A retrotransposição de mRNAs como fator de variabilidade genética no genoma humano e de outros primatas / The retrotransposition of mRNAs as a factor of genetic variability in the human and other primates genomes

Duplicação genica é uma das principais forças levando a evolução dos genomas eucarioto. O impacto de duplicações gênicas/genômicas vem sendo investigado a muito tempo em humanos e outros primatas. Um segundo mecanismo de duplicação gênica, a retrotransposição baseada em RNA maduros, vem sendo menos estudada devido ao seu potencial menor de gerar cópias funcionais. No entanto, recentemente, publicações descreveram retrocópias funcionais em humanos, roedores e mosca de fruta. Nesta tese, para investigar sobre retrocópias causando variabilidade genética no genoma de primatas, nós desenvolvemos a implementamos os métodos para detectar estas inserções. Utilizando nove genomas e transcriptomas publicamente disponíveis (sete primatas e dois roedores) nós confirmamos um número similar, porém, com origem independente, de retrocópias em primatas e roedores. Nós também encontramos um enriquecimento de retrocópias no genoma de Platyrrhini, possivelmente explicado pela expansão de L1PA7 e L1P3 nestes genomas. Posteriormente, nós analisamos a ortologia de retrocópias no genoma de primatas e encontramos 127 eventos específicos à linhagem humana. Nós também exploramos dados do projeto 1000 Genomes para detectar retrocópias polimórficas (retroCNVs germinativos) e encontramos 17 eventos, presentes no genoma referência humano, mas ausentes em mais de um indivíduo. Similarmente, nós investigamos novas retroduplicações de mRNAs no genoma humano, detectando 21 eventos ausentes do genoma referência. Finalmente, investigamos a existência de retroCNVs somáticos e descrevemos sete possíveis retrocópias somáticas. Apesar de sua possível insignificância, nós encontramos que algumas retrocópias compartilhadas entre todos os primatas, espécie específicas, e polimórficas podem ser expressas per se ou como transcritos quiméricos com genes hospedeiros. Sobretudo, nós encontramos que retrocópias são um fator importante da variabilidade genética inter-espécie, intra-espécie e intra-indivíduo e podem estar influenciando a evolução de mamíferos ao criar reservatórios de duplicações potencialmente funcionais

Gene duplication is a major driving force of evolution in eukaryotic genome. The impact of gene/genomic duplication has long been investigated in human and other primates. A second mechanism of gene duplication, retrotransposition, which is based on mature RNA, has been traditionally less studied due to their lower potential to generate functional copies. Recently, however, publications described functional retrocopies in humans, murines and drosophila. Here, to gain insights of the genetic variability arising from retrocopies on primate genomes, we developed and implemented the methods to detect these insertions. Using nine publicly available reference genomes and transcriptomes (seven primates and two rodents) we described a similar number independently arisen retrocopies in primates and rodents. We also found an enrichment of retrocopies in Platyrhinni genomes, putatively explained by the expansion of L1PA7 and L1P3 in these genomes. Next, we evaluated the orthology of retrocopies in primate genomes and found 127 events specific to human lineage. We also explored 1000 Genomes Project data to detect polymorphic events (germinative retroCNVs) on human populations and found 17 events, present on the reference genome, absent in more than one individual. Conversely, we also investigated new insertions of mRNA retroduplications in the human genome, detecting 21 events absent to the human reference genome. Finally, we evaluated the existence of somatic retroCNVs and described seven putative somatic retrocopies. Despite their putative insignificance, we found that some of these shared, specie-specific and polymorphic events may be expressed per se and as chimeric transcripts within host genes. Taken together, we found that retrocopies are a great factor of genetic variation interspecie, intraspecie e intraindividual and may be affecting mammal evolution by creating reservoirs of potentially functional duplications

SOME EVOLUTIONARY TENDENCIES OF NEOTROPICAL PRIMATES: Algunas tendencias evolutivas de los primates neotropicales

The evolution of neotropical primates has occurred isolated from other primates of the world, resulting in a distinct evolutionary history. Various characteristics of neotropical primates (Platyrrhini) are quite distinct from those of the Old World (Catarrhini), including the dental formula, the position of cranial plates, the anatomy of the auditory apparatus, much less average body weights, much less terrestrial adaptation, prehensile tails for some, and conservative phenotypes. Additionally monogamous forms of platyrrhini share a tendency for rapid chromosome evolution with one monogamous group of catarrhines (Hylobatids or gibbons). The phyletic history of the platyrrhine monkeys seems to contrast with that of the catarrhine inasmuch as there was a very early division (Miocene) of the New World monkeys into groups that exist today, whereas the appearance of Old World primate family groups seemed to have occurred much more recently in the Plio-Pleistocene. Some of these tendencies can be explained hypothetically, looking at ecological characteristics suggested for the new continent while other tendencies are perhaps the result of random evolutionary pathways taken during the course of evolution such as genetic drift and founder effect. Nevertheless there is still much work to be done to be able to recognize the singularities of the Platyrrines and to appreciate the details of their evolution.

La evolución de los primates neotropicales ha transcurrido aislada o de forma independiente a la de otros primates del mundo, porque poseen una historia evolutiva diferente. Hay varias características de los primates neotropicales (Platirrinos) que son bien distintas a las del viejo mundo (Catarrinos), incluyendo la fórmula dental, el arreglo de las placas craneales, la anatomía del aparato auditivo, pesos corporales menores, una menor adaptación a comportamientos terrestres, algunos poseen colas prensiles y baja diferenciación fenotípica. Formas monógamas de platirrinos comparten una tendencia de evolución cromosómica rápida con un grupo monógamo de Catarrinos (los Hilobátidos o gibones). La historia filogenética de platirrinos, contrasta con la de catarrinos debido a una división filética antigua (mioceno) de los primates del nuevo mundo en dos grupos, con características filogenéticas expresadas en las especies actuales. En contraste, la diferenciación de catarrinos con características que se pueden identificar en especies actuales no sucedió sino hasta el Plio-Pleistoceno. Algunas de estas tendencias, pueden ser explicadas hipotéticamente teniendo en cuenta las características ecológicas planteadas en el nuevo continente; otras tendencias tal vez son el resultado de caminos evolutivos tomados al azar durante la evolución del grupo o, como resultado tanto de deriva genética como de un efecto fundador. Sin embargo, queda mucho trabajo para reconocer la totalidad de las singularidades de los platirrinos y poder apreciar los detalles de su evolución.

Periodic Explosive Expansion of Human Retroelements Associated with the Evolution of the Hominoid Primate

Five retroelement families, L1 and L2 (long interspersed nuclear element, LINE), Alu and MIR (short interspersed nuclear element, SINE), and LTR (long terminal repeat), comprise almost half of the human genome. This genome-wide analysis on the time-scaled expansion of retroelements sheds light on the chronologically synchronous amplification peaks of each retroelement family in variable heights across human chromosomes. Especially, L1s and LTRs in the highest density on sex chromosomes Xq and Y, respectively, disclose peak activities that are obscured in autosomes. The periods of young L1, Alu, LTR, and old L1 peak activities calibrated based on sequence divergence coincide with the divergence of the three major hominoid divergence as well as early eutherian radiation while the amplification peaks of old MIR and L2 account for the marsupial-placental split. Overall, the peaks of autonomous LINE (young and old L1s and L2s) peaks and non-autonomous SINE (Alus and MIRs) have alternated repeatedly for 150 million years. In addition, a single burst of LTR parallels the Cretaceous-Tertiary (K-T) boundary, an exceptional global event. These findings suggest that the periodic explosive expansions of LINEs and SINEs and an exceptional burst of LTR comprise the genome dynamics underlying the macroevolution of the hominoid primate lineage.