Mobile Group II Introns as Ancestral Eukaryotic Elements

Abstract

The duality of group II introns, capable of carrying out both self-splicing and retromobility reactions, is hypothesized to have played a profound role in the evolution of eukaryotes. These introns likely provided the framework for the emergence of eukaryotic retroelements, spliceosomal introns and other key components of the spliceosome. Group II introns are found in all three domains of life and are therefore considered to be exceptionally successful mobile genetic elements. Initially identified in organellar genomes, group II introns are found in bacteria, chloroplasts and mitochondria of plants and fungi, but not in nuclear genomes. Although there is no doubt that prokaryotic and organellar group II introns are evolutionary related, there are remarkable differences in survival strategies between them. Furthermore, an evolutionary relationship of group II introns to eukaryotic retroelements, including telomeres, and spliceosomes is unmistakable.

Origins and Evolution of the Global RNA Virome

“…More specifically, the highest similarity is observed between the ϩRNA virus RdRps and the RTs of group II introns. These introns are widespread retrotransposons in prokaryotes that are thought to be ancestral to the RTs of all other retrotransposons as well as retroviruses and pararetroviruses (recently jointly classified as the order Ortervirales) of eukaryotes (27)(28)(29)(30).…”

Group II Intron RNPs and Reverse Transcriptases: From Retroelements to Research Tools

“…Group II introns are self-splicing RNAs and mobile retroelements that occupy a pivotal evolutionary niche as putative ancestors of spliceosomal introns and the spliceosome, retrotransposons, telomerase, and retroviruses (Lambowitz and Belfort 2015;Novikova and Belfort 2017). They also are important genome editing tools (Enyeart et al 2014) and the source of reverse transcriptases (RTs) that have broad application in high-throughput characterization of RNAs (Mohr et al 2013b).…”

Mechanizmy utraty i nabywania intronów spliceosomalnych

“…Introny samowycinające się to rybozymy, które przyjmują stabilną, konserwowaną strukturę drugo-i trzeciorzędową, umożliwiającą ich autokatalityczne wycięcie z pre-RNA bez udziału dodatkowych czynników enzymatycznych. Niemniej w warunkach fizjologicznych ten proces jest często wspomagany przez białka [15]. Introny samowycinające się zostały podzielone na trzy grupy.…”

“…W toku ewolucji przodka LECA mógł nastąpić transfer intronów organellarnych do genomu gospodarza, a następnie ich rozprzestrzenienie się [36]. Za wystąpienie tego zjawiska mogło odpowiadać wiele czynników; przodek ten najprawdopodobniej nie miał mechanizmów obronnych przed namnażaniem się retroelementów [15]. Wobec tego, po nagromadzeniu bardzo dużej liczby intronów w genomie jądrowym, zapewne nastąpiła ich wzmożona utrata -gdyż obecność zbyt wielu wtrąconych elementów mogła okazać się niekorzystna i prowadzić do zmniejszenia przeżywalności organizmu [34].…”