Evolución de elementos móviles en ortópteros

Resumen

La importancia de los elementos móviles o transponibles (TEs) como remodeladores del genoma ha ido creciendo en las últimas décadas con el avance en su estudio. Su ubicuidad y la enorme fracción que representan de los genomas hasta ahora secuenciados, nos ha llevado a plantearnos el papel que juegan estos elementos en los genomas de ortópteros. Para ello hemos analizado la presencia de TEs que son abundantes en los genomas de otros insectos como ocurre con los elementos de Clase I, Gypsy, RTE y R2, y el elemento de Clase II, Mariner. La distribución y abundancia de los TEs difiere según el tipo de elemento y el organismo en el que se estudia. De este modo, los elementos móviles estudiados en el genoma de Eyprepocnemis plorans y Locusta migratoria han mostrado dos tendencias distintas. Por un lado, los elementos Gypsy, RTE y Mariner presentan una localización dispersa a lo largo de la eucromatina de todos los cromosomas A, con escasa presencia en la de los Bs y hallándose ausentes de las regiones heterocromáticas, los clústeres de ADN ribosómico y los de histonas. La otra tendencia es la encontrada en el elemento R2, cuya presencia está limitada al ADN ribosómico, por su mecanismo de retrotransposición, pero que muestra una acumulación en los clústeres ribosómicos del cromosoma B y una escasa, o incluso nula, presencia en los clústeres ribosómicos de los cromosomas A de la especie E. plorans. El elemento R2 en E. plorans, EploR2, fue caracterizado completamente. La estructura que muestra este elemento es similar a la encontrada en los R2 de otras especies, con una longitud de 3,5 kb y un único ORF que codifica tres dominios (unión al ADN, retrotranscriptasa y endonucleasa) así como comparte la diana de inserción en los genes 28S ribosómicos careciendo de las deleciones en este gen que presentan en otras especies Del mismo modo, la abundancia de estos elementos, estudiada por estimación de número de copias mediante PCR cuantitativa, muestra diferencias entre los tipos de TEs, siendo los elementos Gypsy los más abundantes en E. plorans (~7000 copias), seguidos por los elementos RTE (~4200), Mariner (~350) y R2 (~ 100). En L. migratoria, fue el elemento Mariner el que mostraba una mayor presencia con valores similares de los de E. plorans, mientras que los elementos Gypsy y RTE presentaron un número de copias extremadamente escaso debido probablemente a la especificidad de los cebadores diseñados a partir de los elementos encontrados en E. plorans. Aún así, tanto la distribución observada mediante FISH como las copias estimadas, sugieren que los TEs suponen una proporción importante de estos genomas. La acumulación del elemento R2 en el cromosoma B en E. plorans, nos llevó a preguntarnos si ocurriría igual en las diferentes variantes observadas de este cromosoma, por lo que estimamos el número de elementos R2 en individuos (0B y 1B) de distintas poblaciones, cuantificando además, el número de unidades de ADN ribosómico para analizar la dinámica de ocupación de este elemento. De media, los individuos portadores de cromosoma B poseían 10 veces más copias de R2 que los individuos sin este cromosoma. De igual forma las unidades de ADN ribosómico presentes en el cromosoma B fueron tantas como las presentes en el complemento normal de esta especie, apareciendo diferencias entre las distintas variantes de cromosoma B. La ocupación por R2 del 2% de los clúster de ADN ribosómico, fue más baja que en otros insectos, mostrando también diferencias entre individuos con y sin cromosoma B y entre las variantes de Bs, siendo mayor en la variante de B más antigua, B1, con un 8%, que en las más modernas, B2 y B24, con alrededor del 5%. A la luz de estos datos, se desprende que el elemento R2 parece estar fundamentalmente ligado al cromosoma B, donde encuentra un lugar de inserción paradisíaco debido a la gran cantidad de dianas disponibles, con alta tolerancia a las inserciones por su escasa repercusión en el hospedador, y debido a la ausencia de recombinación con los cromosomas A lo que dificulta la eliminación de copias. Sin embargo, puesto que la actividad de R2 se encuentra ligada a la expresión del gen ribosómico 28S, la inserción en los cromosomas B (donde los clústeres ribosómicos están usualmente inactivos) no favorece su actividad. De hecho, no hemos conseguido amplificar transcritos de R2 en el ADN complementario de machos de Torrox portadores de B24, a pesar de que en esta población se produce con mucha frecuencia la activación de las NORs de los B24. Este hecho contrasta fuertemente con las evidencias de actividad obtenidas mediante el análisis de las truncaciones 5¿ de este elemento, que muestra que las poblaciones con cromosomas B tienen mayor número de eventos de retrotransposición. Estos datos sugieren que o bien la expresión de R2 ocurre en un tejido o fase del desarrollo distinto al estudiado aquí, o bien la actividad observada se debe a un pasado reciente coincidente con el estrés celular provocado durante la fase parasítica del B. Por otro lado, el análisis de la expresión de los otros TEs estudiados sí dió resultados positivos, encontrando transcritos en ADN complementario de E. plorans y L. migratoria tanto de Gypsy, como RTE y Mariner, aunque no podemos asegurar que exista actividad transposicional porque aún podrían afectarles la regulación post-transcripcional que pueda ejercer el genoma hospedador o las propias copias defectivas de estos elementos. La reconstrucción de la historia evolutiva de los TEs en ortóperos fue realizada estudiando la relación filogenetica de los retroelementos, Gypsy y RTE, y tres marcadores del ADN mitocondrial en 31 especies de la familia Acridoidea. Ambos elementos móviles fueron amplificados en la mayoría de las especies y la topología de sus árboles filogenéticos mostraron una congruencia de entre el 67-72% con el árbol filogenético obtenido con el ADN mitocondrial, por lo que estos elementos parecen ser antiguos componentes de estos genomas que han evolucionado junto con sus hospedadores. Pero como muestran los porcentajes, esta congruencia no es completa, encontrándose casos que sugieren la existencia de eventos de transferencia horizontal de transposones (HTT), como la alta relación mostrada entre los elementos Gypsy de las especies E. plorans y H. litorales, que es mayor que la presentada con las otras especies del mismo género, o bien la relación entre los RTE de Ch. vagans y el género Dociostaurus. Un análisis de la diversidad de copias de Gypsy en el genoma de E. plorans, sin embargo, puso en duda esta HTT puesto que se encontraron copias similares tanto al elemento Gypsy de E. unicolor como al de H. litorales, por lo podríamos encontrarnos con un efecto de ¿lineage sorting¿ incompleto o incluso de muestreo incompleto. Para conocer la dinámica intragenómica de estos elementos realizamos un estudio de la diversidad del elemento RTE dentro del complemento cromosómico de E. plorans, mediante la microdisección por separado de todos los bivalentes (más el cromosoma B) de una célula meiótica y la posterior amplificación, clonación y secuenciación de las copias de RTE en cada uno de los cromosomas. Este abordaje nos permitió obtener una perspectiva filogeográfica e intragenómica de la evolución de estos elementos, al tratar cada cromosoma como una población. De este modo, pudimos establecer la existencia de dos linajes de elementos RTE en E. plorans, uno presente en todos los cromosomas, incluido el B (linaje B), y otro presente en todos los A, excepto el cromosoma S11 y el B (linaje A), sugiriendo la existencia de dos oleadas de invasiones de estos elementos,, una por cada linaje y anteriores al surgimiento del cromosoma B. Además, la alta relación entre las secuencias del cromosoma B y S11 sugiere el origen, a partir del S11, de este cromosoma accesorio. Finalmente, el análisis filogenético de las secuencias de estos linajes junto a las secuencias de RTE de otras especies, obtenidas en el análisis anterior, nos mostró la posibilidad de una HTT desde oedipodinos, que originara este linaje B pero que sólo podría ser corroborada con un estudio similar de diversidad en los otros eyprepocnemidinos que descartara la presencia del linaje B en ellos.