Nos dias 12 a 15 de Setembro de 2022 aconteceu a 67ª edição do Congresso Brasileiro de Genética, na cidade de Natal/RN, e o LabCECA foi representado pela discente de iniciação científica Júlia Tomaz. Na oportunidade a discente apresentou o trabalho intitulado “DIRS-like and Ngaro-like retrotransposons illuminate chromosomal diversification into Pipidae genomes”. 

O trabalho apresentou dados inéditos sobre a distribuição cromossômica de cópias de elemento genético móveis das subfamílias DIRS-like e Ngaro-like.

Os discentes  Pedro Macedo e Thiago Algusto Matsunga, ambos do curso de Ciências Biológicas, apresentaram parte dos resultados obtidos em seus projetos de PIBIC, desenvolvidos no LabCECA, durante a IIIª Escola Paranaense de Bioinformática, na UFPR.

O evento reuniu pesquisadores nacionais que trabalham em projetos utilizando bioinformática para resolução de questões biológicas. No evento foram apresentadas novas abordagens metodológicas, pipelines e softwares destinados a análises de dados em larga escala. Pedro trabalha com elementos genéticos móveis e seu papel na reorganização dos genomas e no evento apresentou dados sobre os elementos da família Keno  e sua possível predileção de inserção associada à genes de snoRNA da família U2 no genoma de Xenopus tropicalis. Já Thiago participa do projeto de pesquisa “Evolução de genes de receptores olfatórios sobre um aspecto adaptativo” e apresentou a descrição do repertório de genes  de receptores olfativo que compõe o genoma de duas espécies de anuros.

Além do ineditismo de seus trabalhos em genômica estrutural de anfíbios, estes trabalhos abrem novas perspectivas de estudos que serão agora ampliados em seus respectivos projetos. Certamente um ótimo início em suas carreiras científicas!

Os elementos transponíveis (TEs) são sequências de DNA repetitivas e dispersas no genoma de organismos eucariotos. Possuem capacidade móvel, podendo “saltar” de um local cromossômico para outro (caso estejam ativos) e por isso atuam como um importante substrato para a evolução dos genomas. Os chamados Retrotransposons se movimentam utilizando uma molécula de RNA intermediário, cujo transcrito (RNA) é utilizado para a síntese de uma nova cópia de DNA, produzido através da atividade da enzima transcriptase reversa. Logo, a cada ciclo de transposição, esses elementos mantém uma cópia em seu local de origem e inserem a nova cópia em um novo local do genoma. Por essa razão, esses elementos estão diretamente relacionados com o aumento do tamanho dos genomas.

Sabendo da importância evolutiva desses elementos nos genomas, a bióloga Joana Moura Gama buscou investigar em seu mestrado qual a diversidade de retrotransposons e como esses elementos evoluíram no genoma de três espécies de sapos: duas espécies africanas (Xenopus tropicalis e Xenopus laevis) e uma espécie endêmica do Brasil (Pipa carvalhoi). Essas espécies pertencem a uma mesma família de Anuros e são proximamente aparentadas. Assim como as diferentes espécies são catalogadas e recebem um “nome científico” e são ordenadas dentro de uma classificação taxonômica, TEs são classificados em um sistema similar. Sob orientação do Prof. Daniel Bruschi (UFPR) e da Dra. Adriana Ludwig (ICC-Fiocruz), Joana trabalhou com retrotranspons da ordem LINE, que reúne diferentes famílias desses TEs. Cada família é formada por grupos de sequências que são molecularmente semelhantes. Em seu mestrado, a discente encontrou uma diversidade de famílias de elementos comum entre as três espécies (elementos das famílias Rex1, L2, Cr1, L1, TX1), que possivelmente foram herdadas a partir de um ancestral comum (estima-se que essas espécies partilharam de um último ancestral em comum a pelo menos 136 milhões de anos!). Apenas uma família (RTE) não esteve presente no genoma de Xenopus tropicalis, possivelmente tendo sido perdida durante a evolução desta espécie.

Os TEs são transferidos verticalmente de uma espécie ancestral para as espécies derivadas durante o processo de especiação. Por isso dizemos que este tipo de transferência segue o fluxo vertical da árvore da vida, onde existe uma relação de parentesco entre as espécies que compartilham um mesmo TE. No entanto, algo foi bastante curioso entre os achados deste trabalho: dentro de algumas famílias de TEs foi observado um nível surpreendente alto de similaridade (acima de 90%) entre as sequências de TEs das espécies de anfíbios estudadas e com sequências de peixes. Esse dado foi inesperado, já que peixes e anfíbios partilharam de um último ancestral em comum a pelo menos 400 milhões de anos. Esses achados contrariam as premissas da transferência vertical, o que levou joana e seus colaboradores a testar uma hipótese alternativa: a Transferência Horizontal (TH) de sequências de DNA. Este mecanismo tem sido utilizado para explicar a ocorrência de sequências de DNA idênticas (ou muito similares) no genoma de espécies que não tem nenhuma proximidade filogenética mas que ocupam o mesmo nicho ecológico. Curiosamente, as três espécies de anfíbios estudados tem seus adultos mantendo hábito de vida essencialmente aquático, o que pode ter facilitado a troca de sequências de DNA entre anfíbios e peixes ao longo da evolução. Validações laboratoriais precisam ainda ser realizadas para confirmar essa hipótese, no entanto, estudos tem apontado inúmeros outros casos de TH em vertebrados, sendo os mais frequentes aqueles que envolvem a ocorrência de TH entre espécies aquáticas.

Os dados foram recentemente publicados no importante periódico internacional Molecular Phylogenetics and Evolution. A pesquisa contou com com a colaboração da Dra. Adriana Ludwig do Instituto Carlos Chagas, especialista em evolução de elementos genéticos móveis, Dr. Dieval Guizelini do Programa de Pós-Graduação em Bioinformática na UFPR e da Dra. Shirlei Maria Recco-Pimentel do Departamento de Biologia Estrutural e Funcional da UNICAMP.

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As espécies Xenopus tropicalis e X. laevis são dois importantes organismos-modelo para o estudo de evolução, genética e biologia do desenvolvimento. As duas espécies estão distribuídas no continente africano e pertencem a família Pipidae. Desta mesma família, apenas o gênero Pipa ocorre na América do Sul, sendo  que no Brasil ocorrem cinco das sete espécies descritas para este gênero. Enquanto X. tropicalis apresenta 2n=20 cromossomos, a história de evolução genômica de X. laevis é uma pouco mais complexa: seu processo de especiação foi decorrente da hibridação (alopoliploidia) de duas espécies parentais já extintas, ambas portadoras de 2n=18 cromossomos, gerando um cariótipo 2n=36 cromossomos. Este evento de alopoliploidia ocorreu a 17-18 milhões de anos atrás e atualmente é possível distinguir dois subgenomas nesta espécie, uma chamado de subgenoma S (small) e o outro de L (large). Rearranjos intracromossômicos e deleções marcaram a reorganização cariotípica desta espécie. Ficamos intrigados em estudar conteúdos de DNAs repetitivos, especificamente, dos retrotransposons da ordem DIRs, e entender como ocorreu a evolução desses elementos no genoma dessas duas espécies, que partilharam de um último ancestral comum a cerca de 48 milhões de anos!

O trabalho foi focado nos retrotransposons da superfamília DIRs-like e Ngaro-like. Avaliamos a diversidade de cópias, sua estrutura e nível de integridade molecular e estimamos temporalmente ondas de amplificação desses elementos em cada genoma. Nossos dados revelaram maior sucesso dos elementos da superfamília DIRs-like em ambos genomas, com maior número de cópias e diversidade de famílias. Curiosamente, encontramos ondas de invasão antiga desses elementos no genoma de X. laevis, possivelmente já ocorridas nas espécies parentais antes do processo de hibridação. Avaliando dados de expressão, identificamos atividade transcricional de cópias de ambas as famílias nos genomas, o que foi concordante com a identificação de cópias ainda intactas neste genoma, com todo potencial de realizarem novas inserções. Os dados foram recentemente pulicados no periódico internacional G3 (Genes, Genome, Genetics) e integram os estudos realizados no projeto de tese da aluna Camilla Borges Gazolla e conta com a colaboração da Dra. Adriana Ludwig do Instituto Carlos Chagas, especialista em evolução de elementos genéticos móveis.

O próximo passo deste trabalho será mapear essas cópias nos cromossomos de X. tropicalis e de Pipa carvalhoi (espécie do gênero-irmão, e também portadora de 2n=20 cromossomos) por meio de ensaios de hibridação “in situ” fluorescente (FISH) e assim demonstrar sua organização nos cariótipos e seu papel na evolução e diversificação cromossômica nesta família de anuros.

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Elementos de transposição (TEs) são sequências de DNA com capacidade (real ou potencial) de se mobilizar de uma parte do genoma para outra. Os genomas dos vertebrados estão repletos deste tipo de sequências, que compõem um elemento adicional para o estudo da variabilidade genética. No anfíbio Anuro Rhinella marina, analisado neste trabalho, os TEs representam cerca de 30% das sequências deste genoma! Além de serem sequências importantes para a evolução dos genomas, evidências tem sugerido ativação da atividade transcricional destes elementos frente á condições de estresse celular. Alguns trabalhos tem demonstrado que tal atividade transcricional pode ser peça fundamental para a adaptabilidade de organismos a novos ambientes e condições (atuando como sequencias regulatórias de vias biológicas, por exemplo), o que despertou interesse de nossa equipe em avaliar se existia tal atividade em R. marina quando submetida á condições de estresse imunológico causado artificialmente. Rhinella marina não foi uma espécie escolhida simplesmente ao acaso para condução de tal estudo! Isso porque a R. marina é uma importante espécie invasora, muito bem adaptada á ocupação de ambientes climaticamente muito distintos de sua área de ocupação ancestral. Em muitas regiões do mundo, a espécie chega a ser um importante bioinvasor.

A nossa principal pergunta foi: “Existe expressão de TEs em indivíduos de R. marina submetidos à condições de estresse? Para isso, analisamos dados de RNA-seq originados de um trabalho previamente publicado por Gardner e colaboradores (2018). Neste trabalho os autores dividiram sua amostra entre animais submetidos à estresse imunológico e outra de animais que não foram submetidos à estresse (controle). Quando analisamos os dados obtidos por esses autores conseguimos identificar a presença de transcritos diferencialmente expressos entre os grupos tratados e não-tratados, indicando que R. marina quando submetida á condições de estresse podem reativar a atividade transcricional de TEs como uma das respostas genômicas á essa nova condição.

As análises foram realizadas em um projeto piloto executado durante a disciplina “Elementos Genéticos Móveis”, ministrada pelo prof. Dr. Daniel Pacheco Bruschi  no PPG em Genética da UFPR e contou com a participação de alunos do LabCECA e de outros laboratórios da UFPR e da Fiocruz.

Esses dados reacendem a discussão sobre o impacto dos TEs nos genomas de eucariotos e abre perspectivas para futuras investigações sobre o significado biológico desta expressão diferencial desses elementos e seu possível papel no rápido sucesso adaptativo destes organismos ao redor do mundo.

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O artigo intitulado “Paraphyly in the giant torrent-frogs (Anura: Hylodidae: Megaelosia) and the description of a new genus“, de primeira autoria do Dr. Stenio Eder Vittorazzi, pós-doutorando do LabCECA, combinou dados cromossômicos e de segmentos de genes de DNA mitocondrial e nuclear na descrição de um novo gênero denominado Phantasmarana. A etiologia do nome vem de uma combinação das palavras latinas phantasma (= fantasma) + rana (=anuros), em referência a extraordinária raridade dos anuros deste gênero na natureza e devido a enigmáticos sons emitidos por estes anfíbios, cujo seu significados biológicos ainda não são bem compreendidos pelos pesquisadores. As seis espécies que compõem o gênero Phantasmarana eram historicamente agrupadas dentro do gênero Megaelosia. No entanto, árvores filogenéticas inferidas pelos autores do estudo sugeriram que o atual gênero Megaelosia é monotípico (formado por apenas uma única espécies – Megaelosia goeldii) e grupo-irmão de Hyloides, ambos os gêneros com espécies portadoras de 2n=26 cromossomos. Phantasmarana é grupo-irmão do arranjo Megaelosia+Hyloides e é constituído por espécies portadoras de 2n=28, 2n=30 e 2n=32. O próximo passo de Vittorazzi e colaboradores é investigar a origem desta variação cromossômica numérica encontrada em Phantasmarana e assim, compreender melhor os caminhos de diversificação genômica ao longo da evolução deste grupo tão interessante.

Devido à grande similaridade morfológica detectada em inúmeras espécies de anfíbios, dúvidas taxonômicas são frequentemente relatada por pesquisadores, principalmente quando comparam pares de espécies baseados apenas em observações de morfologia externa. Para resolver esses tipos de questionamento, pesquisadores têm recorrido a análises integrativas, combinando dados fenotípicos (como morfologia interna e externa de adultos e de girinos, parâmetros bioacústicos, por exemplo) com dados genotípicos (genéticos e citogenéticos). Entre os dados genotípicos, estudos incluindo o uso de sequências de DNA (mitocondrial e/ou nuclear) buscam inferir o relacionamento filogenético entre as espécies comparadas. Análises citogenéticas, comparam a distribuição de marcadores cromossômicos nos cariótipos das espécies e também tem sido incluída como ferramenta adicional nestes estudos taxonômicos. Para tentar resolver o dilema sobre a taxonomia de duas espécies, Crossodactylus gaudichaudii and C. aeneus, o pós-doutorando Stenio Eder Vittorazzi analisou fragmentos de genes do DNA mitocondrial (rDNA 12S, 16S e tRNAVal), utilizou metodologias de citogenética clássica e molecular e analisou seus resultados comparativamente com dados fenotípicos já depositados na literatura.

         O trabalho intitulado “Cytogenetic and genetic data support Crossodactylus aeneus Müller, 1924 as a new junior synonym of C. gaudichaudii Duméril and Bibron, 1841 (Amphibia, Anura)”, foi recentemente publicado no periódico Genetics and Molecular Biology e apresenta argumentos para a sinonimização das duas espécies, uma vez que são geneticamente indistinguíveis.  Crossodactylus gaudichaudii and C. aeneus foram indistinguíveis em análises de morfologia externa e interna de adultos, na comparação da morfologia de girinos, em parâmetros bioacústicos, além de apresentarem uma sobreposição geográfica em sua distribuição na região de Mata Atlântica no sudeste do Brasil. Faltava a cartada final, agora com dados genéticos. Foram empregados testes de delimitação de espécies, onde as duas espécies nominais foram recuperadas como uma mesma linhagem evolutiva. Além disso, o número, morfologia dos cromossomos, posição das regiões organizadoras de nucléolos (NOR) foram idênticas em ambos cariótipos. Vittorazzi também mapeou cromossomicamente o DNA satélite PcP190 (satDNA) e outras duas repetições de microssatélite ([GA]₁₅ e [CA]₁₅). Assim, por todos estes dados apresentados, as duas espécies não podem ser diferenciadas, o que suporta a hipótese de que correspondem a uma mesma e única unidade taxonômica, sendo portanto C. aeneus um sinônimo-júnior de C. gaudichaudii.

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Com cerca de 28 espécies, os anfíbios do gênero Cycloramphus possuem muitas lacunas sobre sua história natural. Parte delas, deve-se dificuldade de encontrar estes espécimes na natureza por apresentarem uma grande suscetibilidade ao declínio populacional, em maior parte devido a ação do homem nos locais em que estas espécies habitam: Mata atlântica e Floresta das Araucárias dos estados de Santa Catarina e Paraná. Estes fatores motivaram a inclusão de várias dessas espécies no Plano de Ações Nacionais de Conservação das Espécies Ameaçadas de Extinção há alguns anos.
No esforço de acrescentar informações a respeito deste gênero de anfíbios, o trabalho intitulado “Cytogenetic characterization and mapping of the repetitive DNAs in Cycloramphus bolitoglossus (Werner, 1897): more clues for the chromosome evolution in the genus Cycloramphus (Anura, Cycloramphidae)”, publicado na revista Plos One, apresenta dados inéditos sobre a espécie Cycloramphus bolitoglossus, um anfíbio endêmico da Mata Atlântica no estado do Paraná. O artigo descreve pela primeira vez o cariótipo dessa espécie, apresentando o número e morfologia dos cromossomos, padrão de distribuição da heterocromatina constitutiva e posição das Regiões organizadoras de nucléolo (NORs). Essas são características fundamentais para o conhecimento sobre o complemento cromossômico das espécies e ponto de partida para as comparações entre os cariótipos das espécies-irmãs. Assim, quando comparamos os cariótipos de espécies relacionadas, é possível sugerir hipóteses evolutivas com base em rearranjos cromossômicos que fornecem pistas sobre as divergências entre as espécies do gênero Cycloramphus.
O trabalho foi desenvolvido pela bolsista de PIBIC (Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica) Gislayne de Paula Bueno, acadêmica do curso de Medicina Veterinária da Universidade Federal do Paraná. O projeto envolveu o laboratório de Citogenética Evolutiva e Conservação Animal do Departamento de Genética da UFPR e da equipe do Laboratório de Dinâmicas Ecológicas, do Departamento de Zoologia da UFPR. Também integrou a equipe o Dr. Kaleb Pretto Gatto, pós-doutorando da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita” (Unesp/Rio Claro).
Como grande achado, a equipe descreveu pela primeira vez na família Cycloramphidae a presença de um DNA satélite: o PcP190. DNAs satélites constituem uma classe de DNAs não-codificantes (que não transcrevem para nenhum produto celular aparentemente) e que estão presentes repetidos centenas de cópias em uma mesma região do genoma (repetidos “in tandem”). Esses DNAs repetitivos constituem grande fração dos genomas de eucariotos e são importantes componentes estruturais dos cromossomos e muitas evidências sugerem sua importância como substrato durante a evolução cromossômica das espécies. Neste trabalho, os autores encontraram grande similaridade estrutural com cópias do DNA ribossomal 5S (rDNA 5S), confirmando o mesmo padrão já relatado em outros Anuros. O trabalho também localizou em quais cromossomos do cariótipo esse DNA satélite estava presente, utilizando para isso a técnica de hibridação “in situ” fluorescente (FISH). Acredita-se que o DNA satélite PcP190 tenha se originado de um processo de duplicação do gene de rDNA 5S e tenha acumulado mutações ao longo do tempo que resultaram no surgimento dessa nova família de DNA satélite, aparentemente restrita à algumas poucas linhagens de Anuros.
Esses novos dados adicionam um nova página a história do gênero Cycloramphus e no estudo desse DNA satélite em Anuros e abre novas perspectivas para a compreensão o papel desses DNAs nos genomas desse grupo.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0245128

Hoje foi publicado, no European Journal of Taxonomy, um artigo científico que descreve uma belíssima nova espécie brasileira. Uma singela homenagem à cultura nordestina e ao rei do baião, Luiz Gonzaga, um dos “arquitetos da música brasileira”.

O professor Daniel Pacheco Bruschi, do Programa de Pós-graduação em Genética, liderou o estudo, que conta também com a participação do doutorando Johnny Sousa Ferreira e dos pesquisadores Dr. Luís Felipe Toledo e Felipe Silva de Andrade da Unicamp e Isabelle Aquemi Haga da Universidade Federal de Uberlândia. O trabalho foi financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) e pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

Como vocês já podem desconfiar, esse bicho ocorre lá no Nordeste, nos estados que ficam ao norte do grandioso Rio São Francisco (RSF), o velho Chico. Este importante rio teve um papel central na história evolutiva da nova espécie, bem como da sua espécie-irmã, o P. nordestinus. Alterações no seu curso há milhares de anos causaram um isolamento geográfico entre as populações ancestrais. Isso não é muito bacana? Nós chamamos isso de evento vicariante, que é quando uma barreira geográfica isola populações que antes estavam conectadas, originando, após milhares de anos, duas espécies distintas. Portanto, nós observamos atualmente o P. gonzagai ao norte do RSF e o P. nordestinus ao sul do RSF. O rio atua como uma barreira geográfica que isola reprodutivamente ambas espécies.

Entretanto, sabemos que já está em curso a Transposição do Rio São Francisco, uma grande obra que direciona a água do RSF para regiões nordestinas que sofrem bastante com as secas. Qual será o impacto ambiental dessa obra sobre o P. gonzagai? Temos nossas predileções e indicamos caminhos para se acompanhar esse impacto lá no artigo. De qualquer forma, devemos ficar em alerta sobre essa situação.

Logo abaixo está um videoclipe da música que a banda Papo de Sapo gravou sobre a nossa descoberta! A pessoa que está cantando é o Daniel Gonzaga, NETO do Gonzagão e FILHO do Gonzaguinha!!! Ele topou essa parceria e ficou muito bacana. Pessoal, arraste os móveis da sua sala e bora dançar esse baião maravilhoso. Ajude-nos na divulgação! Compartilhe nas redes sociais e grupos de WhatsApp. Viva a biodiversidade e a música brasileiras!!!

Link do artigo científico: https://europeanjournaloftaxonomy.eu/index.php/ejt/article/view/1147
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Pipa carvalhoi é um anfíbio que habita regiões de Mata Atlântica e áreas sob influência da Caatinga no Nordeste do Brasil. Já Xenopus tropicalis ocupa principalmente a região da África subsariana. Em comum, as duas espécies pertencem a família Pipidae, que reúne espécies de anfíbios que são essencialmente aquáticos. Estima-se que esses gêneros tenham partilhado de um último ancestral comum a pelo menos 136 milhões de anos, sendo a separação do antigo continente Godwanna a principal hipótese para essa diversificação. Em nosso Lab, temos buscado investigar marcas deixadas no genoma dessas espécies que possam nos ajudar a recontar sua história de diversificação. Essas duas espécies apresentam mesmo número diploide de cromossomos (2n=20) e compartilham de semelhanças na morfologia de muitos pares de seus cariótipos, quando apenas estudados por técnicas de citogenética clássica.

O artigo “Evolutionary dynamics of the repetitive DNA in the karyotypes of Pipa carvalhoi and Xenopus tropicalis (Anura, Pipidae)”, recentemente publicado na revista Frontiers in Genetics analisa a história evolutiva das duas espécies através de seus cariótipos. Mais especificamente, sequências de DNA repetitivas (motivos microssatélites) foram mapeadas nos cariótipos das duas espécies e revelaram padrões de distribuição dessas sequencias bastante discrepante entre os cromossomos. Mais que isso, os resultados obtidos permitiram a identificação de rearranjos cromossômicos ocorridos ao longo da evolução dessas duas espécies. O trabalho foi originado da dissertação de mestrado de Michelle Louise Zattera, do programa de Pós Graduação em Genética da UFPR (PPG-GEN). Esses novos dados contribuem para uma melhor compreensão da evolução cromossômica em Pipidae e reforçam o papel dos DNAs repetitivos na remodelação dos cariótipos ao longo da evolução e de sua importância para a estrutura e funcionamento dos genomas. Ficou interessado? Visite em nossa página Publicações e fique por dentro desse artigo!