Caracterização e evolução de parálogos de CenH3 em espécies de Drosophila do grupo repleta

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Dissertação de mestrado

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Marta Svartman
Fernanda Antunes Carvalho
Laila Alves Nahum

Resumo

Centrômeros são regiões importantes para a segregação dos cromossomos, sendo os DNAs satélites e elementos transponíveis os seus componentes mais abundantes. Durante a divisão celular, a proteína centromérica CenH3, que é uma variante da histona H3, interage com o DNA centromérico formando nucleossomos exclusivos dos centrômeros. Tanto o DNA centromérico quanto as proteínas centroméricas possuem uma rápida taxa de evolução, o que é um fato inesperado, considerando a importante função do centrômero. De acordo com a hipótese do impulso centromérico, a expansão do DNA centromérico em um determinado cromossomo implica no maior recrutamento de proteínas centroméricas que, por fim, favorece a transmissão preferencial do cromossomo para o óvulo e consequentemente para a próxima geração. Entre as desvantagens desse fenômeno estão o aumento da infertilidade em machos e o possível aumento da frequência de cromossomos que podem carregar mutações deletérias. Em Drosophila, a proteína centromérica CenH3 é conhecida como Cid. Estudos anteriores demonstraram a existência de parálogos desse gene em espécies do subgênero Drosophila. O presente projeto teve como objetivo ampliar os estudos dos parálogos de Cid em espécies do grupo repleta, determinar a origem filogenética da duplicação gênica Cid1-Cid6, caracterizar todos os parálogos encontrados e testar a possível existência de seleção positiva sobre eles. Para isso, técnicas de biologia molecular associadas com análises de bioinformática foram utilizadas. Os resultados apontam que o parálogo Cid6 já estava presente no ancestral comum do complexo buzzatii. Somente os parálogos Cid1 e Cid5 foram encontrados no cluster mojavensis e Cid6 e Cid5 no complexo buzzatii. Além disso, nossa análise indica que Cid5, parálogo encontrado no macho de Drosophila, está sob seleção positiva, o que sugere que este parálogo poderia atuar como supressor do impulso centromérico em espécies de Drosophila.

Abstract

Centromeres are important regions for chromosome segregation, with satellite DNAs and transposable elements being their most abundant components. During the cell division, the centromeric protein CenH3, which is a variant of histone H3, interacts with the centromeric DNA forming a specific nucleosome in the centromere. Both, centromeric DNA and centromeric proteins, have a rapid evolution rate, which is an unexpected fact considering the important role of the centromere. According to the centromere drive hypothesis, the expansion of centromeric DNA in a specific chromosome implies in increase recruitment of centromeric proteins, which ultimately favours preferential transmission of the chromosome to the egg and hence to the next generation. Disadvantages of this phenomenon include increased infertility in male and the possible increase in the frequency of chromosomes that may carry deleterious mutations. In Drosophila, the centromeric protein CenH3 is known as Cid, which previous studies have shown the existence of paralogs of this gene in species of the Drosophila subgenus. The present project aimed to broaden the studies of Cid paralogs in species from the repleta group, to determine the phylogenetic origin of Cid1-Cid6 gene duplication, to characterize all found paralogs and to test the possible existence of positive selection on them. For this, molecular biology techniques associated with bioinformatics analysis were used. The results indicate that the Cid6 paralog was already present in the common ancestor of the buzzatii complex. Only Cid1 and Cid5 paralogs were found in mojavensis cluster, whereas Cid6 and Cid5 were found in the buzzatii complex. Furthermore, our analysis indicates that Cid5, a paralog found in the Drosophila male, is under positive selection, suggesting that this paralog could act as a centromere drive suppressor in Drosophila species.

Assunto

Genética, Duplicação gênica, Centrômero, Drosophila

Palavras-chave

CenH3, Duplicação gênica, Centrômero, Drosophila

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