Dissertação
Diferenciação genômica e evolução dos cromossomos sexuais em espécies de Omophoita (alticinae) por meio da análise do satelitoma e pintura cromossômica.
Registro en:
VIDAL, Jhon Alex Dziechciarz. Diferenciação Genômica e Evolução dos Cromossomos Sexuais em Espécies de Omophoita (Alticinae) por meio da Análise do Satelitoma e Pintura Cromossômica. 2022. Dissertação (Mestrado em Ciências Biológicas) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2022.
Autor
Vidal, Jhon Alex Dziechciarz
Institución
Resumen
Molecular cytogenetics analysis and next-generation sequencing (NGS) has been
used on few species of Coleoptera. Despite this, there are about 4,800 species
analyzed cytogenetically. The beetles include about 380,000 species, among the
coleoptera, a group that has been studied are the Oedionychina (Chrysomelidae,
Alticinae, Oedionychini). Based on previous research, Oedionychina has shown to
have a conserved karyotype, with few species that differ from the basal karyotype
(2n=22=10II+X+y), being the only of the class Insecta that possess giant sex
chromosomes. Analyses performed in some Oedionychina species have shown that
despite their karyotype is structurally and numerically conserved, they have great
heterogeneity in relation to banding pattern and location of repetitive DNAs, especially
on the sex chromosomes. The objective of this work was to understand the process of
differentiation and evolution of sex chromosomes in species of the genus Omophoita,
using genomic and chromosomal comparisons. This is the first analysis using GCH
(Comparative genomic hybridization) and chromosome painting in Coleoptera and the
first comparison of satellite DNA content between sexes in beetles. Comparative
intraspecific analysis with CGH performed in O. octoguttata resulted in high genomic
similarity between the sexes, only one region with stronger labeling on the Y
chromosome was identified, probably the sex-specific region of the male. Comparison
with CGH among Omophoita species resulted in a high degree of genomic divergence,
showing few sites with shared regions between species. Chromosome painting
revealed a high degree of intraspecific and interspecific similarity of the X and Y sex
chromosomes. Thus, inferences from chromosome painting may indicate that the sex
chromosomes arose from an autosomal pair, and show little molecular differentiation
between them. The description of the satellitome in O. octoguttata for male and female
resulted in the largest insect satellite found so far. Identification of enriched satellites
in the male genome and possibly absent in the female genome, may be associated
with sex chromosomes, and involved in their differentiation. In addition, the similarities
of some satellites with regions of larger satellites were verified, in order to make
evolutionary inferences about the evolution of the satellitome in O. octoguttata. Finally,
using low coverage sequencing of the O. octoguttata genome, the mitochondrial
genome of the species was assembled. Furthermore, using this data with
mitochondrial genomes deposited at Genbank/NCBI, a phylogenetic tree of Alticinae
was constructed, which recovered its monophyly as a sister group of Galerucinae. Análises utilizando citogenética molecular e sequenciamento de nova geração (NGS)
tem sido utilizado em poucas espécies de Coleoptera, mesmo tendo cerca de 4.800
espécies analisadas citogeneticamente. Os besouros abrangem cerca de 380.000
espécies, agrupadas em diversos níveis taxonômicos, dentre os coleópteras, um
grupo que tem sido estudado são os Oedionychina (Chrysomelidae, Alticinae,
Oedionychini), e com base em pesquisas anteriores tem demonstrado possuir
cariótipo conservado, com poucas espécies que diferem do cariótipo basal
(2n=22=10II+X+y), sendo os únicos da classe Insecta que possuem cromossomos
sexuais gigantes. Análises realizadas em algumas espécies de Oedionychina tem
demonstrado que apesar do seu cariótipo ser conservado estruturalmente e
numericamente, eles possuem grande heterogeneidade em relação a padrão de
bandamento e localização dos DNAs repetitivos, principalmente nos cromossomos
sexuais. O objetivo deste trabalho objetivo foi entender o processo de diferenciação e
evolução dos cromossomos sexuais em espécies do gênero Omophoita, por meio da
comparação e diferenciação genômica e cromossômica. Foi realizado nesta pesquisa
a primeira análise utilizando GCH e pintura cromossômica em Coleoptera e a primeira
comparação do conteúdo de DNA satélite entre os sexos em besouros. A análise
comparativa intraespecífica com CGH realizada em O. octoguttata resultou em alta
similaridade genômica entre os sexos, sendo identificado apenas uma região com
marcação mais forte no cromossomo Y, possivelmente está sendo a região sexo-
específica do macho. A comparação com CGH entre espécies de Omophoita resultou
em alto grau de divergência genômica entre as espécies, demonstrando poucos locais
com regiões compartilhadas entre as espécies. A pintura cromossômica revelou alto
grau de similaridade intra e interespecífica dos cromossomos sexuais X e Y. Assim,
inferências realizadas a partir da pintura cromossômica pode indicar que os
cromossomos sexuais surgiram a partir de um par autossômico, e apresentam pouca
diferenciação molecular entre eles. A descrição do satelitoma em O. octoguttata para
macho e fêmea resultou no maior satélite de insetos encontrado até o momento, na
identificação de satélites enriquecidos no genoma do macho e possivelmente
ausentes no genoma da fêmea, que podem estar associados aos cromossomos
sexuais, e assim, ser cromossomo específico, podendo estes, estarem envolvidos na
diferenciação dos cromossomos sexuais. Além disso, foi verificado a semelhança de
sequência de alguns satélites com regiões de satélites maiores, podendo assim,
realizar inferências evolutivas sobre a evolução do satelitoma em O. octoguttata.
Como parte da dissertação, utilizando o sequenciamento de baixa cobertura do
genoma de O. octoguttata para a descrição do satelitoma, foi montado o genoma
mitocondrial (mitogenoma) da espécie, que resultou em um genoma circular completo.
Além disso, utilizando este dado em conjunto com genomas mitocondriais
depositados no Genbank/NCBI, foi montado uma árvore filogenética de Alticinae, que
recuperou sua monofilia como grupo irmão de Galerucinae.