Ensamblado y análisis comparativo de los genomas de las especies D. borborema, D. antonietae y D. koepferae (clúster Drosophila buzzatii, grupo repleta)

Moreyra, Nicolás Nahuel

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Título:	Ensamblado y análisis comparativo de los genomas de las especies D. borborema, D. antonietae y D. koepferae (clúster Drosophila buzzatii, grupo repleta)
Título alternativo:	Assembly and comparative analysis of the genomes of the species D. borborema, D. antonietae and D. koepferae (Drosophila buzzatii cluster, repleta group)
Autor:	Moreyra, Nicolás Nahuel
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Filiación:	Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires (IEGEBA)
Publicación en la Web:	2022-11-29
Fecha de defensa:	2020-10-01
Fecha en portada:	2020
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Biológicas
Director:	Hasson, Esteban R.
Consejero:	Frankel, Nicolás
Jurado:	Confalonieri, Viviana Andrea; Kamenetzky, Laura; Juri Ayub, Maximiliano
Idioma:	Español
Palabras clave:	FILOGENOMICA; GENOMICA COMPARATIVA; ADAPTACION; SALTO DE HOSPEDADORPHYLOGENOMICS; COMPARATIVE GENOMICS; ADAPTATION; HOST SHIFT
Formato:	PDF
Handle:	http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6789_Moreyra
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n6789_Moreyra.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n6789_Moreyra
Ubicación:	Dep.BIO 006789
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Moreyra, Nicolás Nahuel. (2020). Ensamblado y análisis comparativo de los genomas de las especies D. borborema, D. antonietae y D. koepferae (clúster Drosophila buzzatii, grupo repleta). (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6789_Moreyra

Resumen:

En este trabajo se presentan los resultados de la secuenciación, ensamblado, anotación estructural, anotación funcional y análisis comparativo de los genomas de especies cactofílicas que conforman el cluster Drosophila buzzatii: D. antonietae, D. borborema, D. koepferae (dos cepas) y D. buzzatii. Este es un grupo de siete especies cercanamente emparentadas del grupo repleta. Todas viven en ambientes áridos, desérticos y semidesérticos de América del Sur, y son capaces de alimentarse de una variada dieta consistente en microorganismos, mayormente levaduras y bacterias, asociados a los tejidos de cactus en descomposición. Entre las cactáceas que explotan como sitios de cría se pueden reconocer dos tipos principales: los cactus columnares de la subfamilia Cactoideae (por ejemplo, los géneros Cereus Trichocereus) y las tunas o peras espinosas de la subfamilia Opuntioidea (principalmente del género Opuntia). Los primeros son los hospedadores primarios de D. antonietae, D. borborema y D. koepferae, en tanto que las tunas son los hospedadores primarios de D. buzzatii, condición considerada como ancestral. Estos dos tipos de cactus difieren notablemente en varios aspectos de su biología, ecología y, particularmente, en su composición química. En este contexto se enmarca el objetivo general de este trabajo, que se propone identificar, desde una perspectiva genómico-comparativa, factores genéticos asociados a la utilización diferencial de recursos naturales química y nutricionalmente diferentes en el sistema modelo Drosophila-cactus. Esta tesis comienza con una introducción a los antecedentes de la genómica y ecología de este grupo de especies que motivaron la realización de misma, junto con los objetivos propuestos y una breve descripción de los restantes capítulos. Posteriormente, se desarrollan dos enfoques analíticos realizados a partir de la secuenciación de cuatro genomas de novo y el re-análisis del genoma disponible de D. buzzatii. Por un lado, se presenta un estudio mitogenómico comparativo, donde se reportan los mitogenomas de estas especies y el de una especie adicional, D. seriema, también miembro del cluster buzzatii, en conjunto con los resultados de la evolución molecular y las relaciones filogenéticas inferidas a partir de los mitogenomas. Por otro lado, se expone un enfoque combinado de estudios filogenómicos y de genómica comparativa, que se dividió en tres partes. Primero, se reportan las métricas y estadísticas estándares de contigüidad y completitud de los ensamblados generados con una metodología de novo: la longitud total, el número de contigs/scaffolds, el valor de N50 y los porcentajes de completitud de distintos conjuntos de genes ortólogos de copia única que se encuentran conservados en diferentes linajes (grupos BUSCO). En segundo lugar, se muestran los resultados de la anotación estructural y funcional, tales como el número de repeticiones, genes, transcriptos y proteínas anotadas, y se compara la calidad de las mismas con las anotaciones disponibles para otras especies. En tercer lugar, se presenta la filogenia más completa reconstruida hasta el momento para este grupo de especies, la cual obtuvo valores de soporte máximos para todos los nodos y que es contradictoria con la hipótesis filogenética generada con los mitogenomas. A continuación, se reporta el conjunto de genes ortólogos exclusivos del grupo de especies cactófilas, que se obtuvieron a partir de un análisis comparativo que incluyó a las especies del cluster buzzatii, a D. mojavensis (que forma parte del complejo mulleri, que es el grupo hermano del complejo buzatii) y a especies externas no cactofílicas, del mismo subgénero Drosophila y del subgénero Sophophora. Otras comparaciones permitieron identificar, además, conjuntos de genes exclusivos del cluster buzzatii y de las especies que explotan cactus columnares. Las funciones asociadas a estos dos conjuntos de genes fueron coherentes con las supuestas características necesarias para la utilización de recursos naturales química y nutricionalmente diferentes, y que podrían estar asociadas a la preferencia de distintas plantas hospedadoras. Adicionalmente, se presenta un estudio de evolución molecular de la familia de proteínas citocromo P450 (CYP450), conocida por estar relacionada con mecanismos de detoxificación, donde se muestra la expansión y contracción de la misma en relación con el cluster mojavensis. Por último, en base a todos los resultados obtenidos, en las conclusiones generales se destacan los principales aportes de este trabajo.

Abstract:

This work presents the results of the sequencing, assembly, structural annotation, functional annotation, and comparative analysis of the genomes of cactophilic species which belong to the Drosophila buzzatii cluster: D. antonietae, D. borborema, D. koepferae (two strains) and D. buzzatii. This group is an ensemble of seven closely related species of the repleta group. These species inhabit arid, desert and semi-desert environments of South America, and are able to feed on a varied diet consisting of microorganisms, mostly yeasts and bacteria, associated with decaying cactus tissues. Regarding host plant use, two main types can be recognized: the columnar cacti of the subfamily Cactoideae (e.g. the genera Cereus and Trichocereus) and the prickly pears of the subfamily Opuntioidea (mainly genus Opuntia). D. buzzatii is an Opuntia specialist, considered an ancestral condition, while D. antonietae, D. borborema, and D. koepferae are mainly columnar dwellers. These two types of cactus differ markedly in several aspects of their biology, ecology, and mostly in their chemical composition. In this sense, this work aims to identify, using a comparative genomics approach, the genetic factors associated with the preference and use of chemically and nutritionally different natural resources in the Drosophila-cactus model system. At the beginning of this work, the genomic and ecological backgrounds of this species group, which encouraged the development of this Ph.D. thesis, are introduced/described, together with the proposed objectives and a brief description of each chapter. Subsequently, two analytical approaches carried out with the de novo sequencing of four genomes and the reanalysis of the genome of D. buzzatii are described. Then, a comparative mitogenomic study is presented, where the mitogenomes of these species and D. seriema, an additional species member of the buzzatii cluster, are reported. The results of a molecular evolution study and the phylogenetic relationships inferred using the mitogenomes are also shown. Afterward, an approach that combined phylogenomic and comparative genomic studies, which was divided into three parts, is presented. First, the standard contiguity and completeness metrics for genome assemblies are reported: total length, number of contigs/scaffolds, N50 value, and the percentages of completeness of different sets of single-copy orthologs genes conserved in different lineages (BUSCO groups). Secondly, the results of the structural and functional annotations are shown, such as the number of repeats, genes, transcripts, and proteins annotated, and the quality results are compared to available annotations for other species. Thirdly, the most complete phylogeny reconstructed to date for this species group is reported, which obtained maximum bootstrap values for all nodes and which is against the phylogenetic hypothesis inferred using mitogenomes. Next, the set of exclusive cactophilic species orthologs genes and their functions are reported, which was obtained through a comparative analysis that included the species of the buzzatii cluster, D. mojavensis (part of the mulleri complex, which is the sibling group of the buzatii complex) and external non-cactophilic species that belong to the same subgenus Drosophila and the subgenus Sophophora. Other comparisons allowed to identify sets of exclusive genes in the buzzatii cluster and in the species that only exploit columnar cacti. The functions associated to these two gene sets were consistent with the presumed characteristics that are required for the use of chemically and nutritionally different natural resources, and which could be associated with the preference of different host plants. In addition, a molecular evolution study of the cytochrome P450 (CYP450) protein family, well known to be related to detoxification mechanisms, is presented, and the expansion/contraction of this family in comparison with the mojavensis cluster is also shown. Finally, based on all the obtained results, the main contributions of this work are highlighted in the general conclusions.

Citación:

---------- APA ----------

Moreyra, Nicolás Nahuel. (2020). Ensamblado y análisis comparativo de los genomas de las especies D. borborema, D. antonietae y D. koepferae (clúster Drosophila buzzatii, grupo repleta). (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6789_Moreyra

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Moreyra, Nicolás Nahuel. "Ensamblado y análisis comparativo de los genomas de las especies D. borborema, D. antonietae y D. koepferae (clúster Drosophila buzzatii, grupo repleta)". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2020.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6789_Moreyra

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