Elementos genômicos de reprodução sexuada em microsporídeos

Abstract

O valor adaptativo do sexo em patógenos unicelulares eucarióticos é um assunto de intenso debate, e os mecanismos genéticos envolvidos na reprodução sexual desses organismos são pouco desconhecidos. Diferenças nos sistemas de reprodução podem ajudar a explicar as diferenças nos modos de transmissão, amplitude de gêneros hospedeiros e resposta às mudanças ambientais, todas estreitamente relacionadas à patogenicidade e à virulência desses patógenos. Este trabalho tem como objetivo identificar os elementos genômicos que podem estar associados aos modos de reprodução e elucidar o papel dos ciclos sexuais em um microsporídeo. Microsporídeos fazem parte de um filo de fungos patogênicos intracelulares unicelulares. Estes parasitas são encontrados em praticamente todos os tipos de animais, sendo de importância para saúde e agricultura. Hamiltosporidium tvaerminnensis é um microsporídeo assexuado que é transmitido vertical e horizontalmente ao seu hospedeiro, o microcrustáceo Daphnia magna. H. tvaerminnensis possui uma espécie irmã, Hamiltosporidium magnivora, que difere por ser sexual e apenas verticalmente transmitida Nosso trabalho usa como referência um genoma draft de H. tvaerminnensis de 2009. É um genoma considerado grande para um microsporídeo, com tamanho estimado de 25 Mb. Contamos com sequências de Illumina de duas linhagens recentemente sequenciadas de H. magnivora, uma da Bélgica e outra de Israel, bem como um resequenciamento da mesma linhagem de H. tvaerminnensis, da Finlândia, usando tecnologia mais recente que a referência. Após a montagem e anotação, os nossos resultados apontam para genes chave de meiose ausentes na linhagem assexuada, bem como um enriquecimento de elementos transponíveis e transferência genética horizontal gênica derivada do hospedeiro nas linhagens sexuais. A presença exclusiva de certos genes da meiose bem como de outros genes de reparo a danos do DNA associados à maior presença de elementos móveis sugere uma possível perda de sexo concomitante à inativação de elementos móveis na linhagem assexuada.

The adaptive value of sex in eukaryotic unicellular pathogens is a matter of intense debate, and the genetic mechanisms involved in sexual reproduction of these organisms are largely unknown. Differences in reproduction systems could help explaining differences in modes of transmission, host range amplitude and response to environmental changes, all tightly related to pathogenicity and virulence of such pathogens. This work aims to identify genomic elements that could be associated with modes of reproduction, and further elucidate the role of sexual cycles in a microsporidian parasite. Microsporidia belong to a phylum of unicellular intracellular pathogenic Fungi. These parasites are found in virtually all types of animals, being of importance to health and agriculture. Hamiltosporidium tvaerminnensis is a microsporidian shown to be asexual and being both vertically and horizontally transmited to its host, the microcrustacean Daphnia magna. H. tvaerminnensis possesses a sister species, Hamiltosporidium magnivora, which differs by being sexual and only vertically transmitted Our work uses as reference a 2009 assembled draft genome of H. tvaerminnensis. It is an unusually large genome for a microsporidian, estimated to contain 25 Mb of sequence. We rely on Illumina sequencing reads from two recently resequenced linages of H. magnivora, one from Belgium and another from Israel, as well as a set from the same H. tvaerminnensis lineage as the reference, from Finland, using technology newer than the reference. After assembly and annotation, our results point to missing key meiosis genes in the asexual lineage, as well as an enrichment in transposable elements and host derived horizontal gene transfer in the sexual lineages. The exclusive presence of certain meiosis genes as well as other DNA damage repair genes associated to the larger presence of mobile elements hint to a possible loss of sex concomitant to the inactivation of mobile elements in the asexual lineage.