Identificación y caracterización de genes con variación natural para el tiempo de desarrollo a partir de mutantes heterocrónicos de Drosophila

• Autores: Mensch, Julián
• Año de publicación: 2009
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Fanara, Juan José
• Materia: TIEMPO DE DESARROLLO; MUTANTES HETEROCRONICOS; CLINA; GENES DE CARACTERES CUANTITATIVOS; DROSOPHILA MELANOGASTER; DEVELOPMENTAL TIME; HETEROCHRONIC MUTANTS; CLINE; QUANTITATIVE TRAIT GENES; DROSOPHILA MELANOGASTER
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Comprender la arquitectura genética de caracteres ecológicamente relevantes requiere la contribución tanto de la biología evolutiva como de la biología del desarrollo. El tiempo requerido para alcanzar la edad reproductiva es un carácter adaptativo conocido como tiempo de desarrollo. El impacto del tiempo de desarrollo sobre el fitness particularmente en los insectos holometábolos que explotan habitats efímeros, como las moscas de la fruta, es aún más drástico. El presente trabajo es uno de los primeros estudios sistemáticos sobre la arquitectura genética del tiempo de desarrollo, en el cual además evaluamos el impacto de la variación ambiental en la expresión de este carácter. Analizamos 179 líneas mutantes artificiales generados por inserciones de elementos móviles P[GT1] en Drosophila melanogaster, con el objetivo de identificar genes candidatos que afecten el tiempo de desarrollo en moscas criadas a 25ªC. El sesenta por ciento de las líneas mostró un fenotipo heterocrónico, lo que sugiere que una gran cantidad de genes afectan al carácter. Los mutantes Merlin y Karl mostraron los fenotipos más extremos del estudio, exhibiendo una reducción y un aumento de 2 y 4 días en relación al control, respectivamente. Además, a partir de una submuestra de 42 líneas seleccionadas al azar de las 179 iniciales, se cuantificó el tiempo de desarrollo a 17ºC. Interesantemente, la interacción gen-ambiente contribuyó con el 52% de la varianza fenotípica total. De esta manera, se encontraron un gran número de genes candidatos con normas de reacción plásticas. En la siguiente etapa del proyecto encontramos gran variación genética natural para el tiempo de desarrollo asociada al cromosoma II en respuesta a gradientes altitudinales. A partir de estos resultados realizamos ensayos de complementación genética para varios mutantes heterocrónicos plásticos para la temperatura, con el objetivo final de identificar genes con variación natural para el carácter. De esta manera, pudimos determinar que una importante fracción de la variación natural está asociada a la variación a nivel de las secuencias de invected, mastermind, criclket y CG14591. En conclusión, nuestros resultados enfatizan la necesidad de tomar en cuenta el efecto que las vías de señalización metabólicas ejercen sobre la arquitectura genética de este complejo carácter de historia de vida.
Understanding the genetic architecture of ecologically relevant adaptive traits requires the contribution of developmental and evolutionary biology. The time to reach the age of reproduction is a complex life history trait commonly known as developmental time. In particular, in holometabolous insects that occupy ephemeral habitats, like fruit flies, the impact of developmental time on fitness is further exaggerated. The present work is one of the first systematic studies of the genetic architecture of developmental time, in which we also evaluate the impact of environmental variation on the expression of the trait. We analyzed 179 co-isogenic single P[GT1]-element insertion lines of Drosophila melanogaster to identify novel genes affecting developmental time in flies reared at 25ºC. Sixty percent of the lines showed a heterochronic phenotype, suggesting that a large number of genes affect this trait. Mutant lines for the genes Merlin and Karl showed the most extremes phenotypes exhibiting a developmental time reduction and increase, respectively, of over 2 days and 4 days relative to the control. In addition, a subset of 42 lines selected at random from the initial set of 179 lines was screened at 17ºC. Interestingly, the gene-byenvironment interaction accounted for 52% of total phenotypic variance. Plastic reaction norms were found for a large number of developmental time candidate genes. In the next part of the project we found an altitudinal clinal variation for second chromosome natural substitution lines. As a consequence, we performed genetic complementation tests for a number of heterochronic temperatureplastic mutants to identify genes with natural variation. We were able to establish that an important fraction of the genetic natural variation is attributed to invected, mastermind, criclket and CG14591. Taken together, our results stress the need to take into account the effect of metabolic signaling pathways on the genetic architecture of this complex life-history trait.
Fil: Mensch, Julián. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.