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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10451/4532

Título: Genomic insights from the Squalius alburnoides complex in the confined Quarteira drainage population: what's new?
Autor: Nabais, Catarina Antunes Angélico Pinto, 1988-
Orientador: Pereira, Maria João Colares, 1952-
Nieves Cuñado
Palavras-chave: Citogenética
Hibridação in situ
Squalius alburnoides
Quarteira - Portugal
Teses de mestrado - 2011
Issue Date: 2011
Resumo: The hybridogenetic Squalius alburnoides fish complex comprises a diversity of forms combining distinct nuclear genomes and ploidies. It resulted from past interspecific hybridizations, incorporating the „A‟ parental genome and currently shuffling it with genome copies from sympatric bisexual Squalius species. The S. alburnoides Quarteira population (Algarve, Portugal), in sympatry with S. aradensis („Q‟ genotype donor), was addressed in this study. The main goal was to investigate possible intergenomic chromosomal exchanges occurring between the A and the Q parental genomes, in the distinct hybrid forms. Heterospecific exchanges might combine beneficial traits and through introgression, transfer them to the parental species thus improving their evolutionary potential. Two distinct approaches were used:1) Genomic in situ hybridization (GISH) applied to mitotic chromosome spreads to identify admixture of fluorescence patterns indicative of such exchanges; and 2) a synaptonemal complexes‟ analysis to investigative meiotic chromosomes‟ synapses during gametogenesis. Concerning the first, no clear interchanges were found; since each genome type appeared stained homogeneously according to its own parental origin. Regarding the meiotic approach, striking results were obtained in allotriploid females, which presented the entire 3n=75 chromosome sets in their meiocytes. The pachytene analyses showed no evidences of premeiotic chromosome exclusion or genome endoreduplication, which have been described for most hybrid vertebrates‟ complexes. A two-phase synaptonemal complex formation appears to take place in those females, however, no clear evidences of heterogenomic synapses were found. While the homospecific chromosome copies appear to engage exclusively in regular synaptonemal complexes, the heterospecific genome seems to synapse itself forming a diversity of irregular associations. Both studies seem to agree in their finding that no obvious intergenomic chromosomal exchanges take place in S. alburnoides Quarteira population, thus suggesting the conservation of each genome set integrity upon reproduction.
Os processos de hibridação interespecífica conduzem geralmente a alterações dos mecanismos reprodutores e, por vezes, à poliploidização. Embora a poliploidização seja um fenómeno bastante frequente no percurso evolutivo das plantas a sua incidência evolutiva nos animais tem sido questionada e considerada rara, particularmente nos vertebrados superiores. No entanto, um aumento considerável de estudos tem levado progressivamente ao reconhecimento da sua importância, questionando a visão clássica de que os híbridos estariam condenados ao insucesso evolutivo, devido à incompatibilidade de distintos genomas de realizarem meiose e produzirem gâmetas balanceados. De salientar que, nos vertebrados inferiores (peixes, anfíbios e répteis), é um fenómeno com considerável incidência provavelmente devido à sua flexibilidade em transitar do processo de reprodução bissexuada para estratégias não-sexuadas. Em peixes, a hibridação é um fenómeno bastante recorrente, em particular nas famílias Cobitidae e Cyprinidae, possivelmente potencializado por factores biológicos (como fertilização externa) e comportamentais (como mecanismos mais incipientes de isolamento pré-zigóticos). O sucesso reprodutor dos híbridos permite a existência de fenómenos de introgressão, viabilizando a transferência de informação genética de uma espécie parental para a outra. Contudo, às estratégias reprodutoras não-sexuadas estão, em geral, associados constrangimentos evolutivos relacionados com a ausência de recombinação genética aquando da produção de gâmetas. Em vertebrados foram descritos diversos mecanismos, alguns dos quais produzem descendência clonal relativamente ao genoma materno, como a partenogénese e a ginogénese e, outros, descendência hemiclonal como a hibridogénese. Um outro mecanismo reprodutor, dependente de esperma, é o caso da hibridogénese meiótica que envolve, à semelhança da hibridogénese clássica, a eliminação de um dos genomas parentais mas, adicionalmente, a segregação e a recombinação entre genomas homoespecíficos. É um processo mais raro e pouco estudado, tendo sido descrito em triplóides do complexo alopoliplóide Squalius alburnoides. Com efeito, este complexo hibridogenético é dos que apresenta uma maior variedade de estratégias reprodutoras, contribuindo para a sua elaborada dinâmica e diversidade populacionais. O complexo S. alburnoides (família Cyprinidae) compreende um conjunto de pequenos peixes dulciaquícolas com uma vasta distribuição geográfica na Península Ibérica e distintas populações de norte a sul. Resultou da hibridação unidireccional entre fêmeas de Squalius pyrenaicus e machos de uma espécie próxima de Anaecypris hispanica. O complexo deve a sua designação ao envolvimento de múltiplas espécies, que conduziram a distintas formas híbridas constituídas por diferentes ploidias e composições genómicas. A sua actual manutenção é conseguida através da incorporação dos genomas das espécies bissexuadas de Squalius simpátricas. S. alburnoides representa assim um bom sistema modelo para estudar os efeitos da hibridação e da poliploidia nos processos de organização genómica, que poderão criar o panorama adequado para a acção dos mecanismos evolutivos. Na bacia de Quarteira (Algarve, Portugal) o complexo combina o genoma parental „Q‟ da espécie S. aradensis com o genoma híbrido „A‟. Esta população foi alvo do presente estudo, pretendendo-se averiguar a existência de possíveis trocas entre os genomas „A‟ e „Q‟ nas distintas formas híbridas. As trocas intergenómicas poderão combinar características benéficas nos genomas híbridos e, através de introgressão, transferi-las às espécies parentais contribuindo para o aumento da sua variabilidade genética e eventual sucesso evolutivo. Num primeiro trabalho foi caracterizado o cariótipo mitótico de S. aradensis, dado que ainda não fora alvo de análises citogenéticas e a sua composição cromossómica era desconhecida. O estudo foi realizado com indivíduos alopátricos ao complexo e foi comprovada a presença do valor diplóide esperado de 50 cromossomas, composto por cinco pares de metacêntricos, 18 pares de submetacêntricos e dois pares de subtelo/acrocêntricos. Três tratamentos distintos vulgarmente utilizados em peixes para identificação das Regiões dos Organizadores Nucleolares revelaram a sua presença no braço curto de um par de cromossomas submetacêntrico. A aplicação sequencial dessas técnicas demonstrou consistência no par marcado e, à semelhança do que está descrito para diversas espécies de Leuciscinae, a existência da condição plesiomórfica do caracter – um par de marcadores nucleolares. A comparação dos cariótipos de machos e fêmeas não evidenciou a existência de cromossomas sexuais diferenciados nesta espécie. Foram ainda estudados cromossomas mitóticos de híbridos através da técnica de hibridação in situ genómica (GISH). A utilização da sonda genómica „A‟ marcada e de DNA genómico bloqueante „Q‟ não marcado revelou que esta técnica é eficaz na identificação da composição genómica de híbridos QA e QAA, tendo sido facilmente reconhecidos o número de cromossomas esperados para cada caso. No entanto, não foram detectadas misturas de padrões de fluorescência, indicativos de potenciais trocas heteroespecíficas. Os cromossomas apresentaram-se homogeneamente corados, o que permite rejeitar a existência de trocas intergenómicas num nível macroestrutural. O estudo seguinte foi efectuado em cromossomas meióticos, com o intuito de analisar a formação de sinapses durante a gametogénese dos híbridos. A marcação dos complexos sinaptonémicos permitiu observar ao microscópio electrónico com clareza as fases de zigoteno/paquiteno nos alotriplóides QAA e em indivíduos parentais de S. aradensis (QQ). Os complexos sinaptonémicos (CSs) são estruturas proteicas que unem longitudinalmente os cromossomas homólogos durante as primeiras etapas da meiose. O início da formação dos CSs ocorre em zigoteno, após o alinhamento e emparelhamento. O resultado deste processo é, em geral, a formação de bivalentes, que correspondem à sinapse de dois cromossomas homólogos, mediada por um CS maturo, durante a fase de paquiteno. Os resultados obtidos em S. aradensis permitiram observar que o processo de formação de sinapse nesta espécie, à semelhança de outros taxa com cromossomas pequenos, se inicia numa das regiões cromossómicas sub-distais, estendendo-se depois até à extremidade oposta. Foi também observada a conformação em bouquet nesta espécie, a qual corresponde ao agrupamento das regiões teloméricas dos cromossomas numa zona confinada do envelope nuclear. É, regra geral, encontrada na transição entre zigoteno e paquíteno e progressivamente desorganizada à medida que os homólogos emparelham e formam sinapses. Os resultados obtidos nas fêmeas triplóides revelaram que os seus meiócitos apresentam o complemento cromossómico somático, ou seja, 75 cromossomas, em profase I. Isso significa que, ao contrário do que está descrito para a maioria dos complexos híbridos de vertebrados, estas fêmeas de S. alburnoides não apresentam exclusão cromossómica nem endoreduplicação genómica premeióticas. Foram, no entanto, encontrados dois panoramas distintos no que diz respeito aos oócitos, sugerindo uma progressão temporal na formação dos complexos sinaptonémicos. Numa primeira etapa parece ocorrer exclusivamente a formação de CSs entre os 50 cromossomas das cópias genómicas homólogas (neste caso entre os homólogos AA, nos híbridos QAA). Nesses núcleos foram encontrados 25 CSs regulares (com perfeito alinhamento dos seus elementos laterais, centrómeros e extremidades teloméricas) dispersos e cerca de 25 univalentes aglomerados num arranjo em bouquet. Foram, por outro lado, também observados núcleos em que a percentagem de sinapse é muito elevada, encontrando-se poucos elementos simples. Nestes, a conformação em bouquet já não é visível e, aparentemente, o genoma heteroespecífico forma sinapses não-homólogas entre si mesmo, apresentando uma diversidade de associações irregulares. Este caso parece ocorrer numa fase posterior à primeira mencionada e resultar da necessidade de ultrapassar o checkpoint de paquiteno. Sabe-se que, em vários organismos, quando são detectados univalentes até a uma certa fase do ciclo meiótico, este checkpoint leva à apoptose das células. Não foram, contudo, detectadas sinapses heteroespecíficas óbvias, as quais poderiam indiciar a ocorrência de recombinação entre os dois genomas distintos. Os resultados apresentados neste trabalho apontam para uma manutenção da integridade de cada genoma parental na população de S. alburnoides da Quarteira, sugerindo que a transmissão dos complementos cromossómicos ocorre em bloco, e que o processo reprodutivo nesta população permite conservar a identidade de cada genoma.
Descrição: Tese de mestrado. Biologia (Biologia evolutiva e do Desenvovimento). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2011
URI: http://hdl.handle.net/10451/4532
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