Estudi comparatiu de l'estructura del gen

Abstract

S'ha caracterizat l'estructura de la regió genòmica del gen "Adh" a quatre espècies del gènere "Drosophila", pertanyents al subgrup "obscura": "D. ambigua", "D. subobscura", "D. madeirensis" i "D. guanche" amb els objectius d'analitzar l'organització i l'evolució d'aquesta regió genòmica dins d'aquest gènere i clarificar les relacions filogenètiques d'aquestes espècies. Per assolir aquestes fites, es van construir llibreries genòmiques de cada espècie que es van crivellar amb una sonda que contenia el gen "Adh" de "D. melanogaster", per tal d'aïllar seqüències homòlogues a aquest gen. Els clons positius es van caracteritzar primer per restricció i desprès per seqüenciació. També es va analitzar la seva localització citogenètica mitjançant hibridacions "in situ" sobre cromosomes politènics.<br/><br/>En aquestes quatre espècies, el gen "Adh" és un gen de còpia única, d'expressió regulada per dos promotors diferents, amb una estructura comparable a la que presenta "D. melanogaster": tres exons de mida diferent separats per dos petits introns. A més, la seva seqüència es troba molt conservada en totes elles. Per altra part, immediatament adjacent a 3' del gen "Adh", es troba un altre gen, l' "Adh-dup", d'estructura també molt conservada inter-específicament, però que presenta la particularitat de una diferent localització del codó de terminació en diferents espècies, i per tant, la longitud de la proteïna codificada varia. Donada l'elevada similitud tant d'estructura com de seqüència entre els gens "Adh" i "Adh-dup", es confirma que ambdós gens haurien divergit a partir de la duplicació d'un gen ancestral.<br/><br/>De les comparacions inter-específiques de seqüències es dedueix que no totes les regions evolucionen al mateix ritme, ja que es detecten diferències significatives en les taxes de divergència no només entre regions codificants i regions no codificants, sino també dins de cada tipus de regions. A les regions codificants, les substitucions silencioses són més frequents que les de reemplaçament, corn és d'esperar degut al constrenyiment funcional. Però, la distribució de les substitucions de reemplaçament no és a l'atzar al llarg de la regió codificant: quan es compara qualsevol espècie del subgrup "obscura" amb una del subgrupo "melanogaster", les substitucions de reemplaçament del gen "Adh" s'acumulen significativament en el tercer exó, mentre que, de forma inversa, quan es comparen espècies dins del subgrup "obscura", són les substitucions de reemplaçament del gen "Adh-dup" les que no es distribueixen a l'atzar. Aquests trets només es dóna quan en la comparació d'espècies s'empra el subgrup "obscura" i no quan es consideren espècies d'altres radiacions més llunyanes i, per tant, constituiria un tret de l'evolució d'aquest grup. Resumint, doncs, les posicions de reemplaçament del gen "Adh", serien la regió que s'hauria vist més afectada pels processos que es van produir en la radiació del grup "obscura" de la radiación "melanogaster". Inversament, la regió que reflecteix millor els canvis produïts dins de la pròpia radiació "obscura", són les posicions de reemplaçament del gen "Adh-dup". Podria tractar-se d'uns bons marcadors moleculars, informatius de les corresponents radiacions.<br/><br/>S'han aïllat i caracteritzat seqüències addicionals al gen funcional, però que presenten homologia amb el gen "Adh", en el genoma de "D. subobscura", "D .madeirensis" i "D. guanche". Fet que concorda amb d'altres resultats, com ara la detecció de vàries localitzacions cromosòmiques i vàries bandes sobre "Southerns" de DNA genòmic total, amb homologia al gen "Adh". Les característiques que presenten aquestes seqüències addicionals són definitòries de retroseqüències, també anomenades gens processats, ja que no posseeixen introns, que han estat perfectament escindits, ni tampoc regions promotores reconeixibles, i en canvi, presenten "leader" i "trailer". De les seves característiques es dedueix que es tractaria de trànscrits del gen "Adh" que s'haurien retrotranscrit i integrat en el genoma, i posteriorment, han sofert un procés de multiplicació que ha afectat també a les regions genòmiques adjacents. També s'han detectat retrosequències en els genomes de "D. madeirensis" i "D. guanche". Immediatament adjacent a totes les retroseqüències aillades, s'ha trobat un DNA moderadament repetit en el genoma de "D. subobscura" que conté una repetició invertida de 196 pb i una regió intermèdia amb palíndroms i repeticions directes.<br/><br/>Amb les dades moleculars obtingudes, s'ha intentat clarificar les relacions filogenètiques entre aquestes espècies. "D. guanche"," D. madeirensis" i "D. subobscura" formen una tríade estretament relacionada, éssent les dues últimes les més properes entre sí, amb una gran similitud de seqüència no només a les regions codificants, sino també en les no codificants. "D .guanche" sembla ésser l'espècie que està divergint més ràpidament dins d'aquest tríade i aquest fet concordaria amb la seva distribució geogràfica restringida, amb un nombre efectiu d'individus petit i que sofreix frequents colls d'ampolla. "D. ambigua" té una posició poc clara dins del subgrup "obscura", la seva filogènia varia segons les dades emprades, però semblaria situar-se més aprop de les espècies europees que de les americanes. A més, relativament, sembla divergir molt ràpidament dins d'aquest subgrup i això explicaria la dificultat de determinar la seva posció filogenètica, ja que estaria distorsionant la seva filogènia.

<i>The structure of the genomic region of the "Adh" (alcohol dehydrogenase) gene has been analyzed and characterized in four species of the genus "Drosophila" belonging to the "obscura" subgroup: "D. ambigua","D. subobscura", "D. madeirensis and "D.guanche". Two different genes are located in this region, the "Adh" and the "Adh-dup" and both genes have diverged from a common ancestor. The inter-specific comparisons of the sequences of the two genes, which are very well conserved, have allowed detect differences in the divergence rates not only between, but rather within coding and non-coding regions. Furthermore, the distribution of the replacement substitutions along the coding sequence is significantly deviated from random. Additional sequences, homologous to the "Adh" gene, have been isolated and analyzed in the "D. subobscura" genome. Their features are definitory traits of retrosequences (processed genes). They have also been detected in the "D. madeirensis" and "D. guanche" genomes. This report, together with a very recent one from other authors, is the first to acknowledge the presence of these genetic elements in the genome of invertebrates. On the other hand, a middle repetitive DNA, which is located immediately adjacent of these retrosequences and contains an inverted repeat, has been characterized in the "D. subobscura" genome. Phylogenetically, "D. guanche", "D. madeirensis" and "D. subobscura" constitute a tightly related triad, being the latest two, the closest. "D. ambigua", instead, would have a less dear position in the subgroup "obscura". Eventually, it seems to locate nearer the European rather than the American species, although its rapid relative degree of divergence would distort its phylogeny."</i>