Chromosomal rearrangements and their effects on the appearance of novel satellite DNA families in Arabidopsis

O centrômero é composto por heterocromatina constitutiva, que atua como uma estrutura cromossômica importante. Além de ser um ponto de referência para a separação dos braços cromossômicos, ele é responsável pela correta segregação das cromátides durante o ciclo celular. Esta estrutura indica onde as fibras do fuso mitótico devem se ligar ao cromossomo, formando uma estrutura proteica chamada de cinetócoro. Os centrômeros são compostos principalmente de sequências altamente repetitivas. Uma parte destas sequências é caracterizada como DNA satélite, e aparece organizada em tandem. Estas sequências passam por um processo evolutivo chamado de Evolução em Concerto, que é impulsionado pela acumulação de mutações devido aos mecanismos de deriva molecular. Este processo acaba homogeneizando os DNAs satélites de uma espécie. Algumas famílias de satDNAs são similares em um determinado grupo de espécies, como é no caso do gênero Arabidopsis. Diversos rearranjos cromossômicos ocorreram no processo evolutivo deste grupo. Quatro destas alterações ocorreram em regiões centroméricas e pericentroméricas, somente nos cromossomos ancestrais 6, 7 e 8, similares ao cariótipo moderno de A. lyrata, que deram origem aos cromossomos modernos 4 e 5 de A. thaliana. As três famílias de satDNA de 180pb neste cariótipo ancestral são diferentes da única família presente no cariótipo moderno de A. thaliana. Ademais, esta única família aparece em todos os cinco cromossomos desta espécie. Isso levanta algumas questões, como por exemplo: como a família de 180pb de A. thaliana aparece em todos os cromossomos, sendo que as alterações aconteceram somente nos cromossomos 4 e 5? E o que aconteceu com as outras famílias presentes no cariótipo ancestral? Para responder estas questões, foram realizados procedimentos bioinformáticos. O primeiro passo foi localizar os centrômeros nos sequenciamentos disponíveis em bancos de dados (https://plants.ensembl.org/). No caso de A. thaliana, o software JDotter foi utilizado para construir um DotPlot para localizar as sequências repetitivas, e no caso de A. lyrata, foi realizado um Blast dentro da própria base de dados, com as sequências disponíveis na literatura. Então, o software Tandem Repeats Finder foi utilizado para localizar e extrair as famílias de satDNA do sequenciamento. Estas sequências foram organizadas utilizando o BioEdit, e alinhadas no software MEGA7. Uma árvore de máxima verossimilhança foi construída, e apresentou uma separação clara de ambas as espécies, e que as sequências dos cromossomos 4 e 5 de A. thaliana se apresentaram misturadas em algumas regiões da árvore. Isto mostra que existe uma diferença na homogeneidade destas sequências, mesmo que ambas sejam da mesma família. Este resultado sugere que mudanças no contexto genômico devido aos rearranjos cromossômicos influenciam o processo de homogeneização nestas sequências de satDNA, portanto, influenciando a evolução em concerto.The centromere is composed of constitutive heterochromatin, taking part as an important chromosomal structure. Apart from being a landmark for the separation of both chromosome arms, it is responsible for the correct segregation of chromatids during the cell cycle. This structure indicates where the spindle fibers should connect to the chromosome, forming a proteic structure called kinetochore. The centromeres are composed mainly by repetitive sequences, organized in tandem arrays, called satellite DNAs. These sequences go through an evolutionary process called Concerted Evolution, which is driven by accumulation of mutations due to molecular drive mechanisms. This process ends up in a homogenization of the satDNA in a species. Some satDNA families are similar in a given group of species, such as in Arabidopsis genera. Several chromosomal rearrangements took place in this group\'s evolution. Four of these alterations occurred in centromeric and pericentromeric regions, only on ancestral chromosomes 6, 7 and 8, similar to A. lyrata modern karyotype, that gave place to modern A. thaliana chromosomes 4 and 5. The three 180bp satDNA families present in this ancestral karyotype differ from the single one present in modern A. thaliana karyotype. Moreover, this single family appears in all five chromosomes of this species. This gives rise to a few questions, of how did the A. thaliana 180bp satDNA family present appeared in all of its five chromosomes, since the alterations only occurred in chromosomes 4 and 5? And what happened to the other families present in the ancestral karyotype? In order to answer these questions, bioinformatic procedures were performed. The first step was to locate the centromeres on the sequencing available on the database (https://plants.ensembl.org/). In the case of A. thaliana, the software JDotter was used to construct a DotPlot to locate repetitive sequences, and in the case of A. lyrata a Blast was performed on the database with the sequences presented in the literature. Then, the software Tandem Repeats Finder was used to locate and extract the 180bp satDNA families. The sequences were organized using BioEdit and aligned on MEGA7 software. A Maximum Likelihood tree was constructed, and showed a clear separation between both species, and that in A. thaliana, sequences from chromosomes 4 and 5 intermingled in some regions. This shows that there is a different homogeneity between these sequences, even though they are members of the same family. This result hints that changes in the genomic context due to the chromosomal rearrangements influence the homogenization process in these satDNA sequences, and thus, influencing the concerted evolution