Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10348/236
Title: “Comparative Chromosome Painting” entre os genomas das espécies Muridae (Rodentia) Praomys tullbergi, Mus musculus e Rattus norvegicus: Arquitectura Cromossómica
Authors: Meles, Susana Manuela Alves
Advisor: Chaves, Raquel
Lima-Brito, José Eduardo
Keywords: Citogenética
Roedores
Evolução cromossómica
Arquitectura cromossómica
Issue Date: 2008
Abstract: O grupo Praomys (Rodentia, Muridae) representa um dos mais diversos e abundantes grupos de roedores do Velho Mundo. Este complexo grupo, ao qual pertence a espécie em estudo neste trabalho Praomys tullbergi (PTU), distingue-se por ser um dos mais difíceis de sistematizar. A caracterização molecular e citogenética das espécies é um dos critérios taxonómicos de maior importância. Como a maioria das espécies do grupo Praomys continua desprovida dessa informação, o objectivo desta dissertação foi caracterizar detalhadamente o cariótipo de Praomys tullbergi e a construção de um mapa cromossómico de elevada resolução desta espécie com os genomas modelo Mus musculus (MMU) e Rattus norvegicus (RNO). Desta forma foi possível reconstruir a história evolutiva ao nível da arquitectura do genoma de Praomys tullbergi e determinar as suas relações filogenéticas com as espécies índex MMU e RNO. A análise citogenética do P. tullbergi revelou um cariótipo (2n=34) essencialmente acrocêntrico, sendo o cromossoma X submetacêntrico e o Y acrocêntrico. Na caracterização da composição molecular das sequências deste cariótipo, a aplicação de fluorocromos que coram especificamente regiões AT (DAPI) e GC (CMA3) seguidos de bandeamento-C (CBP) permitiu detectar nos cromossomas quais as regiões heterocromáticas mais ricas em sequências AT e GC. Esta metodologia permitiu estudar a heterocromatina constitutiva (HC) do cariótipo de P. tullbergi e desta forma obter informação mais pormenorizada acerca da natureza da HC. Assim, foi possível encontrar, pelo menos, seis classes de HC nos autossomas: uma centromérica, duas intersticiais (composição GC e AT+GC) e três classes de HC telomérica (GC, AT e AT+GC). O cromossoma X revelou ser composto por três classes de HC: uma pericentromérica e duas intersticiais (composição GC e AT+GC). Paralelamente procedeu-se ao mapeamento físico das sequências teloméricas (TTAGGG)n e sequências LINE-1 em preparações cromossómicas de PTU. Da análise das sequências de DNA telomérico de P. tullbergi, verificou-se, como esperado, que estas se encontravam predominantemente nas extremidades físicas dos cromossomas, mas foram ainda detectados diversos locais teloméricos intersticiais (ITS – “Interstitial telomeric sites”) localizados nas regiões pericentroméricas e intersticiais dos autossomas e ainda intersticialmente no cromossoma X. Considerando que os cromossomas num estado evolutivo mais primitivo contêm sequências teloméricas localizadas apenas nos telómeros (Meyne et al. 1990) e com base nos resultados obtidos, o cariótipo de PTU deverá ser considerado mais rearranjado, uma vez que foram detectados ITSs em vários cromossomas desta espécie. A análise da distribuição e densidade relativa das sequências LINE-1 nos cromossomas de PTU revelou uma distribuição ubíqua destas sequências na maioria dos cromossomas, não se tendo desta forma verificado uma acumulação preferencial das sequências LINE-1 nos cromossomas sexuais em comparação com os autossomas, como proposto por alguns autores. Além da caracterização do cariótipo, a análise comparativa dos genomas de PTU, MMU e RNO por CCP (ou “cross-species chromosome painting”) permitiu a construção dos respectivos mapas comparativos relativamente aos cromossomas de P. tullbergi. Os resultados indicaram o P. tullbergi como o roedor estudado que apresenta o genoma mais rearranjado, com 66 segmentos sinténicos relativamente a MMU e 61 segmentos conservados com o genoma de RNO. Os principais rearranjos encontrados entre PTU e os genomas modelo analisados foram principalmente translocações em tandem e inversões, que terão ocorrido durante a evolução cromossómica de Praomys tullbergi. Foi ainda possível reconstruir os processos evolutivos ocorridos nos cromossomas de Praomys tullbergi desde o genoma ancestral dos Muroidae. Entre os genomas ancestral e PTU contabilizam-se aproximadamente 32 segmentos sinténicos nos autossomas originados por, pelo menos 23 rearranjos cromossómicos, sendo estes principalmente translocações em tandem, algumas fissões, uma inversão e transposição do centrómero. É de salientar que a elevada resolução do mapa comparativo de PTU foi possível porque se utilizaram dois genomas modelo em simultâneo, MMU e RNO, cujas sintenias cromossómicas estão confirmadas com elevada resolução a partir das bases de dados resultantes dos projectos de genoma. De referir ainda que este trabalho é o primeiro estudo comparativo realizado por “painting” cromossómico numa espécie do género Praomys.
Praomys group (Rodentia, Muridae) represents one of the most diverse and abundant rodent groups of the Old World. This complex group, that comprises (in which belongs) the species in focus in this work, Praomys tullbergi (PTU), is known for being one of the most difficult rodents group to systematize. Molecular and Cytogenetic characterization of species are crucial taxonomic criteria. As the majority of Praomys group still lacks these information, one of the goals of this work was exactly the thorough characterization of Praomys tullbergi karyotype, as well as the construction of a physical high resolution comparative map of this species using the model genomes Mus musculus (MMU) e Rattus norvegicus (RNO). This strategy allowed the recreation of the evolutionary history of P. tullbergi genome architecture and the determination of its phylogenetic proximity with the índex species MMU e RNO. Cytogenetic analysis of P. tullbergi revealed a karyotype (2n=34) essentially acrocentric, being the X chromosome a submetacentric and the Y an acrocentric. In the molecular composition characterization of this karyotype, the use of fluorochromes specific for DNA regions rich in AT (DAPI) or GC (CMA3) base pairs, followed by C-banding (CBP) permitted to detect which heterochromatic regions in the chromosomes are richer in AT or GC DNA sequences. This methodology allowed characterizing the constitutive heterochromatin (CH) fraction of PTU karyotype, and in this way, to achieve detailed information about the CH nature. It was thus possible to discriminate, at least, six CH classes in the autosomes: one centromeric, two interstitial (GC and AT+GC composition) and three telomeric CH classes (GC, AT and AT+GC). The sex chromosome X revealed to be composed by three CH classes: one pericentromeric and two interstitial (GC AT+GC). Simultaneously and in a parallel platform, the physical mapping of (TTAGGG)n telomeric and LINE-1 sequences was performed in PTU chromosome preparations. Analysis of telomeric sequences revealed, as expected, the predominantly location at the chromosome’s ends, however and interestingly, several interstitial telomeric sites (ITS) were also detected at the pericentromeric and interstitial regions of the some autosomes and interstitially in the X chromosome. Based on the assumption that chromosome primitive forms contain telomeric sequences strictly located at the telomeric regions (chromosome ends) (Meyne et al. 1990) and by the results obtained along this work, P. tullbergi genome should be considered highly rearranged, since ITSs were detected in several chromosomes. The analysis of the distribution and relative density of LINE-1 sequences in PTU chromosomes revealed an ubiquitous distribution throughout the majority of this species chromosomes, in opposition to what havebeen found by several other authors, that verified a preferential accumulation of these sequences in the sex chromosomes (in comparison with he autosomal complement). Besides karyotype description and characterization, the comparative genomics performed between PTU and the two índex genomes Mus musculus (MMU) and Rattus norvegicus (RNO) by “Comparative Chromosome Painting” (CCP or “Cross-species Chromosome Painting”) allowed the construction of high resolution physical comparative maps. Results indicate P. tullbergi as the highly rearranged rodent studied so far, presenting 66 syntenyc segments with MMU and 61 syntenyc segments with RNO genome. The main rearrangements detected between PTU and these two genomes are tandem translocations and inversions, probably occurred during evolutionary chromosome reshaping of Praomys tullbergi. Moreover, it was possible to recreate the evolutionary processes that sculpted the chromosomes of this species since the ancestral Muroidea karyotype form. Between this putative ancestral genome and the one of PTU, its possible to account for 32 syntenic segments in the autosomes, generated by, at least, 23 chromosomal rearrangements, mainly tandem translocations, a few fissions, one inversion and centromere transposition. The high resolution of PTU physical comparative map was only possible by the simultaneous use of the two model genomes, MMU e RNO, whose chromosomal syntenies were precisely validated using the genome projects resulting databases. Finally is important to refer that this was the first comparative study by chromosome “painting” of a Praomys genus species genome.
Description: Dissertação de Mestrado em Genética Molecular Comparativa e Tecnológica
URI: http://hdl.handle.net/10348/236
Document Type: Master Thesis
Appears in Collections:OLD - Dissertações de Mestrado

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