Elemento transponível Galileo como agente promotor de rearranjos cromossômicos em DROSOPHILA WILLISTONI (DIPTERA: DROSOPHILIDAE) : uma abordagem in situ

Abstract

O elemento transponível Galileo foi encontrado em Drosophila buzzatii e é apontado como o responsável pela formação de três inversões descritas para esta espécie: 2j, 2z3 e 2q7, através de recombinação ectópica. Análises in silico dos 12 genomas de Drosophila disponíveis constatou que ele é distribuído no gênero, estando presente também nos genomas de D. ananassae, D. pseudoobscura, D. persimilis, D. mojavensis, D. willistoni, as quais são reconhecidamente polimórficas, e D. virilis. Drosophila willistoni destacou-se nestas análises devido à presença de 495 cópias defectivas do elemento transponível Galileo encontradas em seu genoma, uma quantidade maior do que nas demais espécies. Estes achados somados com o fato de D. willistoni figurar entre as espécies mais polimórficas de Drosophila abrem um estimulante campo para os estudos da associação do elemento transponível Galileo com seu polimorfismo. O presente estudo analisou através de hibridização in situ a presença do elemento transponível Galileo nos cromossomos politênicos de três linhagens de D. willistoni oriundas de locais distintos da distribuição geográfica da espécie: Gd-H4-1 (América Central), a linhagem utilizada no sequenciamento; WIP-4 (nordeste do Brasil) e 17A2 (sul do Brasil), e estabeleceu as coincidências de inserções deste elemento com pontos de quebra descritos para a espécie e as coincidências com sítios de inserções do elemento P. Para tal, utilizou-se uma sonda com 2441 pb, baseada na maior variante do elemento transponível Galileo encontrada in silico, a qual não engloba suas repetições terminais invertidas (TIRs), portanto somente hibridiza com cópias mais completas do elemento. Nossas análises encontraram 100 sítios de inserções do elemento transponível Galileo distribuídos em todos os cromossomos de D. willistoni. Destes, 20 coincidem com pontos de quebra para inversões paracêntricas descritas, dois com pontos de quebra de uma rara inversão pericêntrica descrita e 10 com sítios de inserção do elemento P. O padrão de distribuição dos sinais de hibridização foi altamente similar entre as três linhagens. Também foram encontrados sinais de hibridizações nos cromocentros das linhagens analisadas. Associações estatisticamente significativas de sítios de inserção do elemento transponível Galileo com pontos de quebra ocorreram nos braços cromossômicos XR e IIL em Gd-H4-1 e IIL em WIP-4. Quando o reuso (compartilhamento) dos pontos de quebras para as diferentes inversões foi considerado, o cromossomo III também apresentou associações estatisticamente significativas em Gd-H4-1 e WIP-4. As análises quanto à distribuição geográfica das inversões mostrou que houve maior coincidência de sítios de inserções do elemento transponível Galileo que correspondem a pontos de quebra de inversões com distribuição restrita, ou seja, provavelmente mais recentes na história evolutiva da espécie. Com base em nossos resultados, é possível inferir que o elemento transponível Galileo é um elemento transponível antigo no genoma de Drosophila willistoni, e que a sua maior prevalência com pontos de quebra de inversões mais recentes pode estar associada à sua característica de formar estruturas secundárias quando desnaturado e assim promover rearranjos cromossômicos, mesmo se tratando de uma cópia defectiva.

The Galileo transposable element was discovered in Drosophila buzzatii and was appointed as responsible for the formation of three chromosomal inversions: 2j, 2z3 e 2q7 by ectopic recombination. In silico analyses of the 12 Drosophila genomes available showed that it is widely distributed in the genus, being present in the genomes of D. ananassae, D. pseudoobscura, D. persimilis, D. mojavensis, D. willistoni, recognized as chromosomally polymorphic, and in D. virilis. Drosophila willistoni was particularly interesting among the others, because of the finding of 495 defective copies of the Galileo transposable element in its genome, the highest amount found among all the studied species. Those results, and the fact that D. willistoni is one of the most polymorphic species of Drosophila, opened a stimulating field of study for the probable relationship between the Galileo transposable element and its chromosomal polymorphism. In the present study we analyzed the presence and the polytene chromosomal localization of the Galileo transposable element in three strains of D. willistoni from different geographical origins, through in situ hybridization: Gd-H4-1 (from Guadaloupe Island, Central America), the strain sequenced; WIP-4 (from Northeast Brazil) and 17A2 (from South Brazil), and detected coincidences of the Galileo transposable element insertion sites with break points of inversions known in this species and with sites of P element insertions. For this, we used a 2441 pb probe, drawn according to the larger variant of the Galileo transposable element found in silico, not including its inverted terminal repetitions (TIRs), thus only hybridizing with more complete copies of the element. We registered 100 sites of the Galileo transposable element insertions, distributed in all chromosomes of Drosophila willistoni. Among them, 20 coincide with break points of described paracentric inversions, two with those of a rare pericentric inversion and 10 with insertion sites of the P transposable element. The pattern of distribution of the hybridization signals was highly similar among the three strains. We also found hybridization signals in the chromocenters of all the strains analyzed. Statistically significant associations between insertion sites of the Galileo transposable element insertions with break points of inversions were detected in the chromosomal arms XR and IIL in Gd-H4-1 and IIL in WIP-4 samples. When the reuse (sharing) of the break points of different inversions was evaluated, we observed significant associations in the data of the third chromosome (III) of the Gd-H4-1 and WIP-4 samples. The analyses of the geographical distribution of the inversions showed higher coincidences of the Galileo transposable element insertions and break points of inversions with narrower distribution, i.e., apparently more recent in the evolutionary history of the species. Considering all our findings, we suggest Galileo as an ancient transposable element in the genome of D. willistoni, and that its apparent preference for break points of more recent inversions, can be due to its molecular characteristic of forming secondary structures when denatured, so promoting chromosomal rearrangements, even if it is a defective copy.