Transposon Galileo : uma investigação em espécies neotropicais de Drosophila

Abstract

Galileo junto aos elementos P e 1360 (Hoppel) pertence à superfamília P de transposons. Foi originalmente descoberto em Drosophila buzzatii, onde três inversões cromossômicas segregantes foram originadas por recombinação ectópica entre cópias de Galileo. A investigação de Galileo nos 12 primeiros genomas de Drosophila demonstrou sua presença em seis espécies, sendo que em Drosophila willistoni foi encontrado em abundância. O grupo cardini e o grupo willistoni de Drosophila ainda que pertençam a subgêneros diferentes, são cromossomicamente polimórficos e ecologicamente similares, e assim, apresentam-se como promissores modelos para o estudo deste transposon. Com intuito de elucidar o cenário evolutivo de Galileo e seu papel na evolução do genoma de espécies neotropicais, foram caracterizadas detalhadamente as cópias de Galileo presentes no genoma de D. willistoni e realizou-se uma busca experimental em espécies do grupo willistoni e do subgrupo cardini de Drosophila. Na busca in silico, diferentes ferramentas de bioinformática foram utilizadas e como sonda fez-se o uso da maior cópia de Galileo descrita para D. willistoni, da repetição terminal invertida (TIR) e de segmentos da transposase do elemento. No total 191 cópias foram caracterizadas, com variação considerável em comprimento e estrutura. Cópias com a transposase potencialmente funcional não foram encontradas, todas as caracterizadas eram elementos não-autônomos. Duas subfamílias de Galileo, aqui nomeadas de V e W, com uma divergência nucleotídica substancial, foram observadas por meio de análises filogenéticas com segmentos da transposase e com as TIRs do elemento. A investigação experimental foi realizada pela técnica de PCR com dois pares de primers que amplificam segmentos de 470 e 530 pb da transposase. Do grupo willistoni sequências correspondentes a Galileo foram isoladas de D. willistoni (três linhagens, além da sequenciada), D. tropicalis, D. equinoxialis, D. insularis e D. paulistorum (seis semiespécies: Amazônica, Andino-Brasileira, Centro-Americana, Interior, Orinocana e Transicional) do subgrupo willistoni; D. nebulosa e D. capricorni do subgrupo bocainensis. Do subgrupo cardini, Galileo foi isolado de D. cardini, D. neocardini e D. neomorpha. O total de 109 sequências, clonadas e sequenciadas foram utilizadas na reconstrução das relações evolutivas de Galileo. Esta análise corroborou com dois grupos altamente divergentes, mostrando a coexistência das subfamílias V e W de Galileo em espécies do grupo willistoni e ainda, a presença da subfamília V, que divergiu recentemente, em espécies do subgrupo cardini. O panorama evolutivo sugere que Galileo vem sendo mantido por meio de transferência vertical e horizontal (uma vez que ambas não são mutuamente exclusivas) no grupo willistoni e no subgrupo cardini de Drosophila. Além disso, é possível que eventos de introgressão, tenham desempenhado papel importante na manutenção deste transposon, especialmente em espécies do subgrupo willistoni.

Galileo along with the P and 1360 elements (Hoppel) belongs to the P superfamily of transposons. It was originally discovered in Drosophila buzzatii, in which three segregating chromosomal inversions were generated by ectopic recombination between Galileo copies. Galileo was identified in six of the first 12 genome of Drosophila, being abundant in Drosophila willistoni. Although the cardini and the willistoni groups of Drosophila belong to different subgenus, they are chromosomally polymorphic and ecologically similar, which makes them promising models for the study of this transposon. With the aim of explaining the evolutionary scenario of Galileo and its role in the evolution of the genome of neotropical species, we carried out a detailed characterization of all Galileo copies present in the D. willistoni genome and we also carried out an experimental search among species of the willistoni group and the cardini subgroup of Drosophila. For the in silico search, we used different bioinformatics tools and we used the nearlycomplete copy of Galileo described for D. willistoni, terminal inverted repeats (TIRs) and segments of the element transposase as query. A total of 191 copies were classified and showed remarkable variation in their length and structure. We did not find any copies with potentially functional transposase; all analyzed copies were non-autonomous. Two Galileo subfamilies, which we named subfamilies V and W, with considerable nucleotide divergence, were observed through phylogenetic analysis of transposase segments and of the element’s TIRs. For the experimental research, we used the PCR technic with two pairs of primers that amplify the transposase segments of 470 and 530 bp. In the willistoni group, we have isolated Galileo sequences from D. willistoni (three lineages, besides the sequenced one); D. tropicalis, D. equinoxialis, D. insularis and D. paulistorum (six semi-species: Amazonian, Andean-Brazilian, Centroamerican, Interior, Orinocan and Transitional) in the willistoni subgroup; D. nebulosa and D. capricorni in the bocainensis subgroup. In the cardini subgroup, we have isolated Galileo from D. cardini, D. neocardini and D. neomorpha. A total of 109 sequences, cloned and sequenced, were used to analyze the Galileo evolutionary relationships. This analysis confirmed the existence of two highly divergent groups, demonstrating the coexistence of the Galileo V and W subfamilies in species of the willistoni group. Besides that, we noticed the presence of the V subfamily, which has recently diverged, in species of the cardini subgroup. The evolutionary scenario suggests that Galileo has been maintained through vertical and horizontal transfers (considering that they are not mutually exclusive) in the willistoni group and in the cardini subgroup of Drosophila. Furthermore, we believe that introgression events have played an important role on the maintenance of this transposon, especially in species of the willistoni subgroup.