Copia Retrotransposon in the Zaprionus Genus: Another Case of Transposable Element Sharing with the Drosophila melanogaster Subgroup

Copia is a retrotransposon that appears to be distributed widely among the Drosophilidae subfamily. Evolutionary analyses of regulatory regions have indicated that the Copia retrotransposon evolved through both positive and purifying selection, and that horizontal transfer (HT) could also explain its patchy distribution of the among the subfamilies of the melanogaster subgroup. Additionally, Copia elements could also have transferred between melanogaster subgroup and other species of Drosophilidae-D. willistoni and Z. tuberculatus. In this study, we surveyed seven species of the Zaprionus genus by sequencing the LTR-ULR and reverse transcriptase regions, and by using RT-PCR in order to understand the distribution and evolutionary history of Copia in the Zaprionus genus. The Copia element was detected, and was transcriptionally active, in all species investigated. Structural and selection analysis revealed Zaprionus elements to be closely related to the most ancient subfamily of the melanogaster subgroup, and they seem to be evolving mainly under relaxed purifying selection. Taken together, these results allowed us to classify the Zaprionus sequences as a new subfamily-ZapCopia, a member of the Copia retrotransposon family of the melanogaster subgroup. These findings indicate that the Copia retrotransposon is an ancient component of the genomes of the Zaprionus species and broaden our understanding of the diversity of retrotransposons in the Zaprionus genus.

Potential sites of triple-helical nucleic acid formation in chromosomes of Rhynchosciara (Diptera: Sciaridae) and Drosophila melanogaster

Antibodies to specific nucleic acid conformations are amongst the methods that have allowed the study of non-canonical (Watson-Crick) DNA structures in higher organisms. In this work, the structural limitations for the immunological detection of DNA.RNA hybrid duplexes were examined using specific RNA homopolymers as probes for homopolymer polydeoxyadenylic acid (poly(dA)).polydeoxythymidylic acid (poly(dT))-rich regions of Rhynchosciara americana (Diptera: Sciaridae) chromosomes. Anti-DNA.RNA duplexes did not react with the complex formed between chromosomal poly(dA) and exogenous polyuridylic acid (poly(rU)). Additionally, poly(rU) prevented the detection of polyadenylic acid.poly(dT) hybrid duplexes preformed in situ. These results raised the possibility that three-stranded structures rather than duplexes were formed in chromosomal sites. To test this hypothesis, the specificity of antibodies to triple-helical nucleic acids was reassessed employing distinct nucleic acid configurations. These antibodies were raised to the poly(dA).poly(rU).poly(rU) complex and have been used here for the first time in immunocytochemistry. Anti-triplex antibodies recognised the complex poly(dA).poly(rU).poly(rU) assembled with poly(rU) in poly(dA).poly(dT)-rich homopolymer regions of R. americana chromosomes. The antibodies could not detect short triplex stretches, suggesting the existence of constraints for triple-helix detection, probably related to triplex tract length. In addition, anti-poly(dA).poly(rU).poly(rU) antibodies reacted with the pericentric heterochromatin of RNase-treated polytene chromosomes of R. americana and Drosophila melanogaster. In apparent agreement with data obtained in cell types from other organisms, the results of this work suggest that significant triple-helix DNA extensions can be formed in pericentric regions of these species.

Functional Analysis of saxophone, the Drosophila Gene Encoding the BMP Type I Receptor Ortholog of Human ALK1/ACVRL1 and ACVR1/ALK2

In metazoans, bone morphogenetic proteins (BMPS) direct a myriad of developmental and adult homeostatic evens through their heterotetrameric type I and type II receptor complexes. We examined 3 existing and 12 newly generated mutations in the Drosophila type I receptor gene, saxophone (sax), the ortholog of the human Activin Receptor-Like. Kinasel and -2 (ALK1/ACVR1 and ALK2/ACVR1) genes. Our genetic analyses identified two distinct classes of sax alleles. The first class consists of homozygous viable gain-of-function (GOF) alleles that exhibit (1) synthetic lethality in combination with mutations in BMP pathway components, and (2) significant maternal effect lethality that can be rescued by an increased dosage of the BMP encoding gene, dpp(+). In contrast, the second class consists of alleles that are recessive lethal and do not exhibit lethality in combination with mutations in other BMP pathway components. The alleles in this second class are clearly loss-of-function (LOF) with both complete and partial loss-of-function mutations represented. We find that one allele in the second class of recessive lethals exhibits dominant-negative behavior, albeit distinct from the GOF activity of the first class of viable alleles. On the basis of the fact that the first class of viable alleles can be reverted to lethality and on our ability to independently generate recessive lethal sat mutations, our analysis demonstrates that sax is an essential gene. Consistent with this conclusion, we find that a normal sax transcript is produced by sax(P), a viable allele previously reported to be mill, and that this allele can be reverted to lethality. Interestingly, we determine that two mutations in the first: class of sax alleles show the same amino acid substitutions as mutations in the human receptors ALK1/ACVR1-1 and ACVR1/ALK2, responsible for cases of hereditary hemorrhagic telangiectasia type 2 (HHT2) and fibrodysplasia ossificans progressiva (FOP), respectively. Finally, the data presented here identify different functional requirements for the Sax receptor, support the proposal that Sax participates in a heteromeric receptor complex, and provide a mechanistic framework for future investigations into disease states that arise from defects in BMP/TGF-beta signaling.

Tellurium in organic synthesis: the enantioselective synthesis of the pheromone blend components of Mayetiola destructor, Drosophila mulleri and Contarinia pisi

The components of the pheromone blend of Mayetiola destructor, Drosophila mulleri, and Contarinia pisi were synthesized in high enantiomeric excess (99% ee) from a common enantiopure dianion prepared from an enantiopure hydroxytelluride. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The differential roles of D-Pax2 variants in regulating Drosophila eye and bristle development

The ability to appropriately interact with the environment is crucial to an organism’s survival. The establishment of functional sensory systems, such as the bristles and eyes in Drosophila, is a critical event during the development of the organism. The transcription factor D Pax2 is involved in the differentiation of the shaft and glial cells in the developing bristle (Kavaler et al., Dev, 126:2261-2272, 1999) and of the cone and primary pigment cells in the developing eye (Fu and Noll, Genes Dev, 11:389-405, 1997). How D-Pax2 contributes to distinct differentiative pathways in different cell types is not known. Recent work by Anna Czechowski and Katherine Harmon (personal communication) identified a mutation in the D-Pax2 gene that introduced a stop codon at the end of exon 9, effectively truncating the protein. This mutation affects bristle, but not eye, development. We thus suspected regions after exon 9 are required for D-Pax2 function only in the bristles and may also be associated with alternative splicing of the D Pax2 transcript. We plan to assess the role of the carboxy terminal region of the protein by establishing transgenic lines bearing rescue constructs of D-Pax2 with either the complete coding sequence or with deletions of specific exons. To date, we have generated the first rescue construct bearing the complete coding region of the gene driven by a 3 KB upstream regulatory region of D-Pax2 and are currently generating transgenic fly lines with this construct.

Estudo da variabilidade genética e ecológica de comunidades de Drosophila em regiões de Mata Atlântica de ilhas do continente de Santa Catarina

Foi realizado um estudo da dinâmica de assembléias de Drosofilídeos em oito amostras insulares e continentais de Santa Catarina através de dados coletados em várias visitas ao longo de dois anos. Dentre os resultados obtidos está a estimativa do grau de diversidade destas assembléias. Nossas coletas mostraram que a predição de qual espécie será dominante, num determinado período amostrado, é razoavelmente possível. A análise dos índices de diversidade nos indica que o Morro da Lagoa é o ponto de menor diversidade específica, seguido de Ratones Grande. Contudo, os dois pontos têm um grande número de espécies diferentes, sendo a sua diversidade baixa em função da alta dominância do subgrupo willistoni neles encontrada. Analisando o componente S (número de espécies) da diversidade, nas ilhas pontos de coleta, percebe-se que a ilha maior (Ilha de Santa Catarina) tem realmente um maior número de espécies coletadas – 46 no ponto A além de 10 espécies diferentes coletadas no ponto D (56 espécies no total) – do que as ilhas menores (42, 44, 40 e 50), o que corrobora a teoria da biogeografia de ilhas. No continente, a curva espécie/área se comportou da mesma forma que nas ilhas se considerarmos a diversidade como um todo. Realmente estes pontos foram uns dos que apresentaram maior diversidade, principalmente o ponto F, com um H’ de 2,22, que se manteve com Mata Atlântica Primária até o final do período de coletas, sendo portanto o ponto mais preservado de todos utilizados e, teoricamente, o que apresentava maior diversidade de nichos ecológicos para serem ocupados Outros Drosofilídeos como Zaprionus, Zygotricha, Gitona, Cladochaeta, Diathoneura, Micodrosophila, Leucophenga e Amiota foram coletados. Embora nosso interesse preliminar fosse apenas o gênero Drosophila, a inclusão destes outros gêneros em nosso estudo visou uma maior compreensão das possíveis associações que podem ocorrer entre eles e espécies de Drosophila. Os dois primeiros gêneros foram mais freqüentes nas nossas coletas. Zaprionus indianus foi considerada uma espécie invasora, pois surgiu com freqüências baixíssimas que aumentaram gradualmente nas coletas subsequentes, superando em freqüência as espécies nativas. Isto confirma o caráter generalista e polifágico deste tipo de espécie. Neste trabalho, é relatado o primeiro registro do Gênero Zaprionus (Diptera, Drosophilidae) para o Estado de Santa Catarina, na região litorânea central que inclui as Ilhas de Santa Catarina, Arvoredo, Ratones Grande, Ratones Pequeno e Campeche. Drosophila roerhae, D. unipunctata, D. schineri, D. bifilum, D. fuscolineata, D. meridionalis, D. neosaltans, D. bocainoides e D. platitarsus foram pela primeira vez registradas para a região Sul do Brasil, aumentando, portanto o limite meridional de suas distribuições. Como um ponto de partida para estudar o polimorfismo para inversões cromossômicas em D. neocardini, foi construído um fotomapa de referência dos cromossomos politênicos de glândulas salivares de larvas de terceiro estágio. Pelo menos 258 indivíduos (aproximadamente três núcleos por glândula) de sete diferentes localidades (Sertão do Peri, Ilha do Arvoredo, Serra do Tabuleiro, Ilha de Ratones Grande, Ilha de Ratones Pequeno, Morro da Lagoa da Conceição e Ilha do Campeche, todos no Estado de Santa Catarina) foram analisados e fotomicrografias foram obtidas, até se chegar a um consenso sobre a identidade dos elementos cromossômicos. Uma nova inversão no braço cromossômico IIIL foi registrada e denominada de IIILA. A variabilidade cromossômica encontrada nas espécies de Drosophila do grupo cardini em todas as localidades também foi pesquisada, e foi comparada visando contribuir para uma melhor compreensão da evolução destas comunidades. Analisando o polimorfismo cromossômico de D. polymorpha encontramos nove inversões diferentes pela primeira vez descritas. Uma das inversões novas foi encontrada no cromossomo X, duas outras foram encontradas para o braço IIL; quatro foram catalogadas para o braço cromossômico IIIR e duas inversões novas foram achadas no braço cromossômico IIIL. Com relação ao polimorfismo, em D. neocardini foi encontrada apenas uma nova inversão no braço IIIL e para D. cardinoides uma nova inversão no braço IIIL. O estudo discute as implicações ecológicas e evolutivas deste tipo de polimorfismo, para um maior entendimento da evolução deste grupo de espécies.

Evolução do retroelemento gypsy em espécies de Drosophila e Zaprionus indianus : uma abordagem filogenética

Resumo não disponível.

O elemento transponível hobo e suas seqüências relacionadas no genoma de Drosophila simulans

O elemento transponível hobo pode estar presente sob três formas no genoma de Drosophila simulans: como cópias autônomas completas (ou canônicas), como cópias defectivas internamente deletadas e como seqüências relacionadas a hobo (ou “relics”). Algumas evidências indicam que cópias completas e internamente deletadas são aquisições recentes desse genoma, enquanto os “relics” são componentes antigos, normalmente degenerados, defectivos e até recentemente considerados imóveis. O estudo desse tipo de seqüências pode ajudar a desvendar algumas questões sobre sua origem, dinâmica e seu papel na história evolutiva da família hobo. No presente trabalho, buscamos contribuir ao entendimento de algumas dessas questões estudando a dinâmica de uma família particular de seqüências relacionadas a hobo de D. simulans. Primeiramente, isolamos uma seqüência “relic” hobo envolvida no surgimento de uma mutação white de novo em uma linhagem hipermutável de D. simulans. Esta seqüência, denominada hobov-a, apresenta divergência típica de elemento “relic” em relação ao elemento canônico, é defectiva como outras já descritas, porém, mobilizável, pois apresentando estruturas essenciais para mobilização bem conservadas. Além disso, apresenta alta similaridade estrutural e de seqüência com um elemento “relic” de Drosophila sechellia, mas parece estar ausente do genoma de Drosophila melanogaster. A análise populacional de hobov-a revela que estes elementos são bem conservados entre diferentes populações de D. simulans. Apresentam, ainda, polimorfismo de sítios de inserção e variabilidade no número de cópias, o que nos dá fortes indícios de atividade atual ou recente desses elementos no genoma dessas populações. Pela similaridade compartilhada com elementos MITEs em muitas de suas características estruturais e funcionais, sugerimos, apontando algumas evidências, que elementos hobov-a podem ser ou uma nova família de MITEs de Drosophila ou, mais provavelmente, estariam se encaminhando para esse destino, utilizando o elemento canônico como fonte para sua mobilização.