Polymerase chain reaction amplification of
the Bag320 satellite family reveals the
ancestral library and past gene conversion
events in Bacillus rossius (Insecta
Phasmatodea)
M. Cesari, A. Lucchetti, M. Passamonti, V. Scali, B. Mantovani; 2003
Carla Busatto
INTRODUZIONE
Il DNA satellite è formato da sequenze simili ma non
uguali ripetute in tandem (una dopo l’altra),
principalmente collocato nei centromeri e nei telomeri
dei cromosomi.
Attualmente si pensa che queste sequenze siano
coinvolte in molti processi e/o funzioni (struttura dei
centromeri e dinamica, evoluzione dei cariotipi,
trascrizioni tessuto-specifiche e sesso-specifiche).
Il DNA satellite tende ad essere più omogeneo
all’interno di un’unità evolutiva (cromosoma,
popolazione, sottospecie, specie…) che non tra unità
evolutive diverse.
Il DNA satellite è un esempio di evoluzione concertata ed è
archiviato nell’unità evolutiva tramite la trasmissione
molecolare che coinvolge:
 L’omogenizzazione di nuove varianti in tutta la famiglia
ripetuta per mezzo di meccanismi di turnover genomici,
 La loro fissazione nella popolazione come conseguenza
della riproduzione sessuale.
Le famiglie di DNA satellite, nelle specie di Insetti
presentano una variabilità tra monomeri che va dall’1
al 15%.
Molte famiglie possono essere specie-specifiche
qualitativamente o avere un numero di copie speciespecifico.
IPOTESI LIBRARY:
I taxa affini vanno a formare una library contenente
varianti di sequenze monomeriche satellite che
possono essere diversamente amplificate come
numero di copie.
Questa non predice i meccanismi e non può valutare
se c’è una pressione selettiva che favorisce un tipo di
variante monomerica sulle altre.
Bacillus rossius
Il genere Bacillus comprende:
 B. rossius
 B. grandii
bisessuali
 B. atticus
unisessuale
 B. rossius-grandii
Ibridi diploidi
e triploidi non
mendeliani
 B. whitei
 B. lynceorum
B.rossius può
presentare
partenogenia
Areali di distribuzione del genere Bacillus:
Sulla base di allozimi, DNA satellite e dati mitocondriali
B.rossius e B.grandii sono altamente differenziati.
B.grandii grandii mostra una alta affinità con le
femmine automittiche partenogenetiche di B.atticus.
I taxa del genere Bacillus condividono la stessa
famiglia satellite centromerica Bag320.
MATERIALI E METODI
I campioni raccolti in campo sono stati fatti crescere in
laboratorio in gabbie aerate con cibo vegetale fresco.
I corpi sono stati congelati e conservati a -80°C.
I monomeri Bag320 sono stati amplificati tramite PCR,
con primers interni specifici progettati su una
sequenza consenso derivata dal Bag320 di B.atticus e
B.grandii analizzata in un precedente lavoro.
Le sequenze sono state allineate e dopo aver
osservato i livelli di variabilità e i trends sugli interi
monomeri sono state ridotte alla lunghezza degli
amplificati di B.rossius.
Su di esse sono stati creati dendrogrammi di
Neighbour Joining e cladogrammi di parsimonia.
RISULTATI
I prodotti della PCR sono tutti monomeri di circa 250
bp più una seconda banda di circa 500 bp.
Le analisi di sequenziamento sono state fatte sulla
prima banda per 124 monomeri clonati con lunghezza
media di 238 bp.
Il confronto con sequenze satellite di altri taxa di
Bacillus ha rivelato che le sequenze di Bag320 sono
state amplificate tramite PCR.
I monomeri Bag320 sono presenti in B.rossius ma in
un numero molto basso di copie che le procedure
standard di PCR possono non scoprire.
Cladogramma di
massima parsimonia
costruito sui 124
monomeri
B.rossius forma un cluster con
B.atticus e B.grandii grandii
B.rossius forma un cluster con
B.grandii benazzii e B.grandii
maretimi
Cladogramma di
massima parsimonia
costruito su un
sottogruppo di
monomeri presi a caso
Le sequenze di B.rossius
mostrano differenze
significative ma comunque uno
specifico grado di affinità con
le altre sequenze Bag320.
Sono presenti monomeri
clonati dallo stesso individuo di
B.rossius in ognuno dei rami
dell’albero, questo porta a
ipotizzare un antenato che
contenga tutte le diverse
sequenze Bag320.
Ipotesi Library
B.rossius accoglie ancora molta o tutta la variabilità
della famiglia satellite Bag320 contenendo monomeri
di ciascun taxon derivato e anche sequenze private
mancanti negli altri taxa.
Sembra che le sequenze Bag320 non siano state
salvate come una componente maggiore del satellite
ma semplicemente rappresentano il rimanente di una
famiglia satellite ancestrale presente nell’antenato
B.rossius.
Ancestral gene conversion events
Nel cluster A1 sono presenti sequenze identiche in animali
geograficamente distanti, tramite la gene conversion
analysis sono stati trovati 2 putative converted tracts (PCT)
che appartengono a sequenze di origine di B.atticus; lo
stesso è accaduto per B.grandii grandii nel cluster A3.
Il ritrovamento di sequenze uguali con uguali PCT in aree
diverse suggerisce che gli eventi di gene conversion, che
hanno prodotto il PCT (Cluster A1), sono capitati in un
antenato B.rossius prima di 5.30-1.06 Mya.
Nel cluster A3 invece si può supporre che l’evento di gene
conversion sia accaduto, prima dell’antenato di B.grandii
grandii, 15.37-2.65 Mya.
Variability trends and levels in
B.rossius
I campioni bisessuati delle tre
sottospecie analizzate
mostrano una variabilità
significativa in tutti i livelli .
Lo stesso accade nei campioni
partenogenetici.
La variabilità all’interno delle
sottospecie invece non è
significativa.
In generale il valore di pdistance medio di
B.rossius è più alta che in
B.atticus e B.grandii.
Dai dati di variabilità appare chiaramente che il set di
sequenze diverse ancora accolte nel genoma di B.rossius
non è omogenizzato, neppure 16 Mya, probabilmente a
causa del loro basso numero di copie.
Il pattern della sequenza Bag320 odierna suggerisce che la
riproduzione bisessuale attua la regola di fissazione solo per
famiglie ben rappresentate nel genoma di un organismo.
I livelli e i trends di variabilità delle sequenze Bag320 di
B.rossius appaiono essere legati solo alla specifica storia di
questa famiglia satellite nel taxon analizzato.
FINE