Regions enriched for DNA repeats in chromosomes of Macrostomum mirumnovem, a species with a recent Whole Genome Duplication

Autor: Nikolay B. Rubtsov, Kira S. Zadesenets
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Vavilov Journal of Genetics and Breeding
Vavilovskij Žurnal Genetiki i Selekcii, Vol 24, Iss 6, Pp 636-642 (2020)
ISSN: 2500-3259
2500-0462
DOI: 10.18699/vj20.657
Popis: The free-living flatworm Macrostomum mirumnovem is a neopolyploid species whose genome underwent a recent Whole Genome Duplication (WGD). In the result of chromosome fusions of the ancient haploid chromosome set, large metacentric chromosomes were formed. In addition to three pairs of small metacentrics, the current karyotype of M. mirumnovem contains two pairs of large metacentric chromosomes, MMI1 and MMI2. The generation of microdissected DNA libraries enriched for DNA repeats followed by DNA probe preparation and fluorescent in situ hybridization (FISH) were performed. The DNA probes obtained marked chromosome regions enriched for different DNA repeats in the M. mirumnovem chromosomes. The size and localization of these regions varied in different copies of large chromosomes. They varied even in homologous chromosomes, suggesting their divergence due to genome re-diploidization after a WGD. Besides the newly formed chromosome regions enriched for DNA repeats, B chromosomes were found in the karyotypes of the studied specimens of M. mirumnovem. These B chromosomes varied in size and morphology. FISH with microdissected DNA probes revealed that some Bs had a distinct DNA content. FISH could paint differently B chromosomes in different worms and even in the same sample. B chromosomes could carry a bright specific fluorescent signal or could show no fluorescent signal at all. In latter cases, the specific FISH signal could be absent even in the pericentromeric region of the B chromosome. Possible mechanisms of B chromosome formation and their further evolution are discussed. The results obtained indicate an important role that repetitive DNAs play in genome re-diploidization initiating a rapid differentiation of large chromosome copies. Taking together, karyotype peculiarities (a high level of intraspecific karyotypic diversity associated with chromosome number variation, structural chromosomal rearrangements, and the formation of new regions enriched for DNA repeats) and some phenotypic features of M. mirumnovem (small body size, short lifecycle, easy maintenance in the laboratory) make this species a perspective model in the studies of genomic and karyotypic evolution in species passed through a recent WGD event.Свободноживущий плоский червь Macrostomum mirumnovem – неополиплоидный вид, его геном претерпел недавнюю полногеномную дупликацию (Whole Genome Duplication, WGD). В результате слияния гаплоидного хромосомного набора в его кариотипе произошло формирование двух новых крупных хромо- сом, MMI1 и MMI2. Создание микродиссекционных ДНК-библиотек, обогащенных повторенными последо- вательностями ДНК, и их последующая гибридизация in situ с метафазными хромосомами M. mirumnovem выявили в этих хромосомах районы, обогащенные повторенными последовательностями ДНК. Разные ДНК- пробы устанавливали в хромосомах M. mirumnovem районы, обогащенные разными повторенными после- довательностями. Локализация и размер этих районов варьировали в разных копиях крупных хромосом, это предполагало их дивергенцию и снижение уровня гомологии, что может после полной дупликации ге- нома приводить к его редиплоидизации. Помимо возникших de novo районов хромосом основного набора, обогащенных повторенными последовательностями, в кариотипе у большинства исследованных особей обнаружены В-хромосомы, которые варьировали по размеру и морфологии. Различия в составе ДНК у этих В-хромосом были показаны с помощью флуоресцентной гибридизации in situ (FISH) с полученными микро- диссекционными ДНК-пробами на хромосомном материале, взятом от разных животных. Флуоресцентная гибридизация in situ этих ДНК-проб по-разному окрашивала В-хромосомы, содержащиеся в кариотипах у раз- ных особей M. mirumnovem. Часть В-хромосом интенсивно окрашивалась при проведении FISH, тогда как на других В-хромосомах гибридизационных сигналов не было. Специфический FISH-сигнал отсутствовал даже в прицентромерных районах таких В-хромосом. В настоящей статье обсуждаются возможные механизмы возникновения и последующей эволюции В-хромосом у M. mirumnovem. Полученные результаты указывают на важную роль повторенных последовательностей, которую они могут играть в процессе реорганизации генома, приводя к быстрой дифференциации дуплицированных копий хромосом. Высокий уровень внутри- видового кариотипического разнообразия по численным и структурным хромосомным перестройкам и по формированию новых хромосомных районов, обогащенных повторенными последовательностями, а также небольшой размер тела (~2 мм) и простота поддержания лабораторных культур M. mirumnovem делают этот вид перспективной моделью в исследованиях геномной и кариотипической эволюции видов, недавно про- шедших полногеномную дупликацию.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: