Single molecule sequencing of nucleic acids in real time (SMRT) to characterize transcriptomes and mRNA isoforms / Secuenciación de moléculas individuales de ácidos nucleicos en tiempo real (SMRT) para caracterizar transcriptomas e isoformas de ARNm

ABSTRACT

Abstract Our efforts are oriented to assess bovine Y-chromosome gene expression patterns. One set of genes that are of interest are the so-called X-degenerate Y-chromosome genes that are located in the male-specific region of the Y-chromosome (MSY). This region contains 95% of the DNA of the Y chromosome. These genes are single copy and have an X-chromosome homolog. Both, the Y-encoded and X-encoded homologs have ubiquitous expression profiles. However, some genes, like SRY that regulates male sex determination, have functions that are more specific. Identifying DNA sequence differences between these homologs will allow evaluation of their spatial and temporal expression patterns. Identification of the Y-encoded mRNAs and their isoforms will allow our understanding of tissue specific expression of isoforms in male tissues. The latter will facilitate our evaluation of gene function in male sex differentiation and fertility. Hence, we hypothesized that each of these X-degenerate gene homologs generate isoforms and that differential expression patterns exist between sexes and across tissues. To investigate the latter we used a new generation sequencing (NGS) technology that generates long sequencing reads with a range between 1000 to 10,000 base pairs in length. Single molecule real time (SMRT) isoform sequencing (IsoSeq) of several tissues (liver, lung, adipose, muscle, hypothalamus and testis) was carried out. Transcript sequences were used for bioinformatics analysis and isoform characterization. Given the focus of this manuscript the SMRT technology we are only presenting results obtained with the analysis of the bUTY and bUTX genes.

RESUMEN

Resumen Nuestros esfuerzos están orientados a evaluar patrones de expresión génica del cromosoma Y bovino. Los genes de interés son los denominados genes X-degenerados que se encuentran en la región específica masculina del cromosoma Y (MSY). Esta región contiene el 95% del ADN del cromosoma Y. Estos genes son de copia única y tienen un homólogo en el cromosoma X. Ambos homólogos tienen perfiles amplios de expresión. Sin embargo, algunos genes, como el SRY que regula la determinación del sexo masculino, tienen funciones más específicas. La identificación de las diferencias de secuencia de ADN entre estos homólogos permitirá evaluar sus patrones de expresión espacial y temporal. La identificación de los ARNm codificados en el cromosoma Y y de sus isoformas permitirán analizar la expresión específica de sus isoformas en tejidos masculinos. Esto último facilitará nuestra evaluación de función génica en la diferenciación sexual masculina y la fertilidad. Por lo tanto, planteamos la hipótesis de que cada uno de estos genes homólogos degenerados del X genera isoformas y que existen patrones de expresión diferencial entre sexos y tejidos. Para investigar esto último, utilizamos una tecnología de secuenciación de nueva generación (NGS) que genera lecturas de secuenciación largas con un rango de longitud de 1000 a 10,000 pares de bases. Se secuenciaron los transcriptomas en varios tejidos (hígado, pulmón, adiposo, muscular, hipotálamo y testículo). Se utilizaron las secuencias generadas para el análisis bioinformático y la caracterización de isoformas. Siendo el foco de este manuscrito la tecnología SMRT, solo presentamos los resultados obtenidos con el análisis de los genes bUTY y bUTX.