Detecção, análise e descrição de inversões cromossômicas em Nyssorhynchus darlingi

Abstract

A malária é a doença transmitida por artrópodes mais impactante nos países em desenvolvimento. No Brasil a incidência de malária é alta, com a maioria dos casos concentrados na floresta amazônica brasileira, tendo como principal vetor da doença no país o mosquito Nyssorhynchus darlingi, o qual é suscetível ao Plasmodium humano, é antropofílico e oportunista. Comportamentos de importância epidemiológica podem ser influenciados por polimorfismos de inversões cromossômicas. Essas variantes frequentemente apresentam desequilíbrio de ligação em populações naturais e desempenham um papel importante na adaptação local, além disso, existem fortes evidências de seleção atuando sobre as inversões, mas os alvos gênicos dentro delas são amplamente desconhecidos. Alguns desses polimorfismos já foram descritos em mosquitos do gênero Anopheles, associados à eficiência da capacidade de exploração de diferentes ambientes e de adaptação a mudanças de condições ambientais. O objetivo desse estudo, foi realizar a detecção, análise e descrição de polimorfismos de inversão cromossômica em Ny. darlingi, bem como avaliar se estão associadas à características de importância epidemiológica, utilizando ferramentas de biologia molecular e bioinformática. Para atingir nossos objetivos, amostras de mosquitos Ny. darlingi foram coletadas no município de Mâncio Lima - AC. Foi realizado sequenciamento genômico completo de baixa cobertura (LC-WGS) utilizando técnicas de sequenciamento de nova geração, além da genotipagem por sequenciamento. Inversões cromossômicas foram detectadas por alterações no padrão de desequilíbrio de ligação (LD), análise de componentes principais (PCA) e teste de alelos. Também foram realizados testes de correlação entre as inversões e testes de associação com comportamento de picada e horário de atividade. Como resultados, 321 amostras de Mâncio Lima foram sequenciadas e o painel de genótipos imputados resultou em 4.241.254 SNPs bialélicos. A análise de desequilíbrio de ligação (r²) pareada de SNP mostrou picos de r² mediano ao longo dos cromossomos (indicativos de inversão). Resultados do PCA indicaram concentração de SNPs representativos em regiões específicas e bem delimitadas no genoma em múltiplos componentes principais. Resultados dos testes de alelos entre homozigotos indicaram as regiões genômicas específicas associadas significativamente às inversões, em concordância com resultados do LD e do PCA. As análises de correlação mostraram inversões correlacionadas quando próximas ou sobrepostas e o teste de associação mostrou uma inversão associada ao comportamento de picada.

Malaria is the most impactful disease transmitted by arthropods in developing countries. In Brazil, the incidence of malaria is high, with most cases concentrated in the Brazilian Amazon rainforest, with the mosquito Nyssorhynchus darlingi as the main vector of the disease in the country, which is susceptible to human Plasmodium, is anthropophilic and opportunistic. Behaviors of epidemiological importance can be influenced by polymorphisms of chromosome inversions. These variants often show linkage disequilibrium in natural populations and play an important role in local adaptation, moreover, there is strong evidence of selection acting on inversions, but the gene targets within them are largely unknown. Some of these polymorphisms have already been described in mosquitoes of the genus Anopheles, associated with the efficient ability to explore different environments and adapt to changes in environmental conditions. The aim of this study was to detect, analyze and describe chromosome inversion polymorphisms in Ny. darlingi, as well as to assess whether they are associated with characteristics of epidemiological importance, using molecular biology and bioinformatics tools. To achieve our goals, samples of Ny. darlingi mosquitoes were collected in the municipality of Mâncio Lima - AC. Low coverage whole genome sequencing (LC-WGS) was performed using next-generation sequencing techniques. Sequencing genotyping was performed and chromosomal inversions were detected by changes in the linkage disequilibrium (LD) pattern, principal component analysis (PCA) and allele test. Correlation tests were performed between inversions and association tests with biting behavior and time of activity. As results, 321 samples from Mâncio Lima were sequenced and the panel of imputed genotypes resulted in 4,241,254 biallelic SNPs. Paired SNP linkage disequilibrium (r²) analysis showed median r² peaks across chromosomes (indicative of inversion). PCA results indicated concentration of representative SNPs in specific and well-delimited regions in the genome in multiple principal components. Results of allele test between homozygotes indicated the specific genomic regions significantly associated, in agreement with results of LD and PCA. Correlation analysis showed correlated inversions when close or overlapping and the association test showed an inversion associated with biting behavior.