Cromossomo B em Drosophila melanogaster: composição, modificações epigenéticas e impacto na expressão do genoma na linhagem germinativa

Cromossomos B são elementos genômicos extras, não essenciais, presentes em diversas espécies, incluindo Drosophila melanogaster. Nesta espécie, os Bs são predominantemente heterocromáticos e originados do cromossomo 4. Apesar dos estudos conduzidos sobre os Bs dessa espécie, muitas questões permanecem inexploradas. Nesta tese, foi caracterizado a composição molecular dos cromossomos B de D. melanogaster, além de seus padrões de modificações epigenéticas e sua influência na transcrição global do genoma. Foram identificadas 13 famílias de DNAs satélites (DNAsats) no genoma, incluindo três novas sequências (Sat-307, Sat-597 e Sat-228). Análises citogenômicas e genômicas indicaram enriquecimento de variantes específicas (AAGAT, AAGAG, dodeca-2 e AAGAGAAGAT) nos Bs. Embora elementos transponíveis (TEs) como G2_Jockey também estejam presentes, sua abundância nos cromossomos Bs foi menor em comparação aos DNAsats. Análises de epigenéticas a nível celular revelaram que os Bs permanecem transcricionalmente inativos em tecidos somáticos e germinativos masculinos, com ausência de RNA polimerase II e acetilação e enriquecimento em marcas de repressão. A influência dos cromossomos B na linhagem germinativa foi investigada em testículos e ovários de genótipos com diferentes históricos de herança deste cromossomo (perda e ganho). Foram identificadas alterações na transcrição de genes codificantes (CDSs), RNAs não codificantes (ncRNAs) e TEs. Na primeira geração, observou-se uma resposta transcricional nos TEs, embora sem efeitos acumulativos nas gerações subsequentes. Em contraste, os efeitos sobre CDSs e ncRNAs foram progressivos, com impacto mais pronunciado após 30 gerações. A expressão diferencial apresentou alguns padrões cromossomo-específicos, incluindo a ativação preferencial de genes no cromossomo X e repressão no cromossomo 4, possivelmente associadas à redistribuição de heterocromatina. Notavelmente, o genótipo que perdeu os Bs ao longo das gerações apresentou maior instabilidade transcricional, sugerindo respostas genômicas distintas entre linhagens expostas à presença ou ausência desses cromossomos. Os resultados mostram que os B cromossomos, surgidos recentemente no genoma de D. melanogaster, mesmo sendo repetitivos, transcricionalmente inativos e desprovidos de genes completos, podem modular a arquitetura epigenética e a expressão gênica de forma dinâmica. Esses achados avançam a compreensão dos impactos funcionais e evolutivos dinâmicos dos cromossomos supranumerários, revelando mecanismos de resposta genômica frente à inserção de novos elementos.

Resumo (inglês)

B chromosomes are extra, non-essential genomic elements found in various species, including Drosophila melanogaster. In this species, B chromosomes are predominantly heterochromatic and originated from chromosome 4. Despite previous studies on Bs in this species many aspects remain unexplored. In this thesis, the molecular composition of the B chromosomes in D. melanogaster was characterized, along with their epigenetic modification patterns and influence on global genome transcription. A total of 13 satellite DNA (satDNA) families were identified in the genome, including three novel sequences (Sat-307, Sat-597, and Sat-228). Cytogenomic and genomic analyses indicated enrichment of specific variants (AAGAT, AAGAG, dodeca-12, and AAGAGAAGAT) on the B chromosomes. Although transposable elements (TEs), such as G2_Jockey, were also detected, their abundance on the B chromosomes was lower compared to satDNAs. Cell-level epigenetic analyses revealed that B chromosomes remain transcriptionally inactive in both somatic and male germline tissues, showing absence of RNA polymerase II and acetylation marks, along with enrichment in repressive histone modifications. The influence of B chromosomes on the germline was investigated in testes and ovaries of genotypes with distinct histories of B chromosome inheritance (gain or loss). Alterations in the transcription of coding genes (CDSs), non-coding RNAs (ncRNAs), and TEs were identified. In the first generation, a transcriptional response involving TEs was observed, although no cumulative effects were detected in subsequent generations. In contrast, effects on CDSs and ncRNAs were progressive, with a more pronounced impact after 30 generations. Differential expression revealed some chromosome-specific patterns, including preferential activation of genes on the X chromosome and repression on chromosome 4, possibly associated with heterochromatin redistribution. Notably, the genotype that lost Bs over generations exhibited greater transcriptional instability, suggesting distinct genomic responses depending on the long-term presence or absence of B chromosomes. These results demonstrate that B chromosomes, although recently emerged in the D. melanogaster genome and composed mainly of repetitive, transcriptionally inactive sequences without intact genes, can dynamically modulate epigenetic architecture and gene expression. These findings enhance our understanding of the functional and evolutionary impacts of supernumerary chromosomes, revealing mechanisms of genomic response to the insertion of novel chromosomal elements.

Palavras-chave

DNA satélite, Elementos de DNA transponíveis, Expressão gênica, Gametogênese, Satellite DNA, Transposable elements, Gene expression, Gametogenesis

Idioma

Português

Citação

FERRETTI, Ana Beatriz Stein Machado. Cromossomo B em Drosophila melanogaster: composição, modificações epigenéticas e impacto na expressão do genoma na linhagem germinativa. 2025. Tese (Doutorado em Biologia Celular, Molecular e Microbiologia) – Instituto de Biociências, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Rio Claro, 2025.