Evolução de genes do cluster Hoxd na ordem Cetartiodactyla

Abstract

A ordem Cetartiodactyla é composta por dois grupos de mamíferos que até recentemente não eram relacionados, Artiodactyla e Cetacea. Evidências morfológicas e moleculares sugerem esses dois grupos possuem um ancestral em comum. Os ancestrais dos cetáceos passaram por uma transição da vida terrestre para a aquática, adquirindo membros anteriores em forma de nadadeiras e posteriores ausentes. Os genes Hox possuem papel central na especificação dessas estruturas corporais. O cluster HoxD foi cooptado na evolução de tetrápodes para a função de regular o crescimento e padronização de membros. Também foi demonstrado que a acumulação e atividade transcricional de elementos transponíveis (TEs) inseridos nos genomas entre o cluster HoxD pode estar associada com a mudança de planos corporais. Assim, temos como objetivo contribuir para o melhor entendimento da história evolutiva em Cetartiodactyla, avaliando as relações entre os complexos de genes no cluster HoxD na evolução dos membros desse grupo. A partir de extrações de DNA de amostras de tecido de espécies ainda não analisadas, como Hippopotamus sp (espécie de artiodáctilo mais próximo aos cetáceos), foi amplificado e sequenciado o gene HoxD12. Foi construído por inferência Bayesiana uma árvore evolutiva a partir dessas sequências junto com sequências de mamíferos disponíveis no genbank, além disso foi analisada as taxas evolutivas em mamíferos e Cetartiodactyla. Também foram analisadas através da plataforma online RepeatMasker, sequências obtidas no banco de dados genbank entre os genes HoxD10 e Evx2 em mamíferos em busca de elementos transponíveis nessa região. Pela plataforma Alibaba foram feitas predições quanto a presença de sítios para fatores de transcrição nos elementos mais encontrados. Foram identificados 32 elementos transponíveis diferentes. Desses elementos, destacou-se os da família SINE/MIR, presentes predominantemente na região intergênica entre Evx2 e HoxD13. E foram encontrados principalmente 3 sítios para fatores de transcrição dentro de elementos MIR. A árvore filogenética correspondeu a dados da literatura, com Hippopotamus sp sendo mais relacionado com Cetacea do que Artiodactyla, além disso Cetacea apresentou maiores taxas evolutivas médias que Artiodactyla, apesar de serem em um menor número de sítios.

The order Cetartiodactyla is composed of two groups of mammals that until recently were not related: Artiodactyla and Cetacea. Recent morphological and molecular evidence suggests the evolution of Cetacea from a common ancestor with Artiodactyla. Cetacea ancestors had transitioned from terrestrial to aquatic life, acquiring hydrodynamic bodies with fin-shaped hindlimbs and absent forelimbs. Hox genes play a central role in the specification of these body structures, and modifications on their expression patterns have been linked to the emergence of vertebrate body plans. The HoxD cluster was recently co-opted in evolution, acquiring the function of regulating the growth and standardization of limbs as well as digits and the absence of this loci leads to rudimentary and truncated appendages. It has also been shown that the accumulation and transcriptional activity of transposable elements (TEs) inserted into the genomes, in the regions between the genes HoxD10 and Evx2 (even-skipped homeobox 2), may be associated with the change of body plan. Thus, our objective is to contribute to better understanding the Cetartiodactyla evolutionary history, evaluating the relationships between gene complexes in the HoxD cluster. DNA was extracted from 10 non-analyzed species, such as Hippopotamus sp (the species of artiodactyl closest to cetaceans). The HoxD12 gene was amplified by Polymerase Chain Reaction and sequenced. These sequences and the mammalian sequences available on GenBank were used to generate an evolutionary tree using Bayesian Inference. The evolutionary rates in mammals, and particularly in Cetartiodactyla, were analyzed. Also, sequences from the region between HoxD10 and Evx2 from mammals, obtained from the GenBank database, were analyzed in the RepeatMasker online platform, searching for TEs in this region. Predictions were made regarding the presence of sites for transcription factors in the most found elements, in AliBaba2.1 platform. Thirty-two different transposable elements (TE) were identified. Among them, the elements of the SINE / MIR family, predominantly present in the intergenic region between Evx2 and HoxD10, were highlighted. Were found three transcription factors sites within MIR elements. The phylogenetic tree corroborates previous studies, with Hippopotamus sp being more related to Cetacea than to Artiodactyla. Besides, Cetacea presented higher average evolutionary rates than Artiodactyla, despite the smaller number of sites with faster evolution.