Polimorfismo y divergencia en genes implicados en la resistencia al frío en "Drosophila".

Abstract

[spa] El objetivo principal de la tesis doctoral es analizar la evolución molecular de genes implicados en la tolerancia y aclimatación al frío en Drosophila, ya que estos genes son buenos candidatos de haber sufrido cambios adaptativos. Los genes elegidos fueron Frost(Fst) y Drosophila cold acclimation gene(Dca) que en D. melanogaster se sobreexpresan tras someter a los individuos a un estrés por frío. Posteriormente, el estudio se amplió al gen CG6296, que al igual que Fst codifica una proteína con diversos motivos PEEST en la región terminal, y al gen Regucalcin (RC), que es un gen parálogo de Dca. Para conseguir el objetivo propuesto se analizó el nivel y patrón de polimorfismo intraespecífico en poblaciones naturales de D. melanogaster y D. subobscura, y la divergencia interespecífica en diversas especies del género Drosophila. Las poblaciones de D. melanogaster estudiadas procedían de Sant Sadurní d'Anoia (Barcelona) y Montemayor (Córdoba). No se detectaron diferencias genéticas significativas del polimorfismo nucleotídico en ninguno de los genes analizados entre ambas poblaciones a pesar de estar ubicadas a diferente latitud. Las poblaciones de D. subobscura analizadas procedían de Riba-roja d'Ebre (Cataluña) y El Pedroso (Galicia). Los niveles de variación nucleotídica detectados en el gen Fst de D. melanogaster son considerablemente bajos y sugieren que en o cerca del gen Fst se ha producido un arrastre selectivo o hitchhiking. La ubicación de dicho gen en una región con niveles reducidos de recombinación apoyaría esta idea. La divergencia nucleotídica se analizó 9 especies del género Drosophila. Los análisis realizados por medio del relative rate test detectaron un exceso significativo de sustituciones no sinónimas en el linaje de D. erecta. El gen Fst, al igual que el gen CG6296, presenta una gran variación interespecífica en el número de motivos PEEST, resultado que indicaría que dicho gen está evolucionando rápidamente por inserciones/deleciones de estos motivos. El patrón de polimorfismo observado en la región 5' flanqueante del gen Dca no se ajusta al neutralismo ni en D. melanogaster ni en D. subobscura. Sin embargo, la naturaleza de la desviación es diferente en las dos especies. Este resultado indicaría la acción de la selección, probablemente direccional, en las secuencias reguladoras del gen Dca. La divergencia nucleotídica de dicho gen fue estudiada conjuntamente en 12 especies de Drosophila. Este análisis permitió detectar diferentes procesos de duplicación independientes del gen Dca, ya que éste presenta tres copias adyacentes en D. ananassae y dos en D. pseudoobscura y D. willistoni. En D. melanogaster el gen RC presenta un exceso significativo de mutaciones derivadas segregando a elevada frecuencia probablemente causado por un barrido selectivo. En el grupo obscura, el test de MK muestra un exceso significativo de diferencias no sinónimas fijadas entre D. subobscura y D. madeirensis o D. guanche, resultado que indicaría un acumulo de cambios adaptativos durante la divergencia de las especies del clúster subobscura. Este resultado se corroboró en el análisis de la divergencia del gen RC en 11 especies del género Drosophila. El alto nivel de similitud nucleotídica y aminoacídica de los genes Dca y RC sugieren que ambos se formaron después de un evento de duplicación génica. Los análisis de maximum likelihood indican que estos genes se encuentran evolucionando de forma diferente. En los linajes de especies que viven en zonas templadas, el gen Dca (pero no el gen RC) presenta mayores niveles de constricción funcional en comparación a los observados en los linajes de especies típicamente tropicales. Además, en las ramas de linajes de especies de zonas templadas se identificaron dos posiciones aminoacídicas que presentan una elevada probabilidad de haber evolucionado bajo selección positiva.

[eng] Genes involved in cold acclimation and tolerance are good candidates to have suffered adaptive changes. With the aim of detecting the action of natural selection on these genes, nucleotide polymorphism and divergence at Fst (Frost) and Dca (Drosophila cold acclimation gene) was analyzed in Drosophila. The analysis was extended to CG6296, as the protein encoded by this gene shares some characteristics with FST, and Regucalcin (RC) that is a paralog of Dca. The results obtained revealed different aspects of the molecular evolution of these genes and suggested the action of selection in some of them. First, Fst has an unusual low level of nucleotide variation in D. melanogaster, which is consistent with a selective sweep in or near this gene. Second, the pattern of polymorphism in the 5' flanking region of Dca differed from expectations of the neutral model by the Tajima and Fu and Li tests in both species, which suggests the action of selection on the regulatory regions of Dca. Third, the MK test indicated a decoupling between synonymous and nonsynonymous polymorphism at RC in D. subobscura and divergence between this species and D. madeirensis and D. guanche. Four, Fst is evolving rapidly by insertions/deletions that cause important interespecific differences in the length of the FST protein. Five, the gene Dca originated by a duplication event after the split of the Sophophora and Drosophila subgenera but that predated the radiation of the Sophophora species. Six, maximum likelihood analysis indicated a rapid evolution of Dca in the branch leading to the Sophophora species likely due to the acquisition of a new function. Seven, Dca is evolving differentially in the lineages of species from temperate areas relative to tropical species. Finally, two amino acid sites that have likely evolved by positive selection were identified in the DCA protein