Research Article1 January 1983free access Conservation of RNA secondary structures in two intron families including mitochondrial-, chloroplast- and nuclear-encoded members. F. Michel F. Michel Centre de Génétique Moléculaire, Laboratoire Propre du Centre National de la Recherche Scientifique, associé à l'Université Pierre et Marie Curie, Gif-sur-Yvette, France. Search for more papers by this author B. Dujon B. Dujon Centre de Génétique Moléculaire, Laboratoire Propre du Centre National de la Recherche Scientifique, associé à l'Université Pierre et Marie Curie, Gif-sur-Yvette, France. Search for more papers by this author F. Michel F. Michel Centre de Génétique Moléculaire, Laboratoire Propre du Centre National de la Recherche Scientifique, associé à l'Université Pierre et Marie Curie, Gif-sur-Yvette, France. Search for more papers by this author B. Dujon B. Dujon Centre de Génétique Moléculaire, Laboratoire Propre du Centre National de la Recherche Scientifique, associé à l'Université Pierre et Marie Curie, Gif-sur-Yvette, France. Search for more papers by this author Author Information F. Michel1 and B. Dujon1 1Centre de Génétique Moléculaire, Laboratoire Propre du Centre National de la Recherche Scientifique, associé à l'Université Pierre et Marie Curie, Gif-sur-Yvette, France. The EMBO Journal (1983)2:33-38https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01376.x PDFDownload PDF of article text and main figures. ToolsAdd to favoritesDownload CitationsTrack CitationsPermissions ShareFacebookTwitterLinked InMendeleyWechatReddit Figures & Info Two families of fungal mitochondrial introns that include all known sequences have been recognized. These families are now extended to incorporate a plant mitochondrial intron and several introns in chloroplast- and nuclear-encoded rRNA and tRNA precursors. Members of the same family share distinctive sequence stretches and a number of potential RNA secondary structures that would bring these stretches and the intron-exon junctions into relatively close proximity. Using several of these introns which have been extensively studied by either biochemical or genetic means, an attempt is made to integrate the available data into a common picture. Previous ArticleNext Article Volume 2Issue 11 January 1983In this issue RelatedDetailsLoading ...

Les séquences complètes de neuf introns mitochondriaux de Saccharomyces cerevisiae ont déjà été publiées, révélant la présence de longues phases de lecture protéique chez six d'entre eux. Nous avons récement déterminé la séquence d'un intron inséré dans le gros RNA ribosomique mitochondrial de Kluyveromyces thermotolerans (Jacquier et al., en préparation). Cette séquence est étroitement apparentée à celle de l'intron correspondant de S. cerevisiae, donnée qui nous a conduit à rechercher systématiquement d'éventuels éléments homologues dans les autres séquences introniques disponibles, au moyen de programmes d'ordinateur spécialement conçus pour cette tâche. Nous avons ainsi découvert que l'évolution des introns mitochondriaux des champignons avait respecté diverses courtes séquences ainsi qu'un nombre inattendu d'hélices potentielles. Sept au moins des séquences disponibles peuvent être repliées selon un ensemble complexe de structures secondaires s'organisant autour d'un cœur essentiellement invariable. Ces modèles: 1) comportent une longue boucle périphérique constituée par l'ensemble ou la plus grande partie de la phase de lecture; 2) rapprochent considérablement les jonctions intron-exon l'une de l'autre. Ces résultats, ainsi que leurs implications pour le mécanisme de l'épissage, sont discutés dans le cadre des données génétiques et biochimiques actuellement disponibles. The complete sequences of nine Saccharomyces cerevisiae mitochondrial introns, six of which carry long open reading frames, have already been published. We have recently determined the sequence of an intron in the large ribosomal mitochondrial RNA of Kluyveromyces thermotolerans (Jacquier et al., in preparation), which we found to be closely related to its S. cerevisiae counterpart. This latter result prompted us to undertake a systematic search for possible homologous elements in the other, available sequences with the help of an original computer program. A previously unsuspected wealth of evolutionarily conserved sequences and secondary structures was thus uncovered. Seven at least of the available sequences may be folded up into elaborate secondary structure models, the cores of which are nearly identical. These models result in bringing together the exon-intron junctions into relatively close spatial proximity and looping out either all or most of the sequences in open reading frame, when present. These results and their possible implications with respect to the mechanism of splicing are discussed in the light of available genetic and biochemical data.

The mitochondrial intron-encoded endonuclease I-SceI of Saccharomyces cerevisiae has an 18-bp recognition sequence and, therefore, has a very low probability of cutting DNA, even within large genomes.We demonstrate that double-strand breaks can be initiated by the I-SceI endonuclease at a predetermined location in the mouse genome and that the breaks can be repaired with a donor molecule homologous with regions flanking the breaks.This induced homologous recombination is approximately 2 orders of magnitude more frequent than spontaneous homologous recombination and at least 10 times more frequent than random integration near an active promoter.As a consequence of induced homologous recombination, a heterologous novel sequence can be inserted at the site of the break.This recombination can occur at a variety of chromosomal targets in differentiated and multipotential cells.These results demonstrate homologous recombination involving chromosomal DNA by the double-strand break repair mechanism in mammals and show the usefulness of very rare cutter endonucleases, such as I-SceI, for designing genome rearrangements.

Summary

 The intron of the mitochondrial 21S rRNA gene of Saccharomyces cerevisiae possesses a long internal reading frame (ORF) that is conserved in various yeast species. In crosses between intron-plus and intron-minus variants, this intron determines a specific gene conversion phenomenon, which results in the integration of the intron sequence within all previously intron-minus copies of the gene. We show, from a frameshift mutant within the intron this ORF and from the need of mitochondrial protein synthesis, that ORF encodes a protein active in the gene conversion that spreads the intron within populations of interbreeding strains. This new intron function is reminiscent of the "transposase" encoded by mobile genetic elements and is discussed in relation to other intron functions.

Abstract

 The complete nucleotide sequence has been determined for the intron, its junctions and the flanking exon regions of the 21S rRNA gene in three genetically characterized strains differing by their ω alleles (ω⁺, ω⁻ and ωⁿ) and by their chloramphenicol-resistant mutations at the rib-1 locus. Comparison of these DNA sequences shows that: —ω⁺ differs from ω⁻ and ωⁿ by the presence of the intron (1143 bp), as well as by a second and unexpected mini-insert (66 bp) located 156 bp upstream within the exon, whose nature and functions are still unknown but whose striking palindromic structure may suggest a mitochondrial transposable element. —The two mutations C₃₂₁^R and C₃₂₃^R correspond to two different monosubstitutions, 56 bp apart in the ω⁻ and ωⁿ strains but separated by the intron in the ω⁺ strains. In relation to previous genetic results, a model is discussed assuming that the interactions of two different regions or genetic loci determine the chloramphenicol resistance, one of which contains the ωⁿ mutations. —A long uninterrupted coding sequence able to specify a 235 amino acid polypeptide exists within the intron. This remarkable observation gives new insight into the origin of the mitochondrial introns and raises the question of the possible functions of intron-encoded polypeptides. Finally, sequence comparisons with evolutionarily distant organisms, showing that different rRNA introns are inserted at different positions of an otherwise highly conserved region of the gene, suggest a recent insertion of these introns and a mechanism for splicing after the assembly of the large ribosomal subunit.

Genomic double-strand breaks (DSBs) are key intermediates in recombination reactions of living organisms. We studied the repair of genomic DSBs by homologous sequences in plants. Tobacco plants containing a site for the highly specific restriction enzyme I-Sce I were cotransformed with Agrobacterium strains carrying sequences homologous to the transgene locus and, separately, containing the gene coding for the enzyme. We show that the induction of a DSB can increase the frequency of homologous recombination at a specific locus by up to two orders of magnitude. Analysis of the recombination products demonstrates that a DSB can be repaired via homologous recombination by at least two different but related pathways. In the major pathway, homologies on both sides of the DSB are used, analogous to the conservative DSB repair model originally proposed for meiotic recombination in yeast. Homologous recombination of the minor pathway is restricted to one side of the DSB as described by the nonconservative one-sided invasion model. The sequence of the recombination partners was absolutely conserved in two cases, whereas in a third case, a deletion of 14 bp had occurred, probably due to DNA polymerase slippage during the copy process. The induction of DSB breaks to enhance homologous recombination can be applied for a variety of approaches of plant genome manipulation.

the Students of the 111" Cycle de Gknktique Approfondie.All of them have freely communicated their unpublished results to us and have contributed to many discussions during the course of the preparation of