evolution. Band 61, Nr. 2, 1. November 2011, S. 593–601, doi:10.1016/j.ympev.2011.06.007 (sciencedirect.com).
26. L. M. Boykin, M. K. Schutze, M. N. Krosch, A. Chomič, T. A. Chapman, A. Englezou, K. F. Armstrong, A. R. Clarke, D. Hailstones: Multi-gene phylogenetic analysis of south-east Asian pest members of the Bactrocera dorsalis species complex (Diptera: Tephritidae) does not support current taxonomy. In: Journal of Applied Entomology. Band 138, Nr. 4, 1. Mai 2014, ISSN 1439-0418, S. 235–253, doi:10.1111/jen.12047 (englisch, wiley.com).
27. Agnes Scheunert, Günther Heubl: Diversification of Scrophularia (Scrophulariaceae) in the Western Mediterranean and Macaronesia – Phylogenetic relationships, reticulate evolution and biogeographic patterns. In: Molecular Phylogenetics and Evolution. Band 70, 1. Januar 2014, S. 296–313, doi:10.1016/j.ympev.2013.09.023 (sciencedirect.com).
28. Tao Yang, Tian-lei Zhang, You-hao Guo, Xing Liu: Identification of Hybrids in Potamogeton: Incongruence between Plastid and ITS Regions Solved by a Novel Barcoding Marker PHYB. In: PLOS ONE. Band 11, Nr. 11, 17. November 2016, ISSN 1932-6203, S. e0166177, doi:10.1371/journal.pone.0166177, PMID 27855191, PMC 5113904 (freier Volltext) – (plos.org).