Was ist 18S rRNA?
18S ribosomale RNA (18S rRNA) ist ein Bestandteil der kleinen eukaryotischen ribosomalen Untereinheit (40S), und 40S und 60S bilden eukaryotische Ribosomen. Als Struktur-RNA für eukaryotische Ribosomen ist die 18S rRNA, das Homolog der 16S rRNA in Prokaryonten und Mitochondrien, somit einer der wesentlichen Bestandteile aller eukaryotischen Zellen. 18S rRNA-Gene, die für 18S rRNA kodieren, werden häufig für phylogenetische Analysen und das Screening der biologischen Vielfalt in der Umwelt verwendet.
Abbildung 1. Prokaryotisches 70S-Ribosom und eukaryotisches 80S-Ribosom.
18S rRNA als Marker für Biodiversitätsstudien
18S rRNA-Gen ist ein gängiger molekularer Marker für Biodiversitätsstudien, da es innerhalb der Arten hoch konserviert ist (Ähnlichkeiten von nahezu 100 %) und bei Analysen auf Artniveau hilft. Ähnlich wie die 16S rRNA hat das 18S rRNA-Gen neun variable Regionen (V1-V9). Frühere Studien testeten die taxonomische Auflösung des 18S rRNA-Gens auf verschiedenen taxonomischen Ebenen (Wu et al. 2015) und kamen zu folgenden Schlussfolgerungen: i. 18S rRNA-Sequenzen in voller Länge oder Teilregionen (um V2, V4 und V9) des 18S rRNA-Gens sind für die Unterscheidung von Proben sowohl auf Familien- als auch auf Ordnungsebene nützlich; ii. V9 hat eine höhere Auflösung auf Gattungsebene; iii. V4 ist die in der Länge am stärksten divergierende Region, die ein Markerkandidat für die phylogenetische Untersuchung von Acartia-Spezies wäre.
Nachdem wir 18S rRNA-Sequenzen erhalten haben, könnten diese für taxonomische Auflösungen und Diversitätsanalysen in eukaryotischen Gemeinschaften verwendet werden. Während die Sequenzierung des 16S rRNA-Gens Aufschluss über die bakterielle Vielfalt gibt, kann die Sequenzierung des 18S rRNA-Gens Aufschluss über die pilzliche Vielfalt geben. Die taxonomische Struktur prokaryontischer und eukaryontischer mikrobieller Gemeinschaften kann durch Sequenzierung von 16S- und 18S-rRNA-Genen bestimmt werden. Es ist von entscheidender Bedeutung, die ökologischen Nischen zu verstehen, die zur Entwicklung von Umweltpathogenen beitragen.
Was ist der Unterschied zwischen 18S rRNA und ITS in der Metagenomanalyse?
ITS (internal transcribed spacer region) befindet sich zwischen den 18S- und 5,8S rRNA-Genen und weist einen hohen Grad an Sequenzvariation auf. Ähnlich wie die 18S rRNA wird die ITS häufig in der Metagenomanalyse verwendet. Die 18S rRNA wird jedoch hauptsächlich für hochauflösende taxonomische Untersuchungen von Pilzen verwendet, während die ITS-Region hauptsächlich für Untersuchungen zur Pilzvielfalt als Pilz-Barcode-Marker eingesetzt wird. Im Vergleich zu 18S ist ITS variabler und daher als genetischer Marker zur Messung der intraspezifischen genetischen Vielfalt besser geeignet.
Abbildung 2. Schematische Darstellung der eukaryotischen rRNA-Gene.
Primer für 18S rRNA
Es gibt viele verfügbare Primer für 18S rRNA, wie in Tabelle 1 dargestellt. Mit den Primern NS1 und NS8 können wir eine größere Länge als 1.600 bp erhalten (die volle Länge der 18S rRNA beträgt etwa 1800 bp). Alternativ können 18S rRNA-Sequenzen, die in Datenbanken wie Silva (https://www.arb-silva.de/) und EukRef (http://eukref.org/) verfügbar sind, für das Primerdesign verwendet werden.
Tabelle 1. Primer für 18S rRNA (von der Berkeley University of California).
| Name | Primer Sequenz | Tm |
| NS1 | GTAGTCATATGCTTGTCTC | 49 |
| CNS1 | GAGACAAGCATATGACTACTG | 55 |
| NS2 | GGCTGCTGGCACCAGACTTGC | 65 |
| NS3 | GCAAGTCTGGTGCCAGCAGCC | 65 |
| NS4 | CTTCCGTCAATTCCTTTAAG | {62} |
| NS5 | AACTTAAAGGAATTGACGGAAG | 55 |
| NS6 | GCATCACAGACCTGTTATTGCCTC | {72} |
| NS7 | GAGGCAATAACAGGTCTGTGATGC | {72} |
| NS8 | TCCGCAGGTTCACCTACGGA | 59 |
| TW9 | TAAGCCATGCATGTCT | |
| TW10 | GCGGTAATTCCAGCTCC | |
| TW11 | GGAGTGGAGCCTGCGGCT | |
| TW12 | AAGTCGTAACAAGGTTT | 53 |
| CTW12 | AAACCTTGTTACGACTT | 53 |
| NS17 | CATGTCTAAGTTTAAGCAA | 55 |
| NS18 | CTCATTCCAATTACAAGACC | 60 |
| NS19 | CCGGAGAAGGAGCCTGAGAAAC | 74 |
| NS20 | CGTCCCTATTAATCATTACG | 61 |
| NS21-ag | GAATAATAGAATAGGACG | 50 |
| NS21-ls | AATATACGCTATTGGAGCTGG | |
| NS22 | AATTAAGCAGACAAATCACT | 57 |
| NS23 | GACTCAACACGGGAAACTC | 64 |
| NS24 | AAACCTTGTTACGACTTTTA | 58 |
| NS25 | GTGGTAATTCTAGAGCTAATACT | |
| CNS25 | ATGTATTAGCTCTAGAATTACCAC | |
| NS26 | CTGCCCTATCAACTTTCGA | |
| CNS26 | TCGAAAGTTGATAGGGCAG | |
| VANS1 | GTCTAGTATAATCGTTATACAGG | 57 |
| MB1 | GGAGTATGGTCGCAAGGCTG | |
| CMB1 | CAGCCTTGCGACCATACTCC | |
| MB2 | GTGAGTTTCCCCGTGTTGAG | 57 |
| Basid 1 | TTGCTACATGGATAACTGTG | 49 |
| Basid 2 | CTGTTAAGACTACAACGG | |
| Basid 3 | AGAGTGTTCAAAGCAGGC | |
| Basid 4 | CTCACTAAGCCATTCAATCGG | |
| NS1.5R | TCTAGAGCTAATACATGC(T/C)G | 52 |
| NS2.8R | GGCCCTCAAATCTAAGGATT | 53 |
| CNS2.8R | AATTTGCGCGCCTGCTGCAA | 57 |
| NS3.2R | CGTATATTAAAATTGTTGAC | 45 |
| CNS3.3R | GACTACGAGCTTTTTAACGT | 51 |
| CNS3.5R | TTTCGCAGTAGTTTGTCTTA | 49 |
| NS3.6R | CAAACTACTACTGCGAAAGCATC | 53 |
| CNS3.6R | AATGAAGTCATCCTTGGCAG | 53 |
CD Genomics ist bereit, zuverlässige 18S-Charakterisierungsdienste anzubieten, einschließlich 16S/18S/ITS-Amplikon-Sequenzierung mittels NGS und 16S/18S/ITS-Sequenzierung in voller Länge mittels PacBio SMRT-Technologie. Bitte kontaktieren Sie unsere Wissenschaftler für weitere Informationen.
- Berkeley University of California (https://nature.berkeley.edu/brunslab/tour/primers.html#18s)
- Buse H Y, Lu J, Lu X, et al. Microbial diversities (16S and 18S rRNA gene pyrosequencing) and environmental pathogens within drinking water biofilms grown on the common premise plumbing materials unplasticized polyvinylchloride and copper. FEMS microbiology ecology, 2014, 88(2): 280-295.
- Wu S, Xiong J, Yu Y. Taxonomische Auflösungen auf der Grundlage von 18S rRNA-Genen: eine Fallstudie zur Unterklasse der Copepoda. PloS one, 2015, 10(6): e0131498.