Estudos citogenéticos e genômicos em Spintherobolus papilliferus (Characiformes: Spintherobolidae): uma abordagem integrada - Soares, Letícia Batista [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2025)
O rápido desenvolvimento das tecnologias de sequenciamento de nova geração (NGS) e a redução dos custos do sequenciamento tem mudado o cenário da pesquisa biológica, possibilitando o aumento do número de genomas estudados e a proposta de grandes projetos visando o sequenciamento de muitos organismos, incluindo os não-modelos, o que pode gerar dados importantes para a conservação das espécies. O Brasil desponta como futuro líder nessa área visto que é o país com maior biodiversidade do planeta. Uma das famílias de peixes com maior número de espécies é a antiga Characidae e, dentro dela, se encontrava o gênero Spintherobolus onde a espécie Spintherobolus papilliferus é sua espécie tipo, uma espécie rara, basal, endêmica de cabeceiras de rios de Mata Atlântica, próximos à cidade de São Paulo e está em perigo (EN) de acordo com os critérios de avaliação do Livro Vermelho da Fauna Brasileira Ameaçada de Extinção (ICMBio, 2022) e pela Red List of Threatened Species (IUCN). Esse gênero, e o gênero Amazonspinther (monotípico), formam uma nova família Spintherobolidae que é grupo irmão de todas as demais. Além de não haver informação citogenética, nosso conhecimento atual diz respeito basicamente aos estudos de taxonomia e sistemática do grupo, e, consequentemente, com a posição basal dessa espécie, S. papilliferus se torna um interessante modelo para estudos evolutivos, já que uma abordagem cromossômica e genômica podem proporcionar um melhor entendimento para que possamos começar a desvendar os processos de evolução de grandes grupos de peixes. Assim, o presente projeto foi elaborado considerando nosso engajamento no projeto global de sequenciamento de genomas de vertebrados e visando a dificuldade em se obter preparações cromossômicas, o presente estudo tem como objetivo geral: construir um genoma de referência de alta qualidade para S. papilliferus, utilizando plataformas modernas de sequenciamento de genoma e determinar citogeneticamente suas características cariotípicas. Para isso, foram coletados 20 indivíduos e, através de análises citogenéticas, identificamos o número diploide 2n=50 cromossomos, bandas de heterocromatina constitutiva em regiões pericentroméricas e intersticiais e uma marcação de regiões organizadoras de nucléolos (RONs), já as marcações de FISH para o gene DNAr 18S e 5S evidenciaram 2 e 1 pares, respectivamente, sendo que as marcações teloméricas foram observadas na região terminal de todos os cromossomos. Após o processo de formação de contigs e polimento, o draft genoma final foi de 922,5Mb, ou 0,9Gb. As métricas de qualidade Q30 se manteve maior que 90%, com N50 de 10.410. Todos resultados citogenéticos encontrados são novidade na literatura, dessa forma, os resultados obtidos com a realização deste estudo permitirão avançar nas caracterizações citogenéticas de S. papilliferus e a montagem do draft genoma é um primeiro passo para a obtenção de genoma de referência e o primeiro genoma montado para uma espécie da antiga família Characidae com uma posição filogenética importante, utilizando uma plataforma de sequenciamento de leitura curta, realizada a partir de DNA genômico extraído de um único indivíduo.

The rapid development of next-generation sequencing (NGS) technologies and the reduction in sequencing costs have transformed the landscape of biological research, enabling an increase in the number of genomes studied and the proposal of large-scale projects aimed at sequencing numerous organisms, including non-model species. This can generate valuable data for species conservation. Brazil stands out as a future leader in this field, given its status as the most biodiverse country on the planet. One of the fish families with the highest number of species is the former Characidae, within which lies the genus Spintherobolus, with Spintherobolus papilliferus as its type species. This rare, basal species is endemic to headwaters of Atlantic Forest rivers near São Paulo and is classified as Endangered (EN) according to the criteria of the Red Book of Brazilian Fauna Threatened with Extinction (ICMBio, 2022) and the IUCN Red List of Threatened Species. This genus, along with the monotypic genus Amazonspinther, forms the new family Spintherobolidae, which is the sister group to all other families. Beyond the lack of cytogenetic information, our current knowledge is primarily limited to taxonomic and systematic studies of the group. Consequently, given the basal position of this species, S. papilliferus becomes an interesting model for evolutionary studies, as chromosomal and genomic approaches can provide a better understanding of the evolutionary processes of large fish groups. Thus, this project was developed considering our involvement in the global vertebrate genome sequencing project and aiming to address the challenges in obtaining chromosomal preparations. The general objective of this study is to construct a high-quality reference genome for S. papilliferus using modern genome sequencing platforms and to cytogenetically determine its karyotypic characteristics. For this purpose, 20 individuals were collected, and through cytogenetic analyses, we identified a diploid number of 2n=50 chromosomes, constitutive heterochromatin bands in pericentromeric and interstitial regions, and nucleolar organizer regions (NORs). FISH markers for the 18S and 5S rDNA genes revealed 2 and 1 pairs, respectively, while telomeric markers were observed at the terminal regions of all chromosomes. After the contig assembly and polishing process, the final draft genome was 922.5 Mb, or 0.9 Gb. Quality metrics remained above 90% for Q30, with an N50 of 10,410. All cytogenetic results are novel in the literature, and the findings from this study will advance the cytogenetic characterization of S. papilliferus. The assembly of the draft genome represents a first step toward obtaining a reference genome and is the first genome assembled for a species of the former Characidae family with an important phylogenetic position, using a short-read sequencing platform performed on genomic DNA extracted from a single individual.
Études cytogénétiques et génomiques chez Spintherobolus papilliferus (Characiformes : Spintherobolidae) : une approche intégrée
Keywords: Peixes de água doce; Ciências biológicas; Citogenética animal; Bioinformática; Biological sciences; Freshwater fish; Animal cytogenetics; Bioinformatics