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Título: IDENTIFICAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE ELEMENTOS RETROTRANSPONÍVEIS NO GENOMA DE ESPÉCIES DE ECHIMYIDAE (MAMMALIA: RODENTIA)
Autor: Soares, Simone
Orientador: Feldberg, Eliana
Palavras-chave: Elementos Transponíveis
LINE
SINE
evolução cariotípica
Elementos Retrotransponíveis
Echimyidae
Data do documento: 18-Mar-2024
Programa: Genética, Conservação e Biologia Evolutiva - GCBEv
Abstract: Transposable Elements (TEs) have been considered to be of fundamental importance for evolutionary divergence in mammals. Therefore, for the development of this research, rodents from the Echimyidae family (Gray 1825) were selected as study material, due to their diversity in taxonomic, ecological, morphological, adaptive and cytogenetic terms. Cytogenetic and molecular techniques were used to isolate, purify, clone and characterize, through sequencing, the sequences of the retroelements LINE-L1, SINE-B1, SINE-B4, SINE-MAR and SINE-THER that were used as probes for hybridization in metaphase chromosomes. The objective was to evaluate the evolutionary dynamics of retrotransposable elements between species, representatives of the different subfamilies of Echimyidae, namely: Dactylomys sp. (Dactylomyinae); Isothrix sp., Makalata sp. (Echimyinae); Proechimys sp., Mesomys sp., Thrichomys sp. and Trynomys sp. (Eumysopinae). The mapping of LINE-L1 and SINE-B1 in the genome of the species demonstrated that these retroelements remained in the karyotypes, in non-homeologous chromosomes. The similarities of L1 and B1 signals in non-homeologous chromosome pairs, mainly in centromeric and/or pericentromeric regions, indicate that rearrangements occurred during the diversification of karyotypes. These data revealed signal homeology of L1 and B1 sequences in Proechimys comprising four groups: (1) P. longicaudatus (2n = 28/FN = 46) and P. cuvieri (2n = 28/FN = 46), (2) P. guyannensis (2n = 46/FN = 50) and P. guyannensis (2n = 38/FN = 52), (3) P. gardneri (2n = 40/FN = 54), and (4) P. echinothrix ( 2n = 32/FN = 58). The cladogram proposed for the L1 and B1 sequences, composed of five subgroups with different degrees of similarity, reflects some of the taxonomic relationships proposed in the literature, for Echimyidae: D. dactylinus (2n = 94/FN = 134) and M. didelphoides ( 2n = 72/FN = 132) (tree spiny rats) were grouped together, as were M. hispidus (2n = 60/FN = 116) and I. pagurus (2n = 22/FN = 38) (tree spiny rats), T paratus (2n = 58/FN = 112), T. apereoides (2n = 28/FN = 50), and P. guyannensis (2n = 46/FN = 50) (spiny land rats). The distribution of L1 and B1 in fiber-FISH confirmed possible rearrangements, due to the diversification found in the fibers of different species. L1 and/or B1 blocks were coincident with constitutive heterochromatin (HC), in interstitial, terminal and/or centromeric regions of some chromosome pairs. The alternation of L1 and/or B1 in the centromeric heterochromatic sites of sex chromosomes may be associated with competition between copies of TEs in the genome. The presence of L1 and/or B1 blocks coinciding with HC may be associated with genome plasticity and chromatin remodeling. Already, TEs in regulatory regions may have been co-opted to enhance this effect, as demonstrated in this study with sites in the nucleolus organizing region (RON) in the Proechimys genome, as well as in all species, blocks of 18S rDNA were coincident with blocks of L1 in one of the homologues. The wide distribution of different SINEs in chromosomes demonstrated differentiation of these retroelements in Proechimys species. The signal from SINEs B4 and MAR was more explosive than that from SINEs B1 and THER, and involved centromeric/pericentromeric and terminal regions in most chromosomes. This explosion of SINEs is explained by the fact that these elements appear again many times in evolution. The SINEs signal was distributed in a varied and specific way in the genome of Proechimys species and may be related to the karyotypic evolution of this genus. The clusters formed from the LINE-L1 and SINE-B1 sequences suggest that these retroelements may be correlated with differentiation patterns in this family and may provide insights into the evolutionary relationships between taxa and TEs
Resumo: Elementos Transponíveis (TEs) têm sido considerados como de fundamental importância para a divergência evolutiva em mamíferos. Desse modo, para o desenvolvimento desta pesquisa foi selecionado, como material de estudo, roedores da família Echimyidae (Gray 1825), em virtude de sua diversidade em termos taxonômicos, ecológicos, morfológicos, adaptativos e citogéneticos. Foram utilizadas técnicas citogenéticas e moleculares para isolar, purificar, clonar e caracterizar, por meio de sequenciamento, as sequências dos retroelementos LINE-L1, SINE-B1, SINE-B4, SINE-MAR e SINE-THER que foram usadas como sondas para hibridização nos cromossomos metafásicos. O objetivo foi avaliar a dinâmica evolutiva de elementos retrotranponíveis entre espécies, representantes das diferentes subfamílias de Echimyidae, a saber: Dactylomys sp. (Dactylomyinae); Isothrix sp., Makalata sp. (Echimyinae); Proechimys sp., Mesomys sp., Thrichomys sp. e Trynomys sp. (Eumysopinae). O mapeamento de LINE-L1 e SINE-B1 no genoma das espécies demonstrou que estes retroelementos mantiveram-se nos cariótipos, em cromossomos não homeólogos. As similaridades dos sinais de L1 e B1 nos pares cromossômicos não homeólogos, principalmente em regiões centroméricas e/ou pericentroméricas, indicam que rearranjos ocorreram durante a diversificação dos cariótipos. Estes dados revelaram homeologia de sinal das sequências de L1 e B1 em Proechimys compreendendo quatro grupos: (1) P. longicaudatus (2n = 28/FN = 46) e P. cuvieri (2n = 28/FN = 46), (2) P. guyannensis (2n = 46/FN = 50) e P. guyannensis (2n = 38/FN = 52), (3) P. gardneri (2n = 40/FN = 54), e (4) P. echinothrix (2n = 32/FN = 58). O cladograma proposto para as sequências de L1 e B1, composto por cinco subgrupos com diferentes graus de similaridade, reflete algumas das relações taxonômicas propostas na literatura, para Echimyidae: D. dactylinus (2n = 94/FN = 134) e M. didelphoides (2n = 72/FN = 132) (ratos espinhosos arbóreos) foram agrupados, assim como M. hispidus (2n = 60/FN = 116) e I. pagurus (2n = 22/FN = 38) (ratos espinhosos arbóreos), T. paratus (2n = 58/FN = 112), T. apereoides (2n = 28/FN = 50), e P. guyannensis (2n = 46/FN = 50) (ratos espinhosos terrestres). A distribuição de L1 e B1 na fiber-FISH confirmou possíveis rearranjos, devido á diversificação encontrada nas fibras das diferentes espécies. Blocos de L1 e/ou B1 foram coincidentes com heterocromatina constitutiva (HC), em regiões intersticiais, terminais e/ou centroméricas de alguns pares cromossômicos. A alternância de L1 e/ou B1 nos sítios heterocromáticos centroméricos dos cromossomos sexuais pode estar associada à competição entre cópias de TEs no genoma. A presença de blocos de L1 e/ou B1 coincidente com HC pode estar associada à plasticidade do genoma e remodelamento da cromatina. Já, TEs em regiões regulatórias podem ter sido cooptados para potencializar este efeito, como demonstrando neste estudo com sítios da região organizadora do nucléolo (RON) no genoma de Proechimys, assim como em todas as espécies, blocos do DNAr 18S foi coincidente com blocos de L1 em um dos homólogos. A ampla distribuição dos diferentes SINEs nos cromossomos demonstrou diferenciação destes retroelementos nas espécies de Proechimys. O sinal dos SINEs B4 e MAR foi mais explosivo que dos SINEs B1 e THER, e envolveu regiões centroméricas/pericentroméricas e terminais, na maioria dos cromossomos. Esta explosão de SINEs é explicada pelo fato destes elementos surgirem de novo muitas vezes na evolução. O sinal dos SINEs foi distribuído de forma variada e específica no genoma das espécies de Proechimys e podem estar relacionados com a evolução cariotípica deste gênero. Os clusters formados a partir das sequências de LINE-L1 e SINE-B1 sugere que estes retroelementos podem estar correlacionados com padrões de diferenciação nessa família e pode fornecer insights sobre as relações evolutivas entre táxons e TEs.
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