Avaliação do conteúdo de elementos genéticos móveis em duas espécies próximas de microsporídios

Abstract

Os microsporídios possuem um dos menores genomas entre os eucariotos devido ao parasitismo intracelular obrigatório, que resultou em uma extensiva redução no tamanho e complexidade do genoma. Elementos transponíveis são segmentos de DNA que podem se mover de um locus para outro dentro de um genoma. Esses elementos compõe uma grande fração dos genomas eucarióticos, sendo a maioria retrotransposons devido ao seu mecanismo de transposição "copiar-e-colar". São capazes de mutar, alterar a regulação de genes e gerar novos genes. Eventos de transposição podem ser deletérios quando elementos transponíveis se integram em regiões codificantes e interrompem genes importantes. Devido à ausência de recombinação, esses elementos podem acumular no genoma de organismos assexuados e contribuir para a extinção desses organismos. No presente estudo foi analisado o conteúdo de elementos móveis de duas espécies proximamente relacionadas de microsporídios que diferem no modo de reprodução. Hamiltosporidium tvaerminnensis é assexuado e é transmitido horizontal e verticalmente, H. magnivora é sexuado transmitido verticalmente ao seu hospedeiro. Foram analisados dois genomas de linhagens de H. magnivora (BE-OM-2 e IL-BN-2), e um genoma de uma linhagem de H. tvaerminnensis (FI-OER-3-3). O programa RepeatMasker foi usado para a triagem inicial do conteúdo de elementos transponíveis. Um conjunto de domínios de proteínas codificadas por retrotransposons LTR foi utilizado para realizar um BLASTp nos proteomas preditos de BE-OM-2, IL-BN-2 e FI-OER-3-3. Por fim, a ferramenta LTRharvest foi utilizada para detectar retrotransposons LTR inteiros nos genomas. Foi encontrada uma diferença significativa entre as linhagens, com acúmulo de elementos transponíveis na linhagem sexuada IL-BN-2 em contraste com o baixo número de cópias na linhagem assexuada FI-OER-3-3. Foram encontrados dois retrotransposons LTR potencialmente ativos, "Nanomov" e "Bigshot". Ambos elementos são compartilhados entre as três linhagens, indicando inserções fixas que ocorreram antes da divergência das espécies. A filogenia de "Bigshot" mostrou elementos homólogos distribuídos em diversas espécies de microsporídios. Também está relacionado com elementos encontrados em artrópodes como D. magna, indicando uma possível transferência gênica horizontal entre microsporídios e seus hospedeiros artrópodes ancestrais. Para melhor compreender o papel dos elementos transponíveis na arquitetura e evolução dos genomas e a diferença no conteúdo em organismos sexuados e assexuados, é necessário uma investigação mais profunda em diferentes famílias de retrotransposons e transposons de DNA.

Microsporidia have one of the smallest genomes among eukaryotes, due to their obligate intracellular parasitism that resulted in an extensive reduction in genome size and complexity. Transposable elements (TEs) compose a high fraction in eukaryotic genomes, the vast majority being retrotransposons, due to their "copy-paste" transposition mechanism. TEs are able to mutate genes, alter gene regulation and generate new genes. Transposition events can be deleterious when TEs integrate in active coding regions and disrupt important genes. Due to the absence of recombination, TEs may accumulate in asexual genomes and contribute to extinction of asexual organisms. In this study it was assessed the genomes of three Hamiltosporidium lineages for TE content. Two genomes of H. magnivora lineages (BE-OM-2 and IL-BN-2) that reproduce sexually and are vertically transmitted, and one genome of an H. tvaerminnensis lineage (FIOER- 3-3) that reproduces asexually and is both vertically and horizontally transmitted. The RepeatMasker software was used for initial screening of TE content. A set of core protein domains encoded by LTR retrotransposons was used in BLASTp searches in the proteomes of BEOM2, ILBN2 and FIOER33. Finally, LTRharvest was used to detect full-length elements. It was found a significant difference in the TE content between asexual/sexual lineages, with excess TE accumulation in the sexual lineage IL-BN-2 in contrast with the low copy number of TEs in the asexual lineage FI-OER-3-3. It was identified two potentially active LTR retrotransons, "Nanomov" and "Bigshot". Both elements are shared between the three lineages, suggesting fixed insertions that occurred before the divergence of the species. The phylogenetic analysis showed elements homologous to “Bigshot” are distributed in the genomes of different species of microsporidia as well as arthropods. A similar is present in D. magna, suggesting horizontal gene transfer between parasite and host at some point of their evolution. To better understand the role of transposable elements in reduced genomes and the impact of different TE loads in sexuals and asexuals, we need further investigation on these retroelements, identifying other superfamilies and include DNA transposons in the analysis.