peixes da família Erythrinidae
Cioffi MB, Sánchez A, Marchal JA, Kosyakova N, Liehr T, Trifonov V, Bertollo LAC
BMC Evolutionary Biology 11: 186 (2011)
Resumo
Erythrinidae é uma família de peixes caracterizada por apresentar uma grande variação com 1
relação aos números diplóides e sistemas de determinação sexual entre as espécies, 2
incluindo dois sistemas sexuais múltiplos X1X2Y presentes em Hoplias malabaricus e
3
Erythrinus erythrinus. A princípio, a ocorrência de um mesmo tipo de sistema de
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cromossomos sexuais em espécies de uma mesma família sugere que esses cromossomos 5
poderiam estar correlacionados, apresentando uma mesma origem ancestral a partir de 6
cromossomos XY homomórficos ou em um estágio inicial de diferenciação. Para identificar 7
a origem e a evolução dos cromossomos sexuais X1X2Y de H. malabaricus e E. erythrinus
8
realizamos experimentos de hibridizações recíprocas, utilizando duas sondas cromossomo- 9
específicas originadas da microdissecção dos cromossomos sexuais X1 e Y de H.
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malabaricus e E. erythrinus, respectivamente. Os resultados obtidos forneceram
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informações elucidativas sobre a origem desse sistema de cromossomos sexuais, indicando 12
uma evolução independente nessas duas espécies de Erythrinidae. Ao que tudo indica 13
diferentes autossomos foram primeiramente convertidos em um par sexual XY pouco 14
diferenciado em cada espécie, seguindo-se rearranjos cromossômicos adicionais que 15
diferenciaram o sistema X1X2Y atualmente presente em H. malabaricus e E. erythrinus.
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Assim sendo, foram obtidas novas informações sobre a origem e evolução dos cromossomos 17
sexuais entre os Erythrinidae, aumentando o nosso conhecimento sobre a evolução dos 18
cromossomos sexuais entre os peixes e entre os vertebrados como um todo. 19
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130 Introdução
1
A hibridização fluorescente in situ (FISH) utilizando sondas específicas para o 2
cromossomo como um todo (wcp) é uma ferramenta citogenética importante no estudo da 3
origem e evolução dos cromossomos sexuais em diversos organismos (Shibata et al. 1999; 4
Phillips et al. 2001; Marchal et al. 2004; Rens et al. 2007; Diniz et al. 2008; Henning et al. 5
2008; Swier et al. 2009; Acosta et al. 2011). A diversidade de mecanismos de determinação 6
sexual, bem como a ausência de cromossomos sexuais heteromórficos em muitas espécies de 7
peixes, faz desse grupo um modelo útil para o estudo da evolução dos cromossomos sexuais 8
nos vertebrados (Almeida-Toledo & Foresti, 2001; Cioffi et al. 2011a). No entanto, estudos 9
envolvendo pintura cromossômica em peixes são ainda raros, devido principalmente à 10
dificuldade de obtenção das sondas necessárias. Os poucos estudos disponíveis estão focados 11
na evolução cariotípica geral (Ráb et al. 2008; Nagamachi et al., 2010) ou dos cromossomos 12
sexuais (Reed et al. 1995; Phillips et al. 2001; Phillips et al. 2007; Diniz et al. 2008; Henning et 13
al. 2008; Wang et al. 2009). Os dados disponíveis até o momento sugerem que uma variedade 14
de mecanismos de determinação do sexo e de cromossomos sexuais podem ter evoluído de 15
forma independente quando se comparam diferentes espécies de peixes. 16
Erythrinidae é uma família de peixes neotropicais que se caracteriza por apresentar 17
espécies com uma grande variedade de formas cromossômicas, bem como uma gama de 18
cromossomos sexuais distintos. O peixe Erythrinus erythrinus (EER) apresenta diversificação 19
cariotípica entre diferentes populações, com quatro cariomorfos até então já identificados (A a 20
D) (Bertollo et al. 2004). O cariomorfo A apresenta 2n = 54 cromossomos e a ausência de 21
cromossomos sexuais de heteromórficos. Os cariomorfos B, C e D, por sua vez, compartilham 22
um sistema de cromossomos sexuais X1X1X2X2/X1X2Y, mas diferem em relação ao número
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diplóide e a morfologia cromossômica. O cariomorfo D apresenta 2n = 52 cromossomos nas 1
fêmeas e 2n = 51 nos machos e dados previamente obtidos sugerem que este cariomorfo seja 2
derivado de um cariomorfo como o do tipo A (Cioffi et al. 2011b). Embora exista diferença no 3
número diplóide entre os cariomorfos A e D, bem como um sistema sexual X1X1X2X2/X1X2Y
4
diferenciado apenas no cariomorfo D, eles compartilham uma estrutura cariotípica geral 5
relativamente similar, caracterizada pela presença de vários cromossomos acrocêntricos e 6
alguns poucos cromossomos de dois braços. Além disso, o mapeamento de distintas classes de 7
DNAs repetitivos (DNAr 5S, Cot-1 DNA, Rex3 e repetições teloméricas) na região 8
centromérica do cromossomo Y indica que uma fusão cêntrica entre os par acrocêntricos 9
número 5 e 12, presentes no cariomorfo A, levou à formação desse cromossomo Y, assim como 10
a origem dos cromossomos X1 e X2 ímpares no cariótipo dos machos do cariomorfo D (Cioffi
11
et al. 2011b). 12
Da mesma forma, o peixe Hoplias malabaricus (HMA) também demonstra uma 13
significante diversidade cariotípica, com diferenças populacionais bem definidas quanto ao 14
número diplóide, morfologia cromossômica e sistemas de cromossomos sexuais. Atualmente, 15
sete cariomorfos facilmente distinguíveis (A-G) já foram identificados (Bertollo et al. 2000). 16
Três sistemas bem diferenciados de cromossomo sexuais ocorrem neste grupo, ou seja, XX/XY 17
no cariomorfo B, X1X1X2X2/X1X2Y no cariomorfo D e XX/XY1Y2 no cariomorfo G, além de
18
um sistema XX/XY presente em um estágio inicial de diferenciação no cariomorfo C (Bertollo 19
et al. 2000; Cioffi & Bertollo, 2010). O cariomorfo D apresenta 2n = 40 cromossomos nas 20
fêmeas e 2n = 39 cromossomos nos machos. O mapeamento cromossômico de DNAs 21
repetitivos sugere que o cariomorfo D teria se derivado de um cariomorfo similar ao C, o qual é 22
caracterizado por 2n = 40 cromossomos em ambos os sexos (Bertollo et al. 1997; Cioffi & 23
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Bertollo, 2010). Um conspícuo sítio heterocromático proximal de DNAr 18S/GC-rico, presente 1
nos braços longos dos cromossomos X e Y do cariomorfo C, também se encontra localizado na 2
mesma região do cromossomo X1 e no braço curto do cromossomo Y do cariomorfo D,
3
sugerindo que esses cromossomos sejam derivados dos cromossomos XY do cariomorfo C. 4
Além disso, o cromossomo Y do cariomorfo D compartilha seqüências de DNAs repetitivos 5
com os cromossomos Y e 20 do cariomorfo C. O par cromossômico número 20 do cariomorfo 6
C e seu homólogo no cariomorfo D (X2) apresentam um sítio centromérico do DNA satélite 5S
7
HindIII. Adicionalmente, um sítio intersticial deste DNA satélite está presente no braço longo
8
do cromossomo Y do cariomorfo D, representando o único sítio não-centromérico dessa 9
seqüência de DNA no cariótipo. Estes dados indicam que este sítio intersticial corresponde ao 10
centrômero do cromossomo 20, fusionado em tandem com o cromossomo Y ancestral do 11
cariomorfo C, resultando no cromossomo Y dicêntrico atualmente presente no cariomorfo D 12
(Cioffi & Bertollo, 2010). Além disso, estudos adicionais têm mostrado que este cromossomo 13
Y dicêntrico se comporta como um componente estável do cariótipo e tem uma segregação 14
correta durante a meiose (Bertollo et al. 1997). 15
No presente estudo, nós analisamos a origem dos cromossomos sexuais X1X2Y de EER e
16
de HMA, empregando experimentos de pintura cromossômica com sondas totais específicas de 17
cromossomos sexuais, obtidas a partir de microdissecção cromossômica. O cromossomo X1 de
18
HMA (cariomorfo D) e o cromossomo Y de EER (cariomorfo D) foram microdissectados e a 19
hibridização fluorescente in situ foi realizada nos cromossomos de EER (cariomorfos A e D) e 20
de HMA (cariomorfos C e D). Os resultados caracterizaram os cromossomos que deram origem 21
aos sistemas sexuais múltiplos dessas duas espécies, evidenciando que ambos os sistemas se 22
originaram a partir de diferentes pares autossômicos. Nossos dados fornecem novas pistas 23
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sobre a origem e evolução dos cromossomos sexuais em peixes, o que aumenta nossa 1
compreensão sobre a evolução dos cromossomos sexuais nos vertebrados. 2
Resultados 3
Sonda Hm-X1 hibridizada nos cromossomos de HMA
4
No cariomorfo C, a sonda específica do cromossomo X1 (Hm-X1) pintou ambos os
5
cromossomos X nas fêmeas e os cromossomos X e Y nos machos (Figura 1). Quando a sonda