Discovery and evolutionary analysis of novel genes and translated ORFs

Abstract

This thesis analyzes the generation of new genes created de novo and evaluates their evolution mainly in yeast but also in flies. First of all, we used next generation sequencing technology to analyze both new sequences that had not been described and new isoforms that could give rise to new peptides with functions not yet described in the species Schizosaccharomyces pombe. In addition, using specific methodologies such as Ribo-seq we have been able to detect open reading frames that are translated. Secondly, we used the same methodology to compare the evolution of de novo genes with the most well-known mechanism to generate new genes: gene duplication. In this analysis we have been able to see that there is an enrichment of both de novo and duplicated genes at the species level but their conservation over time is limited. In addition, we have seen how de novo genes tend to exhibit a high rate of change in their amino acids sequences favoring the loss of positively charged amino acids. Finally, we also analyzed the untranslated regions of mRNAs which we found to have translational activity and possibly encode novel proteins. As a whole, the thesis shows us methods for the identification of de novo genes, their properties and their evolution.

Aquesta tesi analitza la generació de nous gens creats de novo i avalua la seva evolució principalment en llevats però també en mosques. En primer lloc, hem utilitzat la tecnologia de seqüenciació de nova generació per analitzar tant noves seqüències que no havien estat descrites com noves isoformes que podrien donar lloc a nous pèptids amb funcions encara no descrites a l'espècie Schizosaccharomyces pombe. A més, utilitzant metodologies específiques com Ribo-seq hem pogut detectar marcs de lectura oberts que són traduïts. En segon lloc, hem utilitzat la mateixa metodologia per comparar l'evolució de gens de novo amb el mecanisme més conegut per generar nous gens: la duplicació gènica. En aquesta anàlisi hem pogut veure que existeix un enriquiment tant de gens de novo com de gens duplicats a nivell d'espècie però la seva conservació al llarg del temps és limitada. A més, hem vist com els gens de novo tendeixen a tenir una alta taxa de canvi en les seves seqüències d'aminoàcids afavorint la pèrdua d'aminoàcids carregats positivament. Finalment, també hem analitzat les regions no traduïdes dels ARNm que, segons hem comprovat, tenen activitat traduccional i possiblement codifiquen noves proteïnes. En conjunt, la tesi ens mostra mètodes per a la identificació de gens de novo, les seves propietats i la seva evolució.