A phylogenetic and evolutionary analysis of transposable elements in the wolf (Canis lupus, Canidae, Carnivora) genome
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | eng |
Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10348/11783 |
Resumo: | A evolução dos genomas é impulsionada por alterações genéticas e epigenéticas que podem influenciar a organização e regulação do genoma tornando-o único para cada espécie. Alguns dos fatores que podem estar envolvidos são os Elementos Transponíveis (TEs), sequências de DNA que se podem mover dentro do genoma e dessa forma, impactar a evolução das espécies. Os Long Interspersed Nuclear Element 1 (LINE-1) são é uma subclasse de retrotransposões, sendo a única que mantém a capacidade de se transpor nos genomas. Utilizando filogenética é possível estudar a evolução dos genomas usando elementos transponíveis. O Canis lupus (Lobo-cinzento) apresenta um cariótipo constituído por 78 cromossomas, organizados em 38 pares de autossomas acrocêntricos e 2 cromossomas sexuais, um X submetacêntrico e um Y acrocêntrico. O Canis lupus é aceite como o ancestral recente do Canis lupus familiaris (cão) que também tem 78 cromossomas. Como na maioria dos eucariotas, ambos os genomas referidos contêm elementos transponíveis. Começámos por estabelecer duas linhas celulares in vitro do Canis lupus lupus, Lobo Europeu, de macho e fêmea, a partir de amostras recolhidas na Estónia. Este material biológico foi utilizado durante o trabalho para obtenção DNA genómico e preparações cromossómicas metafásicas. Os cariótipos de ambas as linhas celulares foram construídos depois dos bandeamentos-G e -C. Seguidamente, os cromossomas sexuais, X e Y foram identificados utilizando painting de cromossomas com sondas do cromossoma X do lobo e do Y do Felis catus. Seguidamente, foi realizada uma análise física e in silico dos TEs LINE-1. Para a análise física, as sequências LINE-1 foram isoladas de DNA genómico de lobo utilizando primers específicos e utilizadas como sondas em FISH (Fluorescence in Situ Hybridization) nos cromossomas de lobo (macho e fêmea). Esta análise foi efetuada também em cão, cujos cromossomas foram obtidos por cultura de linfócitos, permitindo uma análise qualitativa e semi-quantitativa, bem como a comparação entre os dois genomas filogeneticamente relacionados. Esta análise revelou uma distribuição interspersed e aparentemente mais elevada nos cromossomas do lobo. Esta análise foi aprofundada in silico utilizando sequências de Bioprojetos das duas espécies, o que permitiu mapear in silico os LINE-1 nos cromossomas de cada espécie e realizar uma análise filogenética da variabilidade intra e inter genómica destas sequências. A combinação da análise de sintenias entre cromossomas do cão e os do genoma Carnivora dereferência (Felis catus) e a análise in silico e celular dos LINE-1 evidenciou o possível envolvimento destes elementos transponíveis no percurso evolutivo dos cromossomas do cão, nomeadamente a divergência/conservação destes cromossomas, à semelhança do que acontece em muitas espécies de vertebrados. Esta análise permitiu fazer uma extrapolação para os cromossomas do lobo, dos quais as sintenias ainda não estão determinadas. Por último salientas a utilização dos elementos transponíveis como bons caracteres para estudos filogenéticos. |
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A phylogenetic and evolutionary analysis of transposable elements in the wolf (Canis lupus, Canidae, Carnivora) genomeTransposable Elements (TEs)Long interspersed nuclear element 1 (LINE-1)A evolução dos genomas é impulsionada por alterações genéticas e epigenéticas que podem influenciar a organização e regulação do genoma tornando-o único para cada espécie. Alguns dos fatores que podem estar envolvidos são os Elementos Transponíveis (TEs), sequências de DNA que se podem mover dentro do genoma e dessa forma, impactar a evolução das espécies. Os Long Interspersed Nuclear Element 1 (LINE-1) são é uma subclasse de retrotransposões, sendo a única que mantém a capacidade de se transpor nos genomas. Utilizando filogenética é possível estudar a evolução dos genomas usando elementos transponíveis. O Canis lupus (Lobo-cinzento) apresenta um cariótipo constituído por 78 cromossomas, organizados em 38 pares de autossomas acrocêntricos e 2 cromossomas sexuais, um X submetacêntrico e um Y acrocêntrico. O Canis lupus é aceite como o ancestral recente do Canis lupus familiaris (cão) que também tem 78 cromossomas. Como na maioria dos eucariotas, ambos os genomas referidos contêm elementos transponíveis. Começámos por estabelecer duas linhas celulares in vitro do Canis lupus lupus, Lobo Europeu, de macho e fêmea, a partir de amostras recolhidas na Estónia. Este material biológico foi utilizado durante o trabalho para obtenção DNA genómico e preparações cromossómicas metafásicas. Os cariótipos de ambas as linhas celulares foram construídos depois dos bandeamentos-G e -C. Seguidamente, os cromossomas sexuais, X e Y foram identificados utilizando painting de cromossomas com sondas do cromossoma X do lobo e do Y do Felis catus. Seguidamente, foi realizada uma análise física e in silico dos TEs LINE-1. Para a análise física, as sequências LINE-1 foram isoladas de DNA genómico de lobo utilizando primers específicos e utilizadas como sondas em FISH (Fluorescence in Situ Hybridization) nos cromossomas de lobo (macho e fêmea). Esta análise foi efetuada também em cão, cujos cromossomas foram obtidos por cultura de linfócitos, permitindo uma análise qualitativa e semi-quantitativa, bem como a comparação entre os dois genomas filogeneticamente relacionados. Esta análise revelou uma distribuição interspersed e aparentemente mais elevada nos cromossomas do lobo. Esta análise foi aprofundada in silico utilizando sequências de Bioprojetos das duas espécies, o que permitiu mapear in silico os LINE-1 nos cromossomas de cada espécie e realizar uma análise filogenética da variabilidade intra e inter genómica destas sequências. A combinação da análise de sintenias entre cromossomas do cão e os do genoma Carnivora dereferência (Felis catus) e a análise in silico e celular dos LINE-1 evidenciou o possível envolvimento destes elementos transponíveis no percurso evolutivo dos cromossomas do cão, nomeadamente a divergência/conservação destes cromossomas, à semelhança do que acontece em muitas espécies de vertebrados. Esta análise permitiu fazer uma extrapolação para os cromossomas do lobo, dos quais as sintenias ainda não estão determinadas. Por último salientas a utilização dos elementos transponíveis como bons caracteres para estudos filogenéticos.Genomic evolution is driven by genetic and epigenetic alteration that can influence the appearance and regulation of the genome making it unique for each species. Some of the factors that can be involved are the Transposable Elements (TEs), DNA sequences that can move within the species genome and impact species’ evolution. The Long Interspersed Nuclear Element 1 (LINE-1) are a subclass of retrotransposons and the only that retain the ability to transpose nowadays. Using phylogenetics it is possible to study the evolution of genomes using transposable elements. Canis lupus (Grey Wolf) has a karyotype of 78 chromosomes with 38 pairs of acrocentric autosomal chromosomes and 2 sex chromosomes, being the X submetacentric and the Y acrocentric. Canis lupus is accepted as the Canis lupus familiaris (dog) ancestor that also has 78 chromosomes. Like most eukaryotic genomes, both species’ genomes contain transposable elements. We started by establishing two in vitro cell lines of Canis lupus lupus, the European wolf, both male and female, from samples collected in Estonia. These provided the biological material used during this work, genomic DNA and metaphase chromosome preparations. The karyotype of both cell lines was constructed after G- and C-banding. Furthermore, the sex chromosomes, Y and X were identified in both cell lines using chromosome painting with a paint probe from the wolf Y chromosome and a Felis catus X chromosome. Following cytogenetics, a physical and an in silico analysis of LINE-1 transposable elements was conducted. For the physical analysis, LINE-1 was isolated from the genomic DNA of wolf using specific convergent primers, and used as probes in FISH (Fluorescence in Situ Hybridization) both in the wolf chromosomes (male and female). This was extended to the domestic dog, whose chromosomes were obtained by lymphocyte cell culture, allowing a qualitative and semi quantitative analysis and comparison between these two phylogenetically related genomes. This revealed an interspersed pattern distribution and an apparent higher LINE-1 content in the wolf chromosomes. This analysis was deepened with an in silico analysis on available Bioprojects sequences from both species, allowing to in silico map LINE-1 elements in the chromosomes of each species and to perform a phylogenetic analysis on the sequences variability intra and inter genomes. Together with the syntenies’ analysis of the dog chromosomes with the reference genome of the Carnivora (Felis catus) and the in silico and cellular analysis of the LINE-1 allowed to disclose the possible involvement of these TEs in the evolutionary pathway of the dog’s chromosomes, namely the divergence/conservation, similarly to what happens in a lot of vertebrates. This analysis allowed to extrapolate it to the wolf, whose syntenies were never studied before. Lastly, it is important to mention the use of transposable elements as good characters for phylogenetic studies.2023-10-12T10:43:29Z2022-07-25T00:00:00Z2022-07-25info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10348/11783engmetadata only accessinfo:eu-repo/semantics/openAccessGaspar, Maria Confrariareponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2024-02-02T12:27:58Zoai:repositorio.utad.pt:10348/11783Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-20T02:00:11.109974Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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