Análise do sequenciamento em larga escala do genoma de Apareiodon sp. na caracterização e localização in situ de elementos repetitivos

Abstract

Resumo: Nas últimas décadas os avanços na Era Genômica têm impulsionado uma compreensão mais detalhada dos principais constituintes do material genético e possibilitado investigações com diferentes abordagens, principalmente no que se refere aos elementos repetitivos. Recentemente, um representante da família de peixes Parodontidae, portador de cromossomos sexuais ZW (Apareiodon sp.), teve o genoma sequenciado. A anotação evidenciou que a fração repetitiva compõe 36% do genoma de Apareiodon sp. A análise das sequências demonstrou uma grande diversidade de elementos, com 56 superfamílias de elementos transponíveis (TEs) e 20 tipos de expansões microssatélites, os quais ainda são poucos explorados e compreendidos quanto a sua estrutura e função. Este estudo teve por objetivo a caracterização molecular dos TEs Gypsy e En/Spm e sua distribuição no genoma de Apareiodon sp., com enfoque especial na evolução cariotípica e origem dos cromossomos sexuais em Parodontidae. Nossos dados evidenciaram altas taxas de substituição nucleotídica e diferentes níveis de degeneração das regiões regulatórias e codificadoras nas sequências de Gypsy e En/Spm, sugerindo a inatividade destes elementos no genoma de Apareiodon sp. Em outra perspectiva, nossos dados de mapeamento cromossômico evidenciaram um acúmulo do elemento En/Spm e microssatélites (TA)n e (GA)n colocalizados no cromossomo sexual W em Parodontidade. A análise dos contigs contendo En/Spm permitiu inferir que sequências deste TE atuaram na gênese de expansões microssatélites e de um DNA satélite presentes nos cromossomos sexuais. Para estas repetições in tandem foram atribuídas uma possível coparticipação no processo de heterocromatização do cromossomo W e, consequentemente, na diferenciação dos cromossomos sexuais heteromórficos em Parodontidae. Em contrapartida, o elemento Gypsy parece não ter atuado neste processo, sem acúmulos diferenciais no cromossomo W. Possivelmente, a invasão genômica de Gypsy é remota e sua inatividade é anterior a origem dos cromossomos sexuais heteromórficos em Apareiodon sp. Em adição, uma evidência de co-opção molecular foi encontrada para Gypsy, onde detectamos o domínio íntegro de PNMA (antígenos paraneoplásicos Ma) interno as suas sequências. PNMA é derivada de Gypsy, mas até o momento foi encontrada apenas em mamíferos, sugerindo uma possível atuação de Gypsy em outros mecanismos moleculares no genoma de Apareiodon sp. Nossos dados mostraram a inatividade dos elementos Gypsy e En/Spm no genoma de Apareiodon sp. Contudo, o conjunto dos dados indicam uma importante atuação destes elementos na diversidade genômica e evolução cariotípica de Parodontidae. Palavras-chave: sequenciamento em larga escala, elemento transponível, co-opção molecular, cromossomo sexual heteromórfico W, DNA satélite.

Abstract: In the last decade the advances in the Genomic Age have impelled a more detailed understanding of the main constituents of the genetic material and made possible genomic investigations with different approaches, mainly with regard to the repetitive elements. Recently, a representative of the Parodontidae fish family, that presented ZW sex chromosomes (Apareiodon sp.), had the genome sequenced. The annotation showed that the repetitive fraction makes up 36% of the genome of Apareiodon sp. with wide diversity of elements (56 superfamilies of transposable elements (TEs) and 20 types of microsatellite expansions), and this sequences are still few explored and understood as to their structure and function. This study aimed at the molecular characterization of the Gypsy and En/Spm TEs and verify their distribution in the genome of Apareiodon sp., with a special focus on the karyotype evolution and origin of the sex chromosomes in Parodontidae. Our data evidenced high nucleotide substitution rates and different levels of degeneration of the regulatory and coding regions in the Gypsy and En/Spm sequences, suggesting the inactivity of these elements in the genome of Apareiodon sp. In another perspective, the chromosome mapping evidenced an accumulation of the En/Spm element and microsatellites (TA)n and (GA)n colocalized in the W sex chromosome in Parodontidae. The analysis of the En/Spm contigs contents allowed us to infer that sequences of this TE acted in the genesis of microsatellite expansions and of a satellite DNA present in the sex chromosomes. For these in-tandem repeats DNAs, a possible co-participation in the W sex chromosome heterochromatization and in the heteromorphic sex chromosomes differentiation into Parodontidae were attributed. On the other hand, the Gypsy element does not seem to have acted in the differential accumulations on the W sex chromosome. Possibly the genomic invasion of Gypsy is remote and its inactivity precedes the origin of the heteromorphic sex chromosomes in Apareiodon sp. In addition, evidence of molecular co-option was found for Gypsy, where we detected the complete domain of PNMA (paraneoplastic antigens Ma) in their sequences. PNMA is derived from Gypsy, but has so far been found only in mammals, suggesting a possible role of Gypsy in other molecular mechanisms in the genome of Apareiodon sp. Our data showed the inactivity of the Gypsy and En/Spm elements in the genome of Apareiodon sp. However, the data set indicate an important performance of these elements in the genomic diversity and karyotype evolution of Parodontidae. Key words: Next-generation sequencing, transposable element, molecular co-option, W chromosome, satellite DNA.