Dissertação
Variação genômica em Paracheirodon axelrodi (Schultz, 1956) (Characiformes: Characidae)
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Resumo
Dentro da ordem Characiformes, Characidae é a maior e a mais diversa família de peixes da
região Neotropical e representa mais de 50% do total da diversidade taxonômica descrita para a
ordem. São nos igarapés, igapós e campos interfluviais ao longo das bacias dos rios Negro e
Orinoco que são encontradas naturalmente uma das espécies mais emblemáticas do aquarismo
mundial: o tetra cardinal Paracheirodon axelrodi. Milhões de indivíduos são exportados todos os
anos de seus países de origem. Entretanto, as consequências desta extração ainda não são claras do
ponto de vista populacional e genético. Além disso, distúrbios climáticos regionais e globais
tornam o futuro da espécie incerto. Assim, o objetivo deste trabalho foi gerar um genoma de
referência para a espécie e fornecer dados preliminares que possam orientar estratégias de
avaliação e manejo das populações naturais e também servir como um timestamp do momento
atual em que a espécie se encontra para futuras comparações nas próximas décadas. Cinco
amostras coletadas em ambientes naturais, georreferenciadas e depositadas em coleções biológicas
do Brasil foram sequenciadas através do método PCR Free Whole Genome Sequencing. A partir
dos dados brutos do sequenciamento, utilizamos pipelines de bioinformática para (1) a montagem
De Novo e anotação dos mitogenomas e (2) mapeamento de leituras ao genoma de referência do
tetra mexicano Astyanax mexicanus. Através da metodologia De Novo, obtivemos cinco genomas
mitocondriais circulares com tamanho médio de 16.891 ± 92 pb, com características e organização
típica de outros mitogenomas de peixes teleósteos. A anotação dos mitogenomas obtidos revelou
diferenças em relação aos mitogenomas de P. axelrodi já disponíveis no GenBank, como nos
tamanhos dos genes COX2 e CYTB e a presença de 3 a 11 elementos repetitivos na extremidade 5’
da região controle do DNA mitocondrial, que podem ser tanto devido a uma variação populacional
ou a dificuldade dos algoritmos de bioinformática em lidar com sequências repetitivas. Através do
mapeamento ao genoma do tetra mexicano, cerca de 75% das leituras foram mapeadas para as
cinco amostras (~ 17,3 Gigabases) e cobrem cerca de 35% da extensão total do genoma do tetra
mexicano (1,4 Gigabases). As análises de estrutura populacional a partir dos SNPs indicam haver
estrutura entre as localidades amostradas – Santa Isabel do Rio Negro e Barcelos – onde valores de
FST são da ordem de 10% e valores de K estiveram entre 4 a 5. A demografia histórica da espécie
também foi estimada, indicando um brusco declínio do tamanho efetivo populacional após o
último máximo interglacial em seguida de um constante declínio ao longo do último período
glacial, sem haver uma recuperação evidente durante o Holoceno.
Abstract:
Within the order Characiformes, Characidae is the largest and most diverse family of fish in
the Neotropical region and represents more than 50% of the total taxonomic diversity described for
the order. It is in the streams, seasonally flooded forests and interfluvial fields along the basins of
the Negro and Orinoco rivers that one of the most emblematic species in freshwater fishkeeping is
found: the cardinal tetra Paracheirodon axelrodi. Millions of individuals are exported every year
from their countries of origin. However, the consequences of this extraction are still unclear from a
population and genetic point of view. Furthermore, regional and global climate disturbances make
the future of the species uncertain. Thus, the objective of this work was to generate a reference
genome for the species and provide preliminary data that can guide assessment and management
strategies for natural populations and also serve as a timestamp of the current situation in which the
species finds itself for future comparisons in the coming decades. Five samples collected in natural
environments, georeferenced and deposited in biological collections in Brazil were sequenced using
the PCR Free Whole Genome Sequencing method. From the raw sequencing data, we used
bioinformatics pipelines to (1) De Novo assembly and annotate mitogenomes and (2) map reads to
the reference genome of the Mexican tetra Astyanax mexicanus. Through De Novo assembly
methodology we obtained five circular mitogenomes with an average size of 16,891 ± 92 bp, with
characteristics and organization typical of other teleost fish mitogenomes. The annotation of the
mitogenomes revealed differences in relation to the mitogenomes of P. axelrodi already available in
GenBank, such as the lengths of the COX2 and CYTB genes and the presence of 3 to 11 repetitive
elements at the 5' end of the mitochondrial DNA control region, which may be due either to
population variation or the difficulty of bioinformatics algorithms to deal with repetitive sequences.
Through the reference-guided methodology, about 75% of the five sample’s reads (~17.3
Gigabases) were mapped to the Mexican tetra genome, covering about 35% of its total length (1.4
Gigabases). Population structure analyses based on SNPs indicate that there is structure between the
sampled locations – Santa Isabel do Rio Negro and Barcelos – where FST values are in the order of
10% and K values were between 4 and 5. The historical demography of the species was also
estimated, indicating a sharp decline in effective population size after the Last Interglacial followed
by a constant decline throughout the Last Glacial period, without an evident recovery during the
Holocene.
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