Elementos transponíveis (TEs) são sequências de DNA que possuem a capacidade de transposição no genoma hospedeiro. O principal objetivo deste trabalho reside na investigação em torno de possíveis contribuições de TEs nos genomas das algas C. reinhardtii e V. carteri, mais especificamente, na arquitetura dos genes ortólogos nestas espécies. Neste contexto, análises em sílico em larga escala foram realizadas, buscando-se identificar associações entre TEs e os genes ortólogos. Os resultados indicaram que os genes em C. reinhardtii tendem a acumular mais cópias de TEs em relação aos seus ortólogos em V. carteri. C. reinhardtii apresentou maior densidade de cópias de TEs para as regiões flanqueadora 5´ , flanqueadora 3´ e intrônica quando comparada a V. carteri; o inverso foi verificado quando analisada a densidade de TEs nas regiões codificantes. Análises para apurar a distribuição dos elementos em regiões intergênicas e intragênicas foram estabelecidas, nas quais a frequência observada dos elementos foi comparada à frequência esperada segundo a distribuição randômica de TEs no genoma, simulada computacionalmente. Foram constatadas regiões em que a presença dos elementos encontra-se significativamente abaixo do esperado, a exemplo de intervalos adjacentes ao início e ao término dos genes, o que provavelmente reflete a seleção negativa de eventos de integração nestas delimitações, em virtude dos efeitos deletérios associados à disrupção de estruturas de regulação da expressão gênica. De forma geral, nas regiões flanqueadoras 5´ e 3´, foi identificada a tendência de elevação da frequência padronizada de TEs à medida que a classe de distância avaliada se distancia do início e do término do gene, respectivamente. A baixa representatividade dos elementos também foi constatada em regiões intragênicas. O estudo da distribuição de TEs nos íntrons dos genes ortólogos indicou a preservação destas regiões quanto à fixação de TEs, sendo a representatividade abaixo do esperado mais evidente em intervalos adjacentes ao éxon, o que minimiza a chance de ruptura no padrão de splicing dos genes. Em sequências codificantes, a escassez de TEs - esperada devido ao provável efeito deletério destes eventos para a função do gene - foi constatada nos ortólogos das duas espécies. No entanto, inovações decorrentes da integração dos elementos em regiões codificantes podem resultar em efeitos evolutivos positivos, embora estes eventos sejam raros. Nas espécies analisadas foram identificados dois casos, de especial interesse, em que um domínio da sequência peptídica encontra-se localizado em região derivada de TE: o primeiro refere-se ao gene Cre06.g262800, em C. reinhardtii, no qual foi identificado o domínio PHD-finger associadao ao elemento Gypsy-5-LTR_CR; o segundo remete ao gene Vocar20001092m.g, em V. carteri, no qual o domínio zinc knuckle foi reconhecido em região derivada do elemento Gypsy3-LTR_VC. Estes genes constituem exemplos da contribuição de TEs na evolução de sequências codificadoras nas espécies C. reinhardtii e V. carteri, corroborando a hipótese de que os TEs podem contribuir na evolução da arquitetura dos genes, apesar do efeito disruptivo inerente à integração dos mesmos em regiões gênicas. / Transposable elements (TEs) are DNA sequences able to transpose in the host genome. The aim of this study resides in the investigation of TEs contributions in the algae C. reinhardtii and V. carteri genomes, more specifically in the architecture of orthologous genes in these species. In this context, large scale in silico analysis were performed to identify associations between TEs and orthologous genes. The results indicated that genes in the C. reinhardtii specie tend to accumulate more TEs copies than orthologous genes in V. carteri. C. reinhardtii showed higher density of TEs copies in the 5´ flanking, 3´ flanking and intronic regions when compared to V. carteri; the opposite was observed in coding regions. Investigation of the elements distribution in the intergenic and intragenic regions was performed, in which the observed TE frequency was compared to expected TE frequency from the simulated random distribution of the elements in the genome. It was verified regions where TE frequency was significantly lower than expected, as in gene boundaries adjacencies, probably reflecting a negative selection of the TE integration events in these delimitations due to deleterious effects associated with disruption of gene regulatory structures. In general terms, it was observed an increasing standardized frequency in the 5´ and 3´ flanking regions as the distance from gene start and gene end, respectively, increases. TEs underrepresentation was also verified in the intragenic regions. The study of TEs distribution in the introns of orthologous genes revealed the preservation of these structures in relation to TEs fixation, with a stronger underrepresentation near exon, which minimizes the chance of gene splicing pattern disruption. In the coding sequences, the TEs scarcity - expected due the likely deleterious effects to gene function - was verified in the orthologous of both species. However, in rare instances, innovations mediated by TEs integration in the coding regions can lead to positive evolutionary effects. In the species analyzed two instances of particular interest were observed, in which the domain of peptide sequence is located in the region derived from TE. The first one refers to the Cre06.g262800 gene, in the C. reinhardtii specie, which has a PHD-finger domain associated with Gypsy-5-LTR_CR element. The second one refers to the Vocar20001092m.g gene, in V. carteri, in which the zinc knuckle was recognized in region derived from Gypsy3-LTR_VC element. These genes are examples of TEs contributions in the evolution of coding sequences in the C. reinhardtii and V. carteri species, corroborating the hypothesis that TEs can contribute to the evolution of gene architecture, despite the inherent disruptive effect in their integration in the gene regions.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-29052014-095742 |
| Date | 28 March 2014 |
| Creators | Gisele Strieder Philippsen |
| Contributors | Ricardo De Marco, Alexandre Cláudio Botazzo Delbem, João Carlos Setubal, Marie Anne van Sluys, Alessandro de Mello Varani |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Física, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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