Plasticidade genômica de Drosophila willistoni, abordagem in situ e in silico

Abstract

Os elementos de transposição (TEs do inglês Transposable elements) estão ubiquamente presentes nos genomas eucarióticos e são bastante diversos. TEs são elementos genéticos capazes de mobilização cromossômica e replicaticativa em células germinativas, têm papel no tamanho e estrutura dos genomas, e também são uma extensa fonte de mutações e polimorfismos genéticos. Os elementos podem influenciar a expressão de genes, splicing alternativos e rearranjos cromossômicos. A origem dos TEs em eucariotos provavelmente ocorreu no ancestral desses organismos, e além disso a origem de superfamílias e famílias de TEs está associada a quimerismos e evolução modular. Os TEs devido a sua variabilidade, foram classificados de acordo com as moléculas responsáveis por sua mobilização e integração ao genoma. Abordamos neste estudo principalmente os elementos: 412 LTR- retrotransposon da Classe I; e os transposons de DNA hobo, BuT2 e mar da Superfamília hAT da Classe II. A tese tem como objetivo contribuir para o conhecimento sobre a presença, dinâmica e coevolução dos TEs e os genomas hospedeiros, em espécies predominantemente neotropicais de Drosophila. Com esse proposito, revisamos os estudos, principalmente os com abordagens evolutivas, que tiveram como organismo modelo Drosophila willistoni e as espécies do grupo willistoni. Realizamos uma detalhada pesquisa in silico para analisar os TEs hobo, BuT2 e mar nas espécies do grupo willistoni com genomas sequenciados disponíveis. Além disso, analisamos o número de cópias e a distribuição espacial desses mesmos TEs da superfamília hAT nos cromossomos politênicos de algumas linhagens de D. willistoni coletadas ao longo da distribuição geográfica da espécie. As linhagens de D. willistoni Gd-H4-1, WIP-4 e DSG12.00 foram usadas nas análises in situ; D. willistoni 00 e L17 foram utilizadas nas análises in silico; e D. willistoni Gd-H4-1 foi utilizada em ambas as análises. Por fim, por meio de análises in silico mostramos a presença e estrutura das cópias do retrotransposon 412 nos genomas sequenciados de dípteros. Nas espécies do grupo willistoni mostramos a presença e quantidade de fragmentos homólogos ao domínio da transcriptase reversa do LTR-retrotransposon 412 em espécies com genoma sequenciado e de populações naturais não sequenciadas do grupo willistoni. Na espécie D. willistoni, utilizando abordagem in situ, mostramos também, a distribuição do elemento 412 nos cromossomos politênicos da linhagem GD-H4-1. Além disso, identificamos a intricada evolução da linhagem 412/mdg1 nos genomas de dípteros.

The transposable elements (TEs) are obliquely present in eukaryotic genomes and are quite diverse. TEs are genetic elements capable of chromosomal and replicative mobilization in germ cells, they have a role in the size and structure of genomes, and are also an extensive source of mutations and genetic polymorphisms. The elements influence gene expression, alternative splicing and chromosomal rearrangements. The origin of TEs in eukaryotes probably occurred in the ancestor of these organisms, in addition, the origin of superfamilies and families of TEs is associated with chimerism and modular evolution. Due to their variability, TEs were classified according to the molecules responsible for their mobilization and integration into the genome. In this study, we focus mainly on the elements: 412 LTR- retrotransposon (Class I); and the hobo, BuT2 and mar DNA-transposons of the hAT superfamily (Class II). We aim to contribute to the knowledge about the presence, dynamics and coevolution of TEs and their host genomes, in predominantly Neotropical species of Drosophila. For this, we reviewed the studies, mainly studies with evolutionary approaches, which had as model organism Drosophila willistoni and the species of the willistoni group. We conducted an in-silico search to analyze hobo, BuT2, and mar TEs in available genomes of the willistoni group. We also, analyzed the copy number and spatial distribution of these same transposons of the hAT superfamily on polytene chromosomes of some D. willistoni strains collected along with the geographic distribution of the species. Further, D. willistoni Gd-H4-1, WIP-4 and SG12.00 strains were used for in-situ analyses; D. willistoni 00 and L17 strains were used for in-silico analysis; and D. willistoni Gd-H4-1 was used for both in-situ and insilico analyses. Finally, by using in-silico analysis, we showed the presence and structure of copies of retrotransposon 412 in sequenced dipteran genomes. In species of the willistoni group, we showed the presence and quantity of homologous fragments to the reverse transcriptase domain of LTRretrotransposon 412 in species with sequenced genomes and in unsequenced natural populations of the willistoni group. In the species D. willistoni, using an insitu approach, we also showed the distribution of element 412 in the polytene chromosomes of the lineage GD-H4-1. Furthermore, we identified the intricate evolution of the 412/mdg1 lineage in dipteran genomes.