Identification of SNPs in genes potentially affected by domestication to efficiently detect hybridization between wild and domestic cats
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|---|---|
| Data de Publicação: | 2017 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10451/32065 |
Resumo: | Tese de mestrado em Biologia Evolutiva e do Desenvolvimento, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, em 2018 |
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Identification of SNPs in genes potentially affected by domestication to efficiently detect hybridization between wild and domestic catsHibridaçãoGato domésticoGato-bravoMarcadores diganósticosSNPTeses de mestrado - 2017Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Ciências BiológicasTese de mestrado em Biologia Evolutiva e do Desenvolvimento, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, em 2018A crescente desflorestação e expansão das áreas afectadas pela presença e actividade humana no planeta têm tido inúmeras consequências directas e indirectas na abundância e sobrevivência de espécies sensíveis aos impactos antropogénicos. Entre estas espécies em Portugal destaca-se o gato-bravo europeu (Felis silvestris silvestris). A fragmentação e a degradação do habitat e a perseguição e a caça pelo Homem obrigaram este carnívoro de médio porte a refugiar-se em áreas geográficas restritas, isoladas e dispersas da Europa. Uma ameaça adicional, críptica e ainda pouco estudada, e potencialmente uma grande ameaça à conservação do gato-bravo europeu, é o seu contacto e interacção com o gato doméstico (Felis catus ou Felis silvestris catus). O gato doméstico é um animal de estimação popular, com uma população mundial estimada em 600 milhões de indivíduos. Estudos anteriores concluíram que o gato doméstico é o resultado de gerações de seleção artificial iniciada em gatos-bravos na pré-história humana, existindo evidências arqueológicas de relações entre gatos e homens desde há 9500 anos. Análises genéticas sugeriram que a área de origem do gato doméstico terá sido o Cresceste Fértil no Médio Oriente, nos primórdios da agricultura e da pecuária, onde a função dos gatos seria principalmente de controlo de roedores. Desde essa altura até tempos recentes a seleção artificial no gato doméstico terá tido uma intensidade relativamente moderada, mas a partir do século XIX esta selecção intensificou-se e, por razões de preferências estéticas, gerou uma abundância de raças com diferentes cores e padrões de pelagem, ainda que mantendo em geral a morfologia anatómica típica da espécie ancestral. Além de outros potenciais impactos, incluindo ecológicos, comportamentais, parasitológicos e epidemiológicos, um maior contacto entre gatos domésticos e gatos-bravos, tendo em conta a raridade da segunda espécie, aumenta o risco de hibridação entre as duas espécies. Observações de campo e capturas de indivíduos têm demonstrado a existência de híbridos. Sendo estes férteis e capazes de hibridar com indivíduos parentais, a hibridação entre as duas espécies, especialmente se for comum ou frequente, pode assim constituir uma grave ameaça para o gato-bravo, uma vez que os retrocruzamentos entre híbridos e gatos-bravos puros podem levar à introgressão de genes de gato doméstico no genoma do gato-bravo. Este processo pode conduzir à quebra da integridade genética do gato-bravo e, em última análise, à extinção da espécie. Como o gato-bravo é um predador de topo em muitos ecossistemas, a sua extinção pode ter consequências graves nas cadeias tróficas e redes ecológicas. Por conseguinte, é importante implementar medidas de conservação para o gato-bravo. A fim de monitorizar, controlar e reduzir a hibridação, são necessários métodos que sejam capazes de distinguir gatos-bravos puros de híbridos. Os primeiros métodos propostos com este objectivo eram baseados em caracteres anatómicos ou morfológicos, especialmente medidas cranianas e padrões da pelagem. Contudo, vários estudos demonstraram a dificuldade em utilizar estes métodos, bem como a sua ineficiência em certos casos, devido à grande semelhança morfológica frequentemente observada entre gatos-bravos puros e híbridos. Consequentemente, tem crescido o interesse no desenvolvimento e aplicação de abordagens baseadas em marcadores moleculares. Um dos marcadores genéticos com resultados promissores neste contexto são os microssatélites, que são unidades de pequenas repetições da mesma sequência de nucleótidos (por exemplo, AGAGAGAG) e que têm elevadas taxas de mutação em comparação com outras regiões do genoma. Através do uso de microssatélites, foi possível avaliar o grau de hibridação em várias regiões europeias, desde países como a Itália e Alemanha em que as populações de gatos-bravos e gatos domésticos ainda se encontram bastante diferenciadas, até aos casos da Escócia e Hungria, onde os níveis de introgressão são elevados. No entanto, devido à sua elevada taxa mutacional, os microssatélites tendem a sofrer de homoplasia, o que pode levar à falsa detecção de híbridos e a dificuldades em identificar e distinguir híbridos de gerações diferentes e retrocruzamentos. Assim, as atenções têm-se voltado para outro tipo de marcador molecular potencialmente útil em estudos de hibridação e que, devido à sua baixa taxa de mutação têm menos problemas de homoplasia do que os microssatélites: os “single nucleotide polymorphisms” (SNPs). Os SNPs consistem em variações na sequência de ADN num só nucleótido, o que faz com que sejam os polimorfismos mais abundantes no genoma. Tendo os SNPs frequentemente apenas duas variações alélicas, se estas tiverem frequências muito diferentes entre duas espécies ou populações, e considerando a geralmente limitada homoplasia nos SNPs, nesses casos os SNPs podem revelar-se altamente diagnósticos. Estudos anteriores têm apresentado painéis de SNPs com capacidade de identificar e distinguir gatos-bravos puros, gatos domésticos puros, e híbridos até à segunda geração. Porém, esses painéis contêm um elevado número de marcadores, não sendo portanto testes prácticos e eficientes. O facto de o poder estatístico desses painéis depender aparentemente do uso de um número elevado de SNPs é possivelmente consequência da maioria deles não estar fixada para alelos diferentes nas duas espécies. É expectável que esses SNPs fixados e altamente diagnósticos estejam em regiões do genoma onde exista elevada diferenciação entre gatos-bravos e gatos domésticos. Recentemente, um estudo procurou identificar as regiões que terão sido mais afectadas pela selecção e influentes na domesticação do gato doméstico. Esse estudo baseou-se na sequenciação do genoma de seis gatos-bravos e 22 gatos domésticos pertencentes a raças com origens geográficas distantes. Regiões do genoma exibindo elevados níveis de diferenciação genética entre gatos-bravos e gatos domésticos, identificados através de valores elevados do índice de fixação (Fst), e simultaneamente baixos níveis de variação intraespecífica, indicados por valores reduzidos de heterozigosidade (Hp), foram consideradas como potencialmente impactadas por selecção positiva. Assim, identificaram-se cinco regiões possivelmente influenciadas por seleção positiva. Estas regiões contêm vários genes envolvidos em diversos processos neurais, sendo muitos desses genes em particular determinantes do comportamento. Notavelmente, vários desses genes codificam proteínas que controlam a sobrevivência e migração das células da crista neural. Esta observação está de acordo e dá suporte à hipótese da síndrome da domesticação, uma teoria que postula que os caracteres morfológicos e comportamentais modificados em mamíferos domesticados têm origem em alterações na migração das células da crista neural durante o desenvolvimento embrionário. Com base nas descobertas desse estudo e de outros semelhantes em outros mamíferos domésticos, é possível focar em genes candidatos a pesquisa de marcadores potencialmente discriminantes entre mamíferos domésticos e os seus ancestrais selvagens. O presente estudo teve como objetivo descobrir, através da análise de genes candidatos, e testar um painel de SNPs com elevado poder diagnóstico para distinguir com fiabilidade diferentes classes de gatos puros e híbridos. Os genes candidatos estudados pertencem a três categorias funcionais diferentes: i) desenvolvimento neuronal, ii) cor e estrutura da pelagem, e iii) sistema sensorial. Para cada gene selecionado, um ou dois pares de “primers” foram desenhados para amplificar fragmentos de 700-900 pares de bases em amostras de gatos-bravos de Portugal, França e Roménia, e gatos domésticos portugueses. Um conjunto de 13 genes revelou SNPs com valores elevados de diferenciação (Fst > 0.8) entre gatos-bravos e gatos domésticos. Posteriormente, genótipos de híbridos de primeira geração (F1), segunda geração (F2), e retrocruzamentos com gatos-bravos (B x FSI) e com gatos domésticos (B x FCA) foram computacionalmente simulados com base nos genótipos das classes parentais amostrados. Usando os 13 SNPs, cerca de 90% dos indivíduos analisados foram corretamente identificados e atribuídos à sua categoria. Com base nestes resultados, constata-se preliminarmente que os SNPs identificados neste estudo possuem um valor diagnóstico potencialmente comparável ao de painéis com mais SNPs reportados em estudos anteriores. O painel aqui desenvolvido, carecendo obviamente de análises adicionais que confirmem os resultados obtidos, pode futuramente constituir um método eficaz e fiável para caracterizar padrões de hibridação e introgressão em populações de gato-bravo, facilitando o trabalho de indivíduos e instituições envolvidas na conservação da espécie na Europa.The European wildcat (F. s. silvestris) is a medium-sized carnivorous mammal that has suffered significant population decline and range contraction and fragmentation during the last century. The species is also currently threatened by human-mediated hybridization with domestic cats. Their hybrid offspring is fertile and can backcross with pure wildcats, leading to the introgression of domestic cat genes into the wildcat gene pool. This poses a danger to the genetic integrity of the European wildcat, and may contribute to its extinction. Hence, methods are urgently needed that are able to distinguish between pure wildcats and hybrids. However, the accurate detection of hybridization based on available morphological characters is particularly difficult, and even the panels of molecular markers that have been reported either are not highly reliable in detecting hybrids or are too cumbersome to be of practical value for routine use. Here, I aimed to identify single nucleotide polymorphisms (SNPs) located in genes that may have been affected during the domestication process of the domestic cat (F. s. catus). A total of 51 candidate genes were selected for sequencing of exonic and flanking intronic regions in samples of wildcats and domestic cats. Analysis of the resulting sequences revealed 13 SNPs with elevated genetic differentiation (Fst > 0.8) between the two species. Subsequently, genotypes of first-generation hybrids (F1), second-generation hybrids (F2), and backcrosses with wildcats (B x FSI) and with domestic cats (B x FCA), were simulated in order to evaluate the diagnostic power of the 13 SNP set. Admixture analysis of the simulated genotypes showed that the marker panel could identify and assign each genotype to the correct category, with an accuracy of about 90%. Given the current need for efficient and reliable tools to detect and discriminate samples from wildcats, domestic cats, and their hybrids, this small panel of 13 SNPs with apparently high diagnostic power offers the promise of a convenient and effective assay for surveying and monitoring the distribution and hybridization status of European wildcats.Fernandes, Carlos Alberto RodriguesRepositório da Universidade de LisboaCosta, Rodrigo Pacheco Valamatos2019-12-18T01:30:14Z201820172018-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/32065TID:201872471enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:26:00Zoai:repositorio.ul.pt:10451/32065Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:47:22.622704Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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