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Previous issue date: 2016-10-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Triportheus genus (Characiformes, Triportheidae) presents a particular scenario 1 in fishes, with a
ZZ/ZW sex chromosomes system for all species until now investigated. The Z chromosome is
metacentric and the largest one of the karyotype, remaining morphologically conserved in all
species. In contrast, the W chromosome differs in shape and size among species, from almost
identical to markedly reduced in size in relation to the Z, with a clear heterochromatin accumulation
associated with its differentiation process. This scenario in Triportheus, along with a well defined
phylogeny for this group, provided an excellent opportunity to investigate the evolutionary events
associated with the sex chromosomes differentiation, a matter of increasing interest to evolutionary
biology in recent years. Therefore, the purpose of this study was to investigate the origin and
differentiation of sex chromosomes in eight Triportheus species, using diverse conventional and
molecular cytogenetics tools, such as C-banding, chromosomal mapping of rDNAs and several
other repetitive DNA sequences, comparat ive genomic hybridization (CGH), microdissection of Z
and W chromosomes and whole chromosome painting (WCP). The preferential accumulation of
repetitive DNAs on the W chromosome highlighted the predominant participation of these
sequences in the differentiation of this chromosome. Notably, the differential accumulation of
microsatellites, and a hybridization pattern with no direct correlation to the ancestry of the W
chromosome, put in evidence the particular evolutionary processes that shaped the sex-specific
chromosome among species. The chromosomal mapping of 5S and 18S rDNAs and U2 DNAsn
highlighted a very particular scenario in the distribution of these multigene families in Triportheus.
Indeed, the variability in number of the rDNA sites on the autosomes, as well as the syntenic
"status" of these three multigene families, showed their intense dynamism in the karyotype
evolution, revealing a much more complex organization of these genes than previously supposed for
closely related species. In addition, the occurrence of U2 DNAsn on the W chromosome of T. albus
appears as an evolutionary novelty, while the occurrence of 18S rDNA in the Wq terminal region of
all species pointed to a conserved condition for the genus, as well as a peculiarity in the
evolutionary process of the W chromosome. Noteworthy, the use of WCP, and especially CGH
experiments, put in evidence sequences which are shared by both Z and W chromosomes and
sequences that are unique to each one. Thus, the Wq terminal region stood out with a high
concentration of female specific sequences, in coincidence with the location of the 18S rDNA
genes, allowing inferences about the origin of these cistrons on the sex-specific chromosome. Our
data also showed that the ZZ/ZW system had, in fact, a common origin in Triportheus, considering
the homologies found in chromosomal paintings using the Z and W probes. Triportheus auritus is
the direct representative of the first lineage to differentiate in the genus and WCP experiments,
using the Z chromosome probe of this species, have showed how this chromosome is notably
conserved in all investigated species. On the other hand, the W chromosome showed variable
patterns of homology among species, highlighting the molecular divergence emerged along its
evolutionary history. In conclusion, the results obtained in this study allowed to certify the common
origin of the ZZ/ZW sex system in Triportheus and to evaluate the intra- and inter-specific genomic
homologies and differences between the sex pair, resulting in significant advances in the knowledge
of the origin and differentiation of the sex chromosomes among lower vertebrates. / O gênero Triportheus (Characiformes, Triportheidae) apresenta um cenário 1 incomum entre os
peixes, com a ocorrência de um sistema de cromossomos sexuais ZZ/ZW para todas as espécies já
investigadas. O cromossomo Z é metacêntrico e o maior do cariótipo, permanecendo
morfologicamente conservado em todas as espécies. Contrariamente, o cromossomo W apresenta
formas variáveis e tamanhos distintos entre as espécies, podendo apresentar tamanho quase idêntico
ao do cromossomo Z até acentuadamente reduzido em relação a ele, com um nítido acúmulo de
heterocromatina associado ao processo de diferenciação desse cromossomo. Este cenário em
Triportheus, juntamente com a filogenia já bem definida para este grupo, possibilitou uma
oportunidade excelente para a investigação de eventos evolutivos associados aos cromossomos
sexuais, aspecto este que vem despertando interesse crescente na biologia evolutiva nos últimos
anos. Assim sendo, a proposta deste estudo foi investigar a origem e a diferenciação dos
cromossomos sexuais em oito espécies de Triportheus, usando ferramentas diversificadas da
citogenética convencional e molecular, como o bandamento-C, mapeamento cromossômico de
DNAr e diversas outras classes de DNAs repetitivos, hibridização genômica comparativa (CGH),
microdissecção dos cromossomos Z e W e pintura cromossômica total (WCP). O acúmulo
preferencial de várias sequências de DNAs repetitivos no cromossomo W possibilitou destacar
a participação preponderante deste componente do genoma na diferenciação do cromossomo sexo18
específico. Notadamente, o acúmulo diferencial de microssatélites colocou em evidência processos
evolut ivos específicos do cromossomo W entre as espécies, bem como um padrão acumulativo que
não apresenta correlação direta com a ancestralidade deste cromossomo. O mapeamento
cromossômico do DNAr 5S e 18S e do DNAsn U2 evidenciou um cenário bastante particular na
distribuição dessas famílias multigênicas em Triportheus. A variabilidade em relação ao número de
sítios de DNAr nos autossomos, assim como o “status” sintênico dessas três famílias, evidenciaram
o dinamismo evolutivo desses genes mesmo entre espécies proximamente relacionadas. Além
disso, a ocorrência de DNAsn U2 no cromossomo W de T. albus evidenciou uma novidade
evolutiva, enquanto a ocorrência de DNAr 18S na região Wq terminal confirmou uma condição
conservada no gênero, assim como uma peculiaridade do processo evolut ivo do cromossomo W,
visto que todas as espécies analisadas até o momento são portadoras dessas sequências. O emprego
de WCP, e principalmente de CGH, possibilitou demonstrar a localização de sequências que são
compartilhadas pelos cromossomos Z e W, bem como de sequências que são exclusivas de cada um
deles. Assim, a região Wq terminal se destacou por apresentar uma grande concentração de
sequências específicas de fêmeas, em coincidência com a localização do cluster de DNAr 18S,
possibilitando inferências sobre a origem destes cístrons no cromossomo sexo-específico. Nossos
dados também demonstraram que o sistema ZZ/ZW teve, de fato, uma origem comum em
Triportheus, considerando as homologias encontradas nos mapeamentos cromossômicos com
sondas dos cromossomos sexuais Z e W. Triportheus auritus é a espécie representante direta da
primeira linhagem a se diferenciar no gênero e experimentos de WCP, utilizando a sonda do
cromossomo Z desta espécie, mostrou que este cromossomo se encontra notavelmente conservado
em todas as espécies investigadas. Por outro lado, o cromossomo W apresentou padrões variáveis
de homologia entre as espécies, destacando divergências moleculares diferencialmente moldadas ao
longo da sua história evolutiva. Em conclusão, os resultados obtidos no presente estudo possibilitaram atestar a origem comum do sistema ZZ/ZW em Triportheus, bem como avaliar divergências e similaridades genômicas intra- e interespecíficas quanto ao par sexual, obtendo-se avanços significativos no conhecimento da origem e diferenciação dos cromossomos sexuais entre os vertebrados inferiores. / CAPES: 11744/13–8
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/8567 |
| Date | 24 October 2016 |
| Creators | Yano, Cassia Fernanda |
| Contributors | Bertollo, Luiz Antonio Carlos |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus São Carlos, Programa de Pós-graduação em Genética Evolutiva e Biologia Molecular, UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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