Estudo evolutivo do papel dos DNAs repetitivos envolvidos na evolução dos cromossomos sexuais gigantes em Oedionychina (Coleoptera, Chrysomelidae, Alticinae)

Orientador: Prof. Dr. Marcelo Ricardo VicariCoorientadora: Prof. Dra Mara Cristina de AlmeidaTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Genética. Defesa : Curitiba, 30/04/2019Inclui referências: p. 72-85Resumo: Uma grande diversidade de sistemas de cromossomos sexuais é observada na ordem Coleoptera, como os aquiasmáticos XY, Xyp, Xnyp/nXyp, Xyc, X0 e X1+X2 ou quiasmáticos neoXY, Xy, Xyr, X1X2Y, XXXY, XXY e XY1Y2. Esta ampla diversidade abre possibilidade de estudos genéticos a respeito da diferenciação cariotípica e dos mecanismos cromossômicos de diferenciação sexual. Espécies de Omophoita (Oedionychina: Alticinae: Chrysomelidae) possuem cromossomos sexuais gigantes e assinápticos durante a meiose, 2n=22, fórmula meiótica 10II+X+Y, sendo organismos interessantes para estudos evolutivos e moleculares relacionados aos seus cromossomos sexuais. Adicionalmente, devido a alta plasticidade e mobilidade genômica, os elementos transponíveis (TEs) podem ser importantes para o entendimento dos mecanismos moleculares que atuaram na diversificação dos cromossomos sexuais gigantes X e Y em Oedionychina. Este estudo teve por objetivo verificar o papel dos TEs nas alterações cariotípicas em Omophoita, com enfoque especial na diversificação dos seus cromossomos sexuais gigantes de O. octoguttata, O. sexnotata, O. personata e O. magniguttis. Diferentes TEs foram isolados e caracterizados a partir do genoma de Omophoita octoguttata. Posteriormente, estes TEs foram mapeados nos cromossomos por hibridização in situ fluorescente (FISH). Seis tipos de TEs foram obtidos e as análises de similaridade genética mostraram que estas sequências compõem TEs das famílias: Tc1/Mariner; RTE/L1-56_XT; LTR Copia-26_CQ-I; LTR GYPSY39_AG; HARB- 1_TA/hAT-N7B_Crp e Helitron-1_BTa/Helitron-1_PM. As hibridações in situ mostraram que todos estes TEs estão acumulados nos autossomos e nos cromossomos sexuais XY de Omophoita. Os resultados obtidos sugerem que houve uma grande expansão do tamanho dos cromossomos sexuais e consecutivamente do genoma na linhagem de Oedionychina e, que esta expansão é, em parte, decorrente de invasões genômicas e movimentações de TEs. Acúmulos diferenciais dos diferentes tipos de TEs foram observados entre os cromossomos X e Y. Os acúmulos dos TEs em posições cromossômicas diferentes, principalmente no cromossomo Y quando comparado ao X foram sugeridas a atuar na diversificação do par sexual, o qual é completamente assináptico nestas espécies de Omophoita. Diferenças na localização dos TEs também foram observadas quando comparados os cromossomos sexuais das quatro espécies. Com toda esta movimentação dos TEs, foi sugerido que possam estar atuando na divergência das espécies do grupo. Por fim, a situação incomum de acúmulo extensivo de TEs nos cromossomos X de O. octoguttata, O. sexnotata, O. personata e O. magniguttis foi hipotetizada quanto a modificação de sequências gênicas no cromossomo X, as quais segundo as regras de Haldane, grande efeito do X em "genes da especiação" poderiam contribuir para a evolução da incompatibilidade reprodutiva entre as espécies. Palavras-chave: transposons, evolução cariotípica, assinápticos, cromossomos gigantes.Abstract: A large diversity of sex chromosome systems is observed in the order Coleoptera, as the aquiasmatics XY, Xyp, Xnyp/nXyp, Xyc, X0 e X1+X2 or quiasmatics neoXY, Xy, Xyr, X1X2Y, XXXY, XXY e XY1Y2. This wide diversity opens the possibility of genetic studies regarding karyotypic differentiation and of the chromosomal mechanisms of sexual differentiation. Species of Omophoita (Oedionychina: Alticinae: Chrysomelidae) possess giant sex chromosomes and asynaptics during meiosis, 2n=22, meiotic formula, 10II+X+Y, being interesting organisms for evolutionary and molecular studies related to their sexual chromosomes. Additionally, due to high plasticity and genomic mobility, the transposable elements (TEs) may be important for the understanding of the molecular mechanisms that have acted in the diversification of the giant sex chromosomes X and Y in Oedionychina. This study aimed to verify the role of TEs in the karyotype alterations in Omophoita, with a special focus on the diversification of their giant sex chromosomes of O. octoguttata, O. sexnotata, O. personata and O. magniguttis. Different TEs were isolated and characterized from the genome of Omophoita octoguttata. Subsequently, these TEs were mapped on the chromosomes by fluorescence in situ hybridization (FISH). Six types of TEs were obtained and analyzes of genetic similarity showed that these sequences compose families TEs: Tc1/Mariner; RTE/L1-56_XT; LTR Copia-26_CQ-I; LTR GYPSY39_AG; HARB-1_TA/hAT-N7B_Crp e Helitron-1_BTa/Helitron-1_PM. In situ hybridizations have shown that all these TEs are accumulated in the autosomes and the XY sex chromosomes of Omophoita. The results obtained suggest that there was a great expansion of the sex chromosomes and consecutively of the genome size in the Oedionychina lineage and, that this expansion is partly due to genomic invasions and TEs movements. Differential accumulations of different types of TEs were observed between the X and Y chromosomes. The accumulations of TEs in different chromosomal positions, mainly in the Y chromosome when compared to the X were suggested to act in the diversification of the sexual pair, which is completely asynaptic in these species of Omophoita. Differences in the location of TEs were also observed when comparing the sex chromosomes of the four species. With all this movement of TEs, it has been suggested that they may be acting in the divergence of the species of the group. Finally, the unusual situation of extensive accumulation of TEs on the X chromosomes of O. octoguttata, O. sexnotata, O. personata and O. magniguttis was hypothesized for the modification of gene sequences on the X chromosome, which second Haldane's rules, great effect of the X on "genes of the speciation" could contribute to the evolution of the reproductive incompatibility between the species. Keywords: transposable, karyotype evolution, asynaptics, giant chromosomes