Evolução molecular de genes de receptores olfativos em genomas de anfíbios anuros

Abstract

Resumo: O olfato é essencial para a sobrevivência dos animais. Moléculas odoríferas espalhadas pelo ambiente são detectadas por receptores olfativos (ORs), os quais constituem uma das maiores famílias multigênicas em vertebrados. A identificação do repertório completo de genes OR de uma espécie é feita através de ferramentas de bioinformática e sua composição varia entre as espécies. Anfíbios constituem um grupo especial, não somente por possuírem vida dupla (larval e adulta), mas por possuírem grupos de genes OR tanto para a detecção de odores encontrados no ar, quanto no ambiente aquático. Utilizando scripts e ferramentas de bioinformática, nós identificamos o repertório completo de genes OR de 28 espécies de anuros e analisamos a dinâmica evolutiva desses genes em um contexto evolutivo, assim como seus padrões de organização cromossômica. Todas as espécies mantêm genes dos grupos OR do Tipo 1 e Tipo 2, com exceção de ? (zeta), exclusivamente observados em peixes, e a composição varia grandemente entre espécies, sendo o genoma de Engystomops pustulosus mais abundante em cópias de genes OR no grupo ? (gamma), evidenciando um alto nível de expansão de número de cópias seguida com uma ampla dispersão de singletons e clusters de sequências entre os cromossomos deste cariótipo. Análises envolvendo espécies do gênero Xenopus revelaram a presença de 534 cópias ortólogas altamente conservadas a pelo menos 48 milhões de anos (OGGs – ortholog gene groups), que correspondem a quantidade de genes OR potencialmente observadas no ancestral do gênero Xenopus. Nossos dados revelam o papel de rearranjos intragenômicos e o papel do fracionamento de genes como origem dos padrões de de perdas e ganhos de OGGS na evolução do repertório de ORs em espécies de origem diplóide e alopoliplóide. Por fim, nosso estudo adiciona a identificação inédita do repertório OR de 13 espécies de anuros e auxilia na compreensão da dinâmica evolutiva dessa família multigênica em anfíbios anuros.

Abstract: Olfaction is essential for the survival of animals. Odorous molecules scattered throughout the environment are detected by olfactory receptors (ORs), which constitute one of the largest multigene families in vertebrates. Identifying the complete repertoire of OR genes in a species is done through bioinformatics tools, and its composition varies among species. Amphibians are a special group, not only because they have a dual life (larval and adult), but also because they have OR gene groups for detecting odors both in the air and in the aquatic environment. Using bioinformatics scripts and tools, we identified the complete repertoire of OR genes in 28 species of anurans and analyzed the evolutionary dynamics of these genes in an evolutionary context, as well as their chromosomal organization patterns. All species retain genes from Type 1 and Type 2 OR groups, with the exception of ? (zeta), which is exclusively observed in fishes, and the composition varies greatly among species. The genome of Engystomops pustulosus is particularly rich in copies of genes from the ? (gamma) group, demonstrating a high level of copy number expansion followed by widespread dispersal of singletons and sequence clusters across the chromosomes of this karyotype. Analyses involving species of the Xenopus genus revealed the presence of 534 highly conserved orthologous copies that have been maintained for at least 48 million years (OGGs - orthologous gene groups), corresponding to the number of OR genes potentially present in the ancestral Xenopus genus. Our data reveal the role of intragenomic rearrangements and gene fractionation in the origin of patterns of gain and loss of OGGs in the evolution of the OR repertoire in diploid and allopolyploid amphibian species. Finally, our study provides the previously undocumented identification of the OR repertoire in 13 anuran species and contributes to our understanding of the evolutionary dynamics of this multigene family in anuran amphibians.