The transposon Galileo in the Drosophila genus

Abstract

Els elements transposables (TEs) són seqüències repetitives amb el tret definitori de canviar la seva posició al genoma. Ocupen fraccions importants dels genomes eucariotes, y, tot i que solen considerar-se paràsits genètics, també s'especula amb la possibilitat de que tinguessin alguna funció cel·lular que encara ens és desconeguda. Tot i així, sembla evident que tenen un paper important com facilitadors de l'evolució, ja que generen variabilitat al genoma de l'hoste. El TE Galileo està implicat en la generació de reordenacions cromosòmiques adaptatives naturals a l'espècie Drosophila buzzatii, en la que hauria generat variabilitat amb valor adaptatiu per a l'hoste. A més, tots els elements Galileo trobats en treballs anteriors eren defectius – composats bàsicament d'estructures similars a la dels elements Foldback – i no es van poder establir relacions d'homologia amb ninguna seqüència coneguda. Amb aquest rerefons, en aquesta tesi es va plantejar caracteritzar l'element genètic mòbil Galileo en diferents espècies de Drosophila i analitzar la seva dinàmica evolutiva. D'aquesta forma, en una primera fase es van buscar elements Galileo complets en diferents espècies del gènere Drosophila: D. buzzatii, D. mojavensis, D. virilis, D. willitoni, D. ananassae, D. pseudoobscura i D. persimilis, fent servir tant mètodes bioinformàtics com experimentals (depenent de si el genoma analitzat estava seqüenciat o no). Les còpies trobades presenten llargues Repeticions Invertides Terminals (TIR) de fins a 1,2 Kb, una elevada identitat amb seqüències de Galileo descrites anteriorment i, a més, contenen una zona codificant que ha permès classificar Galileo com a membre de la superfamília de l'element P. Posteriorment, mitjançant anàlisis filogenètiques, hem trobat l'existència de subfamílies de Galileo en tres espècies (D. buzzatii, D. mojavensis, D. virilis) i evidència d'activitat transposicional recent (D. willitoni, D. ananassae, D. pseudoobscura, D. persimilis i D. mojavensis). En una segona fase de la tesi, hem dut a terme experiments amb part de la proteïna que es codifica a Galileo i hem comprovat que interacciona amb les TIR de Galileo, confirmant que aquesta seqüència és la responsable de la reacció de transposició. Finalment, hem analitzat en detall la diversitat de Galileo al genoma de D. mojavensis i hem detectat una diversitat estructural molt important, on l'intercanvi de seqüències entre elements pareix força freqüent per l'evolució dels TEs.

Los elementos transponibles (TEs) son secuencias repetitivas cuya característica definitoria es la capacidad de cambiar de posición en el genoma. Ocupan fracciones muy importantes de los genomas de eucariotas, y aunque se suelen considerar parásitos genéticos, también se especula con la posibilidad de que pudieran tener alguna función celular que aún nos es desconocida. No obstante, parece evidente que tienen un papel importante como facilitadores de la evolución, al generar variabilidad en el genoma del huésped. El TE Galileo está implicado en la generación de reordenaciones cromosómicas adaptativas naturales en la especie Drosophila buzzatii, con lo que habría generado variabilidad adaptativa para el huésped. Además, todos los elementos Galileo encontrados en trabajos anteriores eran defectivos – compuestos básicamente de estructuras similares a las de los elementos Foldback – y no se pudieron establecer relaciones de homología con ninguna secuencia conocida. Con este trasfondo, en esta tesis se planteó caracterizar el elemento genético móvil Galileo en diferentes especies de Drosophila y analizar su dinámica evolutiva. De esta manera, en una primera fase se buscaron elementos Galileo completos en en diferentes especies del género Drosophila: D. buzzatii, D. mojavensis, D. virilis, D. willitoni, D. ananassae, D. pseudoobscura y D. persimilis, utilizando métodos tanto bioinformáticos como experimentales (dependiendo de si el genoma analizado estaba secuenciado o no). Las copias encontradas presentan largas Repeticiones Invertidas Terminals (TIR) de hasta 1,2 Kb, una elevada identidad con secuencias de Galileo descritas con anterioridad y, además, contienen una zona codificante que ha permitido clasificar Galileo como miembro de la superfamilia del elemento P. Posteriormente, mediante análisis filogenéticos, hemos encontrado la existencia de subfamilias de Galileo en tres especies (D. buzzatii, D. mojavensis, D. virilis) y evidencias de actividad transposicional reciente (D. willitoni, D. ananassae, D. pseudoobscura, D. persimilis y D. mojavensis). En una segunda fase de la tesis, hemos llevado a cabo experimentos con parte de la proteína que codifica Galileo y hemos comprobado que interacciona con las TIR de Galileo, confirmando que esta secuencia es la responsable de la reacción de transposición. Finalmente, hemos analizado en detalle la diversidad de Galileo en el genoma de D. mojavensis y hemos detectado una diversidad estructural muy importante, lo que sugiere que el intercambio de secuencias entre elementos podría ser bastante frecuente para la evolución de los TEs.

Transposable elements (TE) are repetitive sequences whose ability to change their location in the genome defines them. They made up a important proportion of the eukaryotic genomes, and although they are often considered as genetic parasites, it has been also argued that they might have some still unknown cellular function. Nevertheless, it is clear that they play a role as drivers of their host evolution, due to the fact that TEs generate genetic variability. The TE Galileo is involved in the generation of adaptive chromosomal rearrangements in natural populations of Drosophila buzzatii, indicating that it would be a driver of adaptation in its host. Moreover, all Galileo elements found in previous works were incomplete – mainly composed by Foldback-like structures – and homology relationships could not be established with any known sequence. With this background, this thesis was proposed to characterise the mobile genetic element Galileo in different Drosophila species and analyse its evolutionary dynamics. Thus, in a first phase we searched for complete copies of Galileo in different species of the Drosophila genus: D. buzzatii, D. mojavensis, D. virilis, D. willitoni, D. ananassae, D. pseudoobscura and D. persimilis, using both bioinformatic and experimental methods (depending on whether the analysed genome was available or not). The copies found present long TIR (up to 1.2 Kb), high sequence identity with previously found Galileo sequences and, moreover, they harbour coding sequences that have allowed the classification of Galileo as a member of the P-element superfamily. Subsequently, by means of phylogenetic analyses, we have found that there are Galileo subfamilies in three different species (D. buzzatii, D. mojavensis, D. virilis) and evidence of recent transpositional activity (in D. willitoni, D. ananassae, D. pseudoobscura, D. persimilis and D. mojavensis). In a second phase of the thesis, we have conducted experiments with part of the Galileo protein and detected specific binding to the Galileo TIR, confirming that this sequence is responsible for the transposition reaction. Finally, we have thoroughly studied the Galileo variability in the D. mojavensis genome and found a striking structural variation, suggesting that the exchange of sequences among different Galileo copies might be quite common and important for TEs evolution.