Coevolutionary analysis of the transposon Galileo in the genus Drosophila

Abstract

La asociación entre un parásito y un hospedador ofrece una excelente oportunidad para el estudio de tazas de especiación y evolución. La base para dichos estudios sólo puede ser enfocada mediante el análisis de filogenético de la asociación parásito-hospedador. Los elementos transponibles son secuencias cortas de ADN que se comportan como parásitos intragenómicos. Ellos son transmitidos verticalmente a través de las generaciones, aunque la transferencia horizontal ha sido propuesta como un paso esencial en su dinámica evolutiva a largo plazo. Galileo es un miembro de la Superfamilia P de transposones de ADN. Galileo fue inicialmente descubierto en Drosophila buzzatii, en donde es responsable de la generación de tres inversiones cromosómicas y subsecuentemente reportado en especies cercanas y en seis genomas secuenciados de Drosophila. En este estudio se ha ejecutado una búsqueda exhaustiva del transposon Galileo en 234 muestras de 133 especies de los géneros Drosophila, Scaptodrosophila, Scaptomyza and Zaprionus con muestras provenientes de ocho regiones zoo-geográficas. Para detectar Galileo se realizaron búsquedas bioinformáticas y experimentales mediante PCR + clonación de la región más conservada de la transposasa. Galileo fue detectado en 152 muestras de 51 especies de Drosophila de los subgéneros Sophophora, Drosophila y Siphlodora. Simultáneamente, la filogenia de 174 especies de Drosophilidae (que incluye todas las especies en las que se realizó la búsqueda de Galileo) se construyó con secuencias parciales de cuatro genes: SinA, ND2, COI y COII. Los resultados son consistentes con una antigua coevolución de Galileo en el género Drosophila. Galileo ha sido encontrado en especies de los subgéneros Sophophora, Drosophila and Siphlodora, que divergieron hace ca. 40-57 millones de años. Un hecho interesante es que Galileo fue detectado en varias poblaciones del subgénero Sophophora de Asia, en donde se piensa ha tenido su origen el ancestro de dicho subgénero. En comparaciones de ambas filogenias, de las especies y Galileo se han encontrado: 1) ocurrencia discontinua (distribución parcheada) entre 31 grupos de especies, 2) incongruencias entre las topologías de los árboles filogenéticos de las especies hospedadoras y Galileo, 3) en el último caso, la divergencia las secuencias de Galileo fue más pequeña entre los genes de las especies hospedadoras, y 4) una señal biogeográfica en la filogenia de Galileo. Los resultados encontrados en este estudio sugieren que el transposon Galileo estuvo presente en el ancestro común más reciente del subgénero Sophophora. La invasión de Galileo en el subgénero Drosophila y Siphlodora puede ser datada en ca. 40-56 Ma, cuando estos clados se separaron. Dentro de su hospedador, Galileo ha sido mayoritariamente transmitido verticalmente con pérdidas estocásticas y propagaciones horizontales antiguas.

Host-parasite assemblages offer exciting possibilities for the comparative study of rates of speciation and evolution. The basis for such studies can only be approached from a phylogenetic analysis of host-parasite association. Transposable elements are short DNA sequences that behave as intragenomic parasites. They are vertically transmitted through many generations, although horizontal transfer has been proposed as an essential step in their long-term evolutionary dynamics. Galileo is a member of the P superfamily of DNA transposons. It was initially discovered in Drosophila buzzatii, where it is responsible for the generation of three chromosomal inversions, and subsequently reported in closely related species and in six Drosophila genomes sequenced. Here in a thorough search of the Galileo transposon has been carried out in 234 samples of 133 species from the genera Drosophila, Scaptodrosophila, Scaptomyza and Zaprionus. The samples come from eight zoo-geographical regions. In order to detect Galileo, in silico BLAST searches and experimental searches by PCR + cloning of the most conserved region of the TPase were performed. Galileo was unequivocally detected in 152 samples of 51 Drosophila species from the subgenera Sophophora, Drosophila and Siphlodora. Simultaneously, the phylogeny of 174 Drosophilid species (including all taxa in which Galileo was searched) was inferred from partial coding sequences of four genes: SinA, ND2, COI and COII. The results are consistent with an ancient coevolution of Galileo in the genus Drosophila. Galileo has been found in species of the subgenera Sophophora, Drosophila and Siphlodora, that diverged ca. 40-57 million years ago. An interesting fact is that Galileo was detected in several populations of the subgenus Sophophora from Asia, where it is thought the ancestor of Sophophora has its origin. In comparisons of both, the Drosophila species and Galileo transposon phylogenies, it was found: 1) discontinuous occurrence of Galileo across 31 species groups (patchy distribution), 2) incongruence between host and TE tree topologies, 3) in the latter case, divergence between Galileo sequences was smaller than between genes of the host species, and 4) a bio-geographical signal in the Galileo phylogeny. These results found herein suggest that the Galileo transposon was present in the most recent common ancestor of the Sophophora subgenus. The invasion of Galileo in the subgenera Drosophila and Siphlodora could be dated at ca. 40-56 Mya, when this clades split. Inside its host, Galileo has been mostly vertically transmitted with stochastic losses and occasional ancient horizontal spreads.