Elemento de transposição micropia e evolução cromossômica do subgrupo cardini, grupo cardini do gênero Drosophila (Diptera: Drosophilidae)

Abstract

Esta Tese possui dois enfoques como objetivo geral. Primeiramente, nossos dados contribuem para o conhecimento do padrão de evolução do elemento de transposição micropia dentro do gênero Drosophila, também verificando a atuação desses elementos como fonte de variabilidade genética. Em segundo lugar geramos dados citogenéticos e moleculares inéditos a respeito de espécies do grupo cardini de Drosophila, bastante freqüente nas assembléias de Drosophilidae na região Neotropical e que havia sido muito pouco estudado do ponto de vista genético até então. Com isso, no Capítulo II verificamos a presença e a alta similaridade de sequências deste retroelemento em diferentes populações de D. cardinoides, D. neocardini e D. polymorpha. Ainda, quando comparadas com a sequência presente em uma espécie do grupo repleta, D. hydei, as sequências daquelas três espécies também apresentaram alta similaridade (97%). O grupo repleta e o grupo cardini do gênero Drosophila parecem ter divergido há 45 milhões de anos atrás. Portanto, para explicar os dados obtidos sugerimos a atuação de transmissão horizontal entre as espécies analisadas. Ampliando as análises, no Capítulo III a presença de micropia foi identificada nas demais espécies do grupo cardini com exceção das espécies do grupo que apresentam distribuição geográfica restrita às ilhas caribenhas. As comparações com sequências presentes em outras espécies do grupo repleta, assim como nos 12 genomas de espécies do gênero Drosophila disponíveis em bancos de dados públicos, verificamos que a história evolutiva do elemento micropia provavelmente inclui polimorfismo ancestral e transmissão tanto vertical quanto horizontal com mecanismos de introgressão entre as espécies potencialmente atuando na geração desses padrões. 11 Com a finalidade de estudar a possível atuação deste retroelemento como fonte de variabilidade genética através da geração de inversões nas espécies do grupo cardini, o primeiro passo foi a identificação de potenciais sítios de inserção nos cromossomos politênicos dessas espécies. No Capítulo IV estimamos o número de cópias de micropia no genoma de seis espécies do grupo cardini (D. cardini, D. cardinoides, D. neocardini, D. neomorpha, D. parthenogenetica e D. polymorpha) verificando que varia entre seis e 18 cópias. Ainda, observamos a presença de potenciais cópias em pontos de quebra para inversões cromossômicas em três espécies. No Capítulo IV discutimos o significado desses dados com base nos dados já obtidos para outras espécies. O polimorfismo cromossômico dos cromossomos politênicos e a análise comparada dessas estruturas para as seis espécies do grupo cardini previamente citadas, foi estudado no Capítulo V. Neste capítulo identificamos a presença de uma inversão nas populações estudadas de D. cardini e D. neocardini, duas inversões nas populações de D. cardinoides e D. parthenogenetica e quatro inversões nas populações de D. polymorpha. Das 10 inversões identificadas, sete são descritas pela primeira vez neste capítulo. Nenhuma inversão heterozigota foi encontrada na população de D. neomorpha aqui analisada, portanto apresentando um padrão homocariotípico. Ainda no Capítulo V apresentamos os primeiros fotomapas para as espécies D. cardini e D. parthenogenetica, assim como a reconstrução dos fotomapas das espécies D. cardinoides, D. neocardini e D. polymorpha. Também foi realizada a comparação par a par de cada cromossomo politênico entre todas as espécies com a finalidade de encontrar regiões similares úteis no estabelecimento de relações de parentesco através deste marcador. No Capítulo V esses dados são discutidos baseados no enfoque evolutivo para o grupo cardini.

This Thesis possesses two approaches as mainly objectives. First, our data contribute for the knowledge of the evolutionary pattern of the transposable element micropia in the Drosophila genus, and also to the role of these elements as source of genetic variability. Second, we generate cytogenetic and molecular new data regarding the cardini group species of Drosophila genus; these species are frequent in the Neotropical assemblies of Drosophilidae, and they had been very little studied of the genetic point of view until then. In Chapter II we verify the presence and the high sequence similarity of this retroelement in different populations of D. cardinoides, D. neocardini and D. polymorpha. Furthermore, when these sequences are compared with the sequence present in the genome of a repleta group species, D. hydei, they show also a high similarity (97%) among them. The repleta group and the cardini group of the Drosophila genus seem to have diverged 45 million years ago. Therefore, to explain the obtained data we suggest the action of horizontal transmission events between the species. Extending this analysis, in Chapter III the presence of micropia was identified in other species of the cardini group, with exception of the group species with geographic distribution restricted to the Caribbean islands. The comparisons with sequences present in other species of the repleta group as well as in the 12 Drosophila genomes available in public data bases, we verify that the evolutionary history of the micropia element probably includes ancestral polymorphism, vertical and horizontal transmission with introgression mechanisms among species potentially acting in the generation of this evolutionary pattern. 13 Aiming the analysis of micropia as source of genetic variability through the inversions generation in the cardini group species, the first step was the identification of potential insertion sites in the polytene chromosomes of these species. In Chapter IV we estimate the micropia copies number in the genome of six cardini group species (D. cardini, D. cardinoides, D. neocardini, D. neomorpha, D. parthenogenetica and D. polymorpha) verifying that it varies between six and 18 copies. Furthermore, we observed the presence of copies in the break points of chromosomal inversions for three species. In Chapter IV we argue the meaning of these data on the basis of the data already obtained for other species. The chromosomal polymorphism observed in the polytene chromosomes and the comparative analysis of these structures for the six species of the cardini group previously cited were studied in Chapter V. In this chapter we identified the presence of only one chromosomal inversion in the analyzed populations of D. cardini and D. neocardini, two inversions in the D. cardinoides and D. parthenogenetica populations, and four inversions in the D. polymorpha. From these 10 identified inversions, seven are described for the first time in this chapter. No heterozygous inversion was found in the D. neomorpha population analyzed here, therefore presenting a homokaryotipic pattern. Besides this, in Chapter V we also present the first reference photomaps for Drosophila cardini and D. parthenogenetica, as well as the photomaps reconstruction of D. cardinoides, D. neocardini and D. polymorpha. We also performed a pairwise analysis of the polytene chromosomes between the species aiming to find useful regions for the establishment of evolutionary relationships based in this marker. In Chapter V these data are argued based on evolutionary approaches for the cardini group.