Montagem de genoma em nível cromossômico e expressão diferencial de proteínas em espécies do gênero Psalidodon com cromossomo B (Characiformes, Acestrorhamphidae)

Abstract

Os cromossomos B são elementos genômicos supranumerários presentes em diversas espécies de eucariotos e caracterizados por alta proporção de sequências repetitivas, complexa origem e capacidade de burlar a segregação mendeliana. As espécies de peixes do gênero Psalidodon vem se tornando um modelo de estudo de cromossomos B em peixes, especialmente a espécie P. paranae. Esta espécie apresenta um isocromossomo B associado a possíveis funções na diferenciação sexual e na modulação da expressão gênica. Neste mesmo gênero, P. bockmanni apresenta um isocromossomo B que compartilha a mesma origem do isocromossomo B de P. paranae, no entanto sem associações evidentes com possíveis impactos na diferenciação sexual. Portanto, este trabalho teve como objetivos (i) realizar a montagem do genoma de P. paranae a nível cromossômico e caracterizar estruturalmente o cromossomo B, e (ii) investigar diferenças no perfil proteômico de ovários de fêmeas com (1B) e sem cromossomo B (0B) e buscar por proteínas codificadas pelo cromossomo B. A montagem genômica combinou dados PacBio HiFi, Nanopore e Omni-C, resultando em um genoma altamente contíguo para os cromossomos do complemento A (1,53 Gb; N50 = 58,03 Mb) e sequências mais fragmentadas para o cromossomo B, no entanto com dois scaffolds correspondendo a 25% do tamanho esperado para este cromossomo. Análises bioinformáticas e de citogenética molecular mostram que ambos os scaffolds pertencem a braços diferentes do cromossomo B, estão localizados nas regiões subteloméricas, apresentam menor densidade de DNAs repetitivos, maior densidade gênica e diferenças estruturais (incluindo uma inversão de 4,3 Mb), indicando que o cromossomo B não é um isocromossomo perfeitamente simétrico, como anteriormente definido. A análise proteômica por espectrometria de massas identificou proteínas diferencialmente expressas em ambas as espécies analisadas, sendo 64 em Psalidodon paranae e 102 em Psalidodon bockmanni. As análises de enriquecimento e de interação proteica indicam que os efeitos do cromossomo B estão associados principalmente a vias de metabolismo energético e de sinalização/crescimento celular, com destaque para a superexpressão da via de sinalização mTOR. Uma possível diferença funcional entre os cromossomos B de ambas as espécies foi observada, com fêmeas 1B de P. paranae apresentando superexpressão da fosforilação oxidativa, enquanto fêmeas 1B de P. bockmanni apresentaram subexpressão, indicando um processo de transição metabólica nesta última espécie. Além disso, a detecção de peptídeos derivados dos genes alad1 e rnf17 em P. bockmanni indica que transcritos do cromossomo B são de fato traduzidos em proteínas, abrindo novas perspectivas para os estudos de mecanismos de atuação destes cromossomos.

B chromosomes are supernumerary genomic elements found in a wide range of eukaryotic species and are characterized by a high proportion of repetitive sequences, complex origins, and the ability to evade Mendelian segregation. Fish species of the genus Psalidodon have emerged as a model for studying B chromosomes in fishes, particularly P. paranae. This species harbors a B isochromosome associated with potential roles in sex differentiation and modulation of gene expression. Within the same genus, P. bockmanni also possesses a B isochromosome that shares a common origin with that of P. paranae, but without evident associations with impacts on sex differentiation. Therefore, the objectives of this study were: (i) to assemble the P. paranae genome at the chromosomal level and structurally characterize the B chromosome, and (ii) to investigate differences in the ovarian proteomic profile between females with (1B) and without the B chromosome (0B), as well as to identify proteins encoded by the B chromosome. The genome assembly combined PacBio HiFi, Nanopore, and Omni-C data, resulting in a highly contiguous assembly for the A complement chromosomes (1.53 Gb; N50 = 58.03 Mb) and more fragmented sequences for the B chromosome. However, two scaffolds corresponded to 25% of the expected size of this chromosome. Bioinformatic and molecular cytogenetic analyses showed that both scaffolds belong to different arms of the B chromosome, are located in subtelomeric regions, and exhibit lower densities of repetitive DNA and higher gene density, along with structural differences (including a 4.3 Mb inversion). These findings indicate that the B chromosome is not a perfectly symmetrical isochromosome, as previously defined. Proteomic analysis by mass spectrometry identified differentially expressed proteins in both analyzed species, with 64 in Psalidodon paranae and 102 in Psalidodon bockmanni. Enrichment and protein interaction analyses indicated that the effects of the B chromosome are mainly associated with energy metabolism pathways and cell signaling/growth, with emphasis on the upregulation of the mTOR signaling pathway. A possible functional difference between the B chromosomes of the two species was observed, as 1B females of P. paranae showed upregulation of oxidative phosphorylation, whereas 1B females of P. bockmanni exhibited downregulation, suggesting a metabolic transition process in the latter species. Furthermore, the detection of peptides derived from the alad1 and rnf17 genes in P. bockmanni indicates that transcripts from the B chromosome are indeed translated into proteins, opening new perspectives for understanding the mechanisms of action of these chromosomes.