Evolución de Genes y Genomas 8 2011-2012 – N. Jouve 8.-La transposición Los elementos transponibles. - en procariotas; en eucariotas. Papel evolutivo de la transposición. Transferencia horizontal. Los elementos transponibles E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 2 Una «variación genética» en una célula durante el desarrollo de la testa del grano, hace que todo el linaje celular somático la herede, y esto da lugar a la aparición de manchas en la superficie La «variación genética» no se debe a mutación, sino a «transposición» E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 3 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 4 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 5 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 6 1 Evolución de Genes y Genomas 8 2011-2012 – N. Jouve Procariotas E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 7 8 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve Secuencias de inserción E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 9 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 700 – 1500 pb 10 Transposones = Elementos Tn E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 11 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 12 2 Evolución de Genes y Genomas 8 2011-2012 – N. Jouve Elemento IS1 IS2 IS4 IS10R IS50R Tn1 Tn5 Tn9 Tn10 Long. pb 768 1.327 1.428 1.329 1.531 4.957 5.700 2.838 9.300 Marcador génico que transporta Res. ampicilina Res. kanamicina Res. cloranfenicol Res. tetraciclina ADN diana repetido directo 9 5 11 - 12 9 9 12 12 12 12 ADN propio repetido e invertido 23 41 18 22 9 38 1.531 (=IS50R) 18/23 1.329 (=IS10R) transposasa resolvasa Las repeticiones resultantes en los flancos tras la transposición se deben a la reparación de los huecos E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 13 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 14 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 15 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 16 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 17 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 18 3 Evolución de Genes y Genomas 8 2011-2012 – N. Jouve ARN Eucariotas E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 19 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 20 21 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 22 Mecanismos de transposición Transposición por ADN Retrotransposición E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve Mapa de la organización de los retrotransposones Los retrotransposones guardan relación con los retrovirus Retrovirus (semejante a Ty-3 de levadura) Mapa del Genoma de retrovirus Retrovirus de la leucemia del ratón y retrotransposón gypsy de Drosophila melanogaster E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 23 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 24 4 Evolución de Genes y Genomas 8 2011-2012 – N. Jouve Elementos móviles en plantas Transposones en Sacharomyces cerevisiae Especie Elementos Ty (3,1 % de un genoma de 12,1 Mb; 2n=32) Clase I 5 familias de elementos Ty: Ty1 a Ty5 4.000 a 5.500 pb = Copia LTR de 330 pb: d para Ty1 y Ty2 r para Ty3, = Gypsy t para Ty4, y para Ty5 genes tya (prot. De unión a ADN) y tyb (retrotransriptasa) 377 kb de elementos Ty (3,1% genoma) Mayor densidad en crom. pequeños I, III y VI (cada 25,2 kb) Menor densidad en crom. grandes IV, VII y XV (cada 39,4 kb Elemento móvil Tipo retrotransp osón Ty1 - copia Hordeum ~4.870 Mpb BARE - 1 vulgare Nicotiana tabacum TntI ~2.290 Mpb TtoI O ryza sativa Zea mays ~420 Mpb ~2.290 Mpb 25 Localización en el genoma pb de los LTR Número de copias ARN transcrito 12,1 1829 >5.000 5,3 610 >100 protoplastos, raíces 5,3 574 >30 ToS17 Dispersa 4,1 138 Opie - 1 Dispersa intergénica Dispersa 8,7 1256 >30.000 protoplastos, raíces , cultivos celulares protoplastos, cultivos celulares Raices, hojas >10.000 Microsporas Tipo retrotransposón Ty3 - gypsy Arabidopsis t haliana Athila ~130 Mpb Athila - 1 - 1 Hordeum ~4.870 Mpb Cereba vulgare Oryza sativa ~420 Mpb RIRE3 Pisum ~4.400 Mpb Cyclops - 2 sativum Zea mays Cinful - 1 ~2.290 Mpb Zoon - 1 Tipo retrotransposón sin LTR Arabidopsis ~130 Mpb Tal1 thaliana (LINE) Brassica ~630 Mpb S1 Bn napus (SINE) Nicotiana ~2.290 Mpb TS (SINE) tabacum Dispersa Tamaño del elemento móvil (kb) Dispersa en eucromatina Dispersa PREM - 2 Preferentemente cerca de genes de ARNt E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve Tamaño del genoma 1 -5 hojas, callos 9,5 1.307 Regiones paracentroméricas Centromérica 10,5 1.539 ~12 ~10,0 1.324 Dispersa ~10,5 ~ 12,5 2.316 1.504 - 8,6 7,3 586 648 Dispersa 6,1 - 1 -6 - Dispersa 0,17 - 5 00 Tallos, raices, callos Dispersa 0,111 - - 30 - 730 1.500 - 10 1.000 - 20.000 >1250 >50.000 Hojas Endospermo - 26 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve Maíz 5,1 kb E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 27 D. melanogaster – 50 familias de Clase I – 5.000 pb. - (5-100 copias) Retrotransposón 412 (clase I) detectado mediante ISH en cromosomas politénicos de Drosophila -- Otros: Het-A y Tart en telómeros E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 29 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 28 Elemento P (clase II) insertado en ojos white en Drosophila 500 a 1.000 pb Otros - FB (clase II, hasta 5.000 pb – repet. Terminales hasta 1.200 pb) E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 30 5 Evolución de Genes y Genomas 8 2011-2012 – N. Jouve Las secuencias repetidas y dispersas del Genoma Humano derivan de elementos genéticos móviles Secuencias repetidas y dispersas 44,6% 2,8% Retrotransposones Autónomos 8,3% LTR Transposones No autónomos No LTR SINE (Alu) (similares a retrovirus) LINEs (L1) 13,1 % 1.000.000 20,4% 50.000 copias 31 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 32 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve Mecanismo de retrotransposición de L1 Estructura de los elementos L1 (LINE) y elementos Alu (SINE) Núcleo Citoplasma AAAn Traducción L1 Procesamiento postransducional y formación de RNPs ? Transcripción AAAn ORF 2 ORF 1 AAAn Transcripción reversa cebada por la diana L1 Regiones ricas en A-T Transcriptasa inversa y Alu regiones ricas en G-C endonucleasa E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve ORF 2 AAAn Entrada en el núcleo L1 (copia) 33 Los elementos L1 y Alu causan enfermedades genéticas E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve ORF 1 35 Ostertag, E. M. y Kazazian, H. H. Annu. Rev. Genet. 2001. 35:501–38 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 34 Ostertag, E. M. y Kazazian, H. H. Annu. Rev. Genet. 2001. 35:501–38 El origen de los pseudogenes procesados tiene mucho en común con la retrotrasposición E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 36 6 Evolución de Genes y Genomas 8 2011-2012 – N. Jouve Papel evolutivo de la transposición 37 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve • ADN egoista, parásito, basura... • Papel en variaciones estructurales (hobo en Drosophila) • Papel en regulación de la expresión (Slp en ratón) • Estabilización de telómeros en Drosophila • Disgénesis híbrida ♀ 39 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 38 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve ♀ ♂ ♂ 40 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve F1 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve • • • • • Fallos en desarrollo gónadas Recombinación en los machos Rotura cromosómica Transmisión mendeliana distorsionada Elevada frecuencia de mutación ♀M 41 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 42 7 Evolución de Genes y Genomas 8 2011-2012 – N. Jouve Especie Sacharomyces. cerevisiae Arabidopsis thaliana Oryza sativa Zea mays Hordeum vulgare Allium cepa Secale cereale Lilium sp. E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve Tamaño del genoma en pb 6 13 x 10 1 x 10 8 8 4,3 x 10 9 2,3 x 10 9 4,8 x 10 10 3,2 x 10 10 3,8 x 10 11 1,4 x 10 Nº de copias totales de retrotransposones 51 30-90 1.000 40.000 137.000 100.000 -500.000 500.000 1.000.000 43 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 44 45 E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 46 Transferencia horizontal E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve Importancia en procariotas Importancia en procariotas Escherichia coli Salmonella typhimurium Archaeoglobus fulgidus E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 47 Hace 5-10 MA en el área mediterránea E.G.G. 2011-2012 - N.Jouve 48 8