Transposon-Dynamik in Drosophila simulans-Populationen

Transposons, auch bekannt als transponierbare Elemente, spielen eine bedeutende Rolle bei der Gestaltung des genetische Landschaften verschiedener Organismen. Im Fall der Fruchtfliege Drosophila melanogaster, die genomische Verteilung und Aktivität von Transposons wurden sorgfältig dokumentiert. Studien haben geschätzt, dass die Rate der Transposon-Einfügungen in D. melanogaster schwankt um X Einsätze pro Kopie pro Generation. Diese Einsätze bleiben jedoch oft aufgrund der selektiven Drücke der natürlichen Selektion oder weil sie sich in den frühen Phasen eines Transpositionsereignisses befinden, in der Bevölkerung bei niedrigen Frequenzen.

Globale Verbreitung und Transposon-Dynamik

Drosophila melanogaster, ursprünglich in Afrika beheimatet, hat sich weltweit parallel zu menschlichen Migrationen verbreitet. Doch während sich diese Art in neue Umgebungen wagt, trifft sie auf neuartige Selektionsdrücke. Folglich können diese Begegnungen schlafende Transposons im Genom, was zu einer erhöhten Transpositionsaktivität führt. Infolgedessen, Drosophila melanogaster Populationen außerhalb Afrikas weisen typischerweise eine höhere Prävalenz von Transposons auf als ihre afrikanischen Gegenstücke.

Vergleichende Einblicke aus Drosophila simulans

Eine eng verwandte Art, Drosophila simulans, stammt ebenfalls aus den afrikanischen Tropen, hat jedoch eine globale Verbreitung erfahren, wenn auch erst in den letzten hundert Jahren. Studien haben erhebliche Unterschiede im Transposon-Gehalt zwischen Drosophila simulans Populationen, was die Möglichkeit aufwirft, dass Transposons in dieser Art möglicherweise wieder aktiviert werden und transpositionale Ausbrüche initiieren.

Methodische Ansätze

Zahlreiche Untersuchungen, die Transposons in Drosophila melanogaster und Drosophila simulans haben sich auf gebündelte verlassen Sequenzierungoder Pool-Sequenzierung. Durch diese Studien wurde festgestellt, dass der Transposoninhalt in Drosophila melanogaster ist in afrikanischen Populationen im Vergleich zu denen aus anderen Regionen niedriger. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass P-Elemente von Drosophila melanogaster haben das ... invasiert Drosophila-Genom.

Dieses Papier bietet eine umfassende Untersuchung der Transposon-Dynamik in Drosophila melanogaster, vergleichende Erkenntnisse aus Drosophila simulans Bevölkerungen.

Eine Übersicht über die Pipeline zur Schätzung der Kopienzahl von transponierbaren Elementen in Drosophila simulans sowie zur Schätzung des Häufigkeitsspektrums der Standorte. (Signor et al., 2020)

Vergleichende Analyse von Drosophila-Populationen aus Afrika und den Amerikas

Diese Untersuchung umfasste den Vergleich von fünf natürlichen Drosophila-Stämmen aus Afrika, sechzehn Laborstämmen von Drosophila und einhundertneunundsechzig Laborstämmen von Drosophila, die aus Amerika stammen.

Von insgesamt 128 Transposons wiesen 85 Variationen in der Kopienzahl zwischen den afrikanischen und amerikanischen Populationen auf. Die Mehrheit dieser Transposons zeigte höhere Kopienzahlen in der amerikanischen Population, während nur 17 Transposons eine größere Häufigkeit in der afrikanischen Population aufwiesen. Die fünf Transposons mit den signifikantesten Unterschieden zwischen diesen beiden Populationen wurden als INE-1, Tc1, transib2, 1360 und Cr1a identifiziert.

In Übereinstimmung mit früheren Forschungsergebnissen wurde die Anwesenheit von Pogo- und Helitron-Transposons nicht nachgewiesen in Drosophila simulansEine Studie, die 2015 eine gepoolte Sequenzierung verwendete, berichtete, dass die häufigsten Transposons in Drosophila INE-1, roo, Cr1a, Rt1c und hobo umfassten, während G6 die niedrigste Häufigkeit aufwies. Es gibt bemerkenswerte Ähnlichkeiten zwischen diesen Ergebnissen und den in dieser Studie präsentierten Ergebnissen.

Diese Studie umfasste auch einen Vergleich des Locus-Spektrums von Transposons in afrikanischen und amerikanischen Populationen von Drosophila simulans. Bemerkenswerterweise wurde festgestellt, dass die amerikanische Bevölkerung eine höhere Anzahl von Transposons mittlerer Frequenz aufweist, was mit den Ergebnissen der Tajima's D-Analyse übereinstimmt. Was G6, Floh, Bari1 und Juan betrifft, so zeigten diese Transposons eine ausgeprägte Neigung zu niedrigeren Frequenzen in beiden Populationen, was darauf hindeutet, dass es sich um derzeit aktive Transposons handeln könnte. Darüber hinaus haben andere Studien nahegelegt, dass Juan aktiv transponiert in Drosophila melanogaster.

Der P-Element scheint laut Studien von der Drosophila melanogaster Genom in das Drosophila melanogaster Genom.

Vergleich von natürlichen und Laborstämmen

Im Allgemeinen unterliegen Laborstämme der Inzucht, die typischerweise minimale Auswirkungen auf die Transposon-Kopienzahlen hat. Im Kontext dieser Studie wurden keine signifikanten Unterschiede in den Transposon-Kopienzahlen zwischen Labor- und Naturstämmen innerhalb der afrikanischen Population beobachtet.

Dmau\mariner zeigte auch höhere Kopienzahlen in der afrikanischen Bevölkerung als in den amerikanischen Populationen, mit nahezu keinen beobachteten Polymorphismen. Dies deutet darauf hin, dass dieser spezielle Transposon eine schnelle und weit verbreitete Verbreitung innerhalb von Drosophila simulans, konsistent mit früheren Forschungsergebnissen.

Es ist erwähnenswert, dass die Anzahl der in dieser Studie identifizierten G6-Transposon-Kopien die bisherigen Literaturberichte überstieg. Dennoch deutet die Tatsache, dass G6 in dieser Studie überwiegend in niedrigen Frequenzen vorhanden war, darauf hin, dass sich das Transposon ebenfalls umfangreich ausbreitet.

Vergleich mit Drosophila melanogaster

In Drosophila melanogasterDie Transposons mit den höchsten Kopienzahlen sind INE-1, 1360, Jockey, Hobo, Roo und das P-Element. Im Gegensatz dazu sind in den beiden untersuchten Drosophila-Populationen die Transposons mit den höchsten Kopienzahlen G6, Cr1a und INE-1.

Bemerkenswerterweise in beiden Drosophila melanogaster und Drosophila simulansAfrikanische Populationen wiesen im Vergleich zu Populationen aus anderen Regionen niedrigere Kopienzahlen auf. Daher war die globale Verbreitung beider Arten mit einem Anstieg der transpositionalen Aktivität verbunden.

Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass die folgenden Transposons aktiv sind in Drosophila melanogasterDsim\ninja, Dmau\mariner, P-element, gypsy10, opus, blut, GATE, taucher, Tabor, INE-1, taucher2, Idefix, 1731, 412, 297, G6, floh, Bari1, Transpac, Tabor, accord und Juan.

Referenz:

1. Signor, Sarah. "Transposable Elemente in individuellen Genotypen von Drosophila simulans." Ökologie und Evolution 10.7 (2020): 3402-3412.