História evolutiva dos LTR-retrotransposons Tom, 297, 17.6 e rover em Drosophilidae

Abstract

Os elementos de transposição 297, 17.6 e rover de Drosophila melanogaster e Tom de D. anannassae são retrovírus endógenos de insetos filogeneticamente relacionados. Uma análise inicial da distribuição de seqüências homólogas aos retroelementos 297, 17.6 e Tom em 33 espécies Neotropicais de Drosophila, Zaprionus indianus e Scaptodrosophila latifasciaeformis, utilizando Dot Blot e PCR, indicou a distribuição restrita desses elementos ao grupo melanogaster e em Z. indianus. Essa análise inicial motivou-nos a fazer este trabalho, com o objetivo de entender a história evolutiva destes três retroelementos. Para isso, clonamos e seqüenciamos uma região da transcriptase reversa nessas espécies e buscamos nos doze genomas de Drosophila atualmente disponíveis seqüências homólogas a estes elementos. Os dados das seqüências de alguns clones indicaram a amplificação de outro elemento, o retroelemento rover, que também foi analisado neste estudo. A dinâmica evolutiva dos retroelementos Tom, 297, 17.6 e rover nos genomas de Drosophilidae são coincidentes em muitos aspectos: (1) Em uma visão geral, as filogenias de cada família são discordantes da filogenia das espécies hospedeiras; (2) Os quatro retroelementos estão envolvidos em eventos de transmissão horizontal; (3) As relações entre as seqüências dos elementos das diferentes espécies são complexas, dificultando a compreensão do cenário evolutivo dos elementos; (4) Os quatro retroelementos apresentam um menor viés na utilização de códons se comparados aos genes nucleares; (5) Pelo menos os elementos 297, 17.6 e rover apresentam valores médios de dN/dS equivalentes ao apresentado pelos genes nucleares, o que indica que essas famílias estão evoluindo sob restrição seletiva. Análises filogenéticas e de divergência nos sítios sinônimos das seqüências da transcriptase reversa dos quatro retroelementos indicam que diferentes eventos podem explicar a história evolutiva desses elementos, incluindo polimorfismo ancestral, transmissão vertical, perda estocástica e transmissão horizontal. Os dados apresentados sugerem que no mínimo 16 casos de transmissão horizontal são necessários para explicar o cenário evolutivo apresentado por esses retroelementos.

The transposable elements 297, 17.6 and rover from D. melanogaster and Tom from D. ananassae are closelly related insect endogenous retroviruses. An initial Dot Blot and PCR analysis of the distribution of sequences homologues to retroelements 297, 17.6 and Tom in 33 Drosophila Neotropical species, plus Zaprionus indianus and Scaptodrosophila latifasciaeformis, indicates that the distribution of these elements is restricted to the Drosophila melanogaster subgroup and Z. indianus. In order to understand the evolutionary history of these three elements, we have cloned and sequenced a transcriptase reverse region in these species and searched through sequences homologues to these elements in the twelve available Drosophila genomes. Some cloned sequences denote another element being amplified, the rover retrotransposon, which was included in this work. The evolutionary patterns of the retrotransposons Tom, 297, 17.6 and rover in Drosophilidae genomes agree in several aspects: (1) The retrotransposons phylogenies disagree with the host species phylogeny; (2) The four elements are involved in horizontal transfer events; (3) The relationships among sequences of different species are complex; (4) The four retroelements display a lower codon usage bias than nuclear genes; (5) 297, 17.6 and rover showed dN/dS ratio similar to nuclear genes dN/dS ratio, indicating selective constraints. Phylogenetic analysis and divergence in synounymous sites of reverse transcriptase sequences from these four retroelements indicate different events explaining their evolutionary history, including ancestral polymorphism, vertical transmission, stocastic loss and horizontal transfer. Our data suggest sixteen events of horizontal transfer to explain the evolutionary scenario of 297, 17.6, rover and Tom.