Origin and evolution of Helitrons
Autor: | Pedro Heringer Lisboa Teixeira |
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Přispěvatelé: | Gustavo Campos e Silva Kuhn |
Jazyk: | portugalština |
Rok vydání: | 2022 |
Předmět: | |
Zdroj: | Repositório Institucional da UFMG Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) instacron:UFMG |
Popis: | CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Elementos de transposição (TEs) são sequências de DNA móveis e abundantes em genomas procarióticos e eucarióticos. Em eucariotos, TEs podem ser divididos em duas classes, denominadas classe I, que utilizam intermediários de RNA para se transporem, e classe II, que utilizam intermediários de DNA. Cada uma destas classes compreende diferentes subclasses, que por sua vez são divididas em superfamílias e famílias. Helitrons representam uma subclasse de elementos dentro da classe II que se transpõem por meio de um mecanismo único em eucariotos, sendo encontrados em todos os principais grupos taxonômicos deste domínio da vida. Estes transposons impactam genomas eucarióticos por ocuparem frações consideráveis do DNA de seus hospedeiros, além de estarem envolvidos na mobilização e duplicação de fragmentos cromossômicos adjacentes. Embora a compreensão sobre vários aspectos relacionados aos Helitrons tenha avançado consideravelmente nas duas décadas que sucederam a descoberta destes elementos, sua origem evolutiva e detalhes do seu mecanismo de transposição são temas que permaneceram amplamente inexplorados durante o mesmo período. Neste trabalho, investigamos a origem dos Helitrons através de análises evolutivas dos dois domínios principais presentes na sua transposase. Os resultados das análises de cada domínio revelam aspectos distintos, porém complementares, sobre a origem dos Helitrons. Em conjunto, nossos achados indicam que estes elementos descendem de plasmídeos procarióticos que, após invadirem genomas eucarióticos, passaram a utilizar a transposição como mecanismo de replicação em seus hospedeiros. Este cenário se opõe às principais hipóteses apresentadas até o momento para explicar a origem dos Helitrons e dos domínios da sua transposase. Além disso, com base nas evidências obtidas neste trabalho e em outros estudos, propomos que a transposase dos Helitrons desempenha funções catalíticas mais complexas do que havia sido sugerido anteriormente. Por fim, nossa investigação paralela sobre a evolução de uma família de Helitrons presente em artrópodes ilustra a capacidade notável destes transposons invadirem novos genomas hospedeiros por meio de transferências horizontais que podem ocorrer entre ordens ou mesmo classes distintas de organismos. Transposable elements (TEs) are mobile DNA sequences found in a large number of copies in prokaryotic and eukaryotic genomes. In eukaryotes, TEs can be divided into two classes, named class I, which use RNA intermediates to transpose, and class II, which use DNA intermediates. Each one of these classes include different subclasses, which in turn are divided into superfamilies and families. Helitrons represent a subclass of elements within class II that transpose by a mechanism that is unique in eukaryotes, being found in all major taxonomic groups from this domain of life. These transposons impact eukaryotic genomes by occupying considerable DNA fractions of their hosts, also being involved in the mobilization and duplication of adjacent chromosomal fragments. Although the understanding about several aspects related to Helitrons has advanced considerably in the two decades that followed their discovery, their evolutionary origin and details of their transposition mechanism are subjects that remained largely unexplored during the same period. In this work, we investigate the origin of Helitrons using evolutionary analyses of the two major domains present in their transposase. The results from the analyses of each domain reveal distinct, albeit complementary, aspects about the origin of Helitrons. Together, our findings indicate that these elements descend from procaryotic plasmids that, after invading eukaryotic genomes, started using transposition as the replication mechanism in their hosts. This scenario opposes the main hypotheses that have been advanced to explain the origin of Helitrons and the domains of their transposase. Furthermore, based on the evidence provided in this work and other studies, we propose that Helitron transposases execute more complex catalytic functions than it was previously suggested. Finally, our parallel investigation about the evolution of a Helitron family found in arthropods illustrate the marked capacity of these transposons to invade new host genomes through horizontal transfers that can occur between distinct orders or even classes of organisms. |
Databáze: | OpenAIRE |
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