Análisis genómico de la arquitectura genética del comportamiento olfativo en poblaciones naturales de Drosophila melanogaster

• Autores: Satorre, Ignacio Guido
• Año de publicación: 2024
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Fanara, Juan José; Lavagnino, Nicolás José
• Materia: DROSOPHILA MELANOGASTER; COMPORTAMIENTO OLFATIVO; PLASTICIDAD FENOTIPICA; VARIACION NATURAL; VARIACION GENETICA; VARIACION FENOTIPICA; GENOMICA; ANALISIS DE ASOCIACION GENOTIPO - FENOTIPO; REDES GENICAS; DROSOPHILA MELANOGASTER; OLFACTORY BEHAVIOR; PHENOTYPIC PLASTICITY; NATURAL VARIATION; GENETIC VARIATION; PHENOTYPIC VARIATION; GENOMICS; GENOTYPE-PHENOTYPE ASSOCIATION ANALYSIS; GENE NETWORKS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

El olfato es un componente de suma importancia para la supervivencia y reproducción en la mayoría de los seres vivos. Ha sido intensamente estudiado en D. melanogaster a nivel molecular y fisiológico. También, la mayoría de los estudios sobre las bases genéticas del Comportamiento olfativo (CO) en D. melanogaster han examinado mutaciones en líneas de laboratorio (Anholt, et al., 1996; 2001; 2003) y utilizando estímulos químicos puros (Arya, et al., 2015; Swarup, et al., 2013) . No obstante, existen ciertos aspectos, como por ejemplo, la variabilidad natural y las fuerzas evolutivas que actúan sobre la misma que han sido poco abordados, así como la comparación de esta variabilidad natural entre diferentes poblaciones y entre estadios del desarrollo. En esta tesis se evaluarán los efectos de estímulos naturales (frutos) presentes en diferentes poblaciones dentro de un marco genómico-poblacional, evolutivo y ecológico para diferentes caracteres del CO: i) la aceptación olfativa y ii) la elección olfativa. De esta forma, se estaría investigando uno de los aspectos determinantes de la arquitectura genética (Hansen, 2006): las propiedades variacionales. Para cumplir con los objetivos, se cuantificó la CO de aceptación y elección en dos poblaciones diferentes de D. melanogaster , utilizando recursos que las moscas explotan naturalmente en su hábitat natural: uva, manzana, tanto en larvas como en adultos y teniendo en cuenta el sexo como fuente de variación del CO. Los resultados mostraron amplia variación fenotípica tanto en la aceptación como en la elección olfativa en todos los recursos y estado ontogénico y sexo. Para ambos caracteres, encontramos que la variación tiene una base genética y que su expresión depende del recurso ofrecido. En otras palabras se trata de caracteres cuya expresión depende del ambiente (plasticidad fenotípica). Además existe variación genética dependiente del ambiente como también dependiente del sexo y estado ontogénico (interacción genótipo x ambiente y genotipo x estado/sexo). Utilizando 40 líneas del panel de referencia genética (DRGP, por sus siglas en inglés) , proveniente de una de las poblaciones naturales de estudio, se analizaron los datos genómicos correspondientes a estas líneas con el objetivo de establecer la arquitectura genética del CO de aceptación y elección. Se obtuvieron 895 SNPs para la aceptación olfativa y 47 SNPs para la elección olfativa, de los cuales se encontraron asociados a 384 y 41 genes candidatos para la aceptación y elección olfativa, respectivamente, que orquestarían la expresión de estos distintos caracteres. Algunos de estos SNPs o genes fueron pleiotrópicos. Los genes candidatos estarían principalmente implicados en morfogénesis de distintas estructuras anatómicas, desarrollo del sistema nervioso, comportamientos de locomoción, entre otras funciones biológicas. Mediante el uso de líneas mutagenizadas, algunos de los genes candidatos más significativos para los distintos caracteres fueron validados. En conjunto, nuestros resultados resaltan el papel de importantes procesos del desarrollo conectados e interdependientes subyaciendo a los caracteres medidos, demuestran la existencia de variabilidad genética afectando estos procesos y por lo tanto la expresión de los caracteres y su robustez tanto a nivel macro como a nivel microambiental).
Olfaction is a component of utmost importance for survival and reproduction in most living beings. It has been intensively studied in D. melanogaster at the molecular and physiological levels. Also, most studies on the genetic basis of Olfactory Behavior (OC) in D. melanogaster have examined mutations in laboratory lines (Anholt, et al., 1996; 2001; 2003) and using pure chemical stimuli (Arya, et al., 2015; Swarup, et al., 2013) . However, there are certain aspects, e.g., natural variability and the evolutionary forces acting on it that have been little addressed, as well as the comparison of this natural variability between different populations and between developmental stages. In this thesis, the effects of natural stimuli (fruits) present in different populations will be evaluated within a genomic-population, evolutionary and ecological framework for different OC traits: i) olfactory acceptance and ii) olfactory choice. In this way, we would be investigating one of the determining aspects of genetic architecture (Hansen, 2006): variational properties. To meet the objectives, the CO of acceptance and choice was quantified in two different populations of D. melanogaster, using resources that flies exploit naturally in their natural habitat: grapes and apples, both in larvae and adults, and taking into account sex as a source of CO variation. The results showed wide phenotypic variation in both acceptance and olfactory choice across resources and ontogenetic stage and sex. For both traits, we found that the variation has a genetic basis and that its expression depends on the resource offered. In other words, these are traits whose expression depends on the environment (phenotypic plasticity). In addition, there is genetic variation dependent on the environment as well as dependent on sex and ontogenetic state (genotype x environment and genotype x state/sex interaction). Using 40 lines of the reference gene panel (DRGP) from one of the natural study populations, the genomic data corresponding to these lines were analyzed in order to establish the genetic architecture of the CO of acceptance and choice. 895 SNPs for olfactory acceptance and 47 SNPs for olfactory choice were obtained, of which 384 and 41 candidate genes for olfactory acceptance and choice, respectively, were found to be associated to orchestrate the expression of these different traits. Some of these SNPs or genes were pleiotropic. The candidate genes would be mainly involved in morphogenesis of different anatomical structures, development of the nervous system, locomotion behaviors, among other biological functions. Using mutagenized lines, some of the most significant candidate genes for the different traits were validated. Taken together, our results highlight the role of important connected and interdependent developmental processes underlying the measured traits, demonstrate the existence of genetic variability affecting these processes and thus trait expression and robustness (at the macro and microenvironmental level).
Fil: Satorre, Ignacio Guido. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.