Integrated gene mapping and synteny studies give insights into the evolution of a sex proto-chromosome in Solea senegalensis.

Abstract

La evolución de los genes relacionados con el sexo y la reproducción en los peces muestra una alta plasticidad y, hasta la fecha, el sistema de determinación del sexo sólo ha sido identificado en unas pocas especies. Solea senegalensis tiene 42 cromosomas y un sistema cromosómico XX/XY para la determinación del sexo, mientras que las especies relacionadas muestran el sistema ZZ/ZW. Se han llevado a cabo técnicas de secuenciación de próxima generación (NGS), hibridación in situ con fluorescencia multicolor (mFISH) y análisis bioinformáticos, con el objetivo de revelar nueva información sobre la determinación del sexo y la reproducción en S. senegalensis. A ese Finalmente, se analizaron varios clones de cromosomas artificiales bacterianos (BAC) que contienen genes candidatos implicados en dichos procesos (dmrt1, dmrt2, dmrt3, dmrt4, sox3, sox6, sox8, sox9, lh, cyp19a1a, amh, vasa, aqp3 y nanos3). y comparado con la misma región en otras especies relacionadas. Los estudios de Synteny demostraron que la colocalización de dmrt1-dmrt2-drmt3 en el cromosoma metacéntrico más grande de S. senegalensis coincide con la encontrada en el cromosoma Z de Cynoglossus semilaevis, lo que potencialmente lo convertiría en un protocromosoma sexual. Los estudios filogenéticos muestran la estrecha proximidad de S. senegalensis a Oryzias latipes, una especie con un sistema XX/XY y un gen maestro sexual. El mapeo comparativo proporciona evidencia de la asociación preferencial de estos genes candidatos en pares de cromosomas particulares. Utilizando las técnicas NGS y mFISH se ha podido obtener un mapa genético integrado, que muestra que 15 de 21 pares de cromosomas de S. senegalensis tienen al menos un clon BAC. Este resultado es importante para distinguir aquellos pares de cromosomas de S. senegalensis que son similares en forma y tamaño. El análisis mFISH muestra las siguientes co-localizaciones en los mismos cromosomas: dmrt1-dmrt2-dmrt3, dmrt4-sox9-thrb, aqp3-sox8, cyp19a1a-fshb, igsf9b-sox3 y lysg-sox6.

The evolution of genes related to sex and reproduction in fish shows high plasticity and, to date, the sex determination system has only been identified in a few species. Solea senegalensis has 42 chromosomes and an XX/XY chromosome system for sex determination, while related species show the ZZ/ZW system. Next-generation sequencing (NGS), multi-color fluorescence in situ hybridization (mFISH) techniques, and bioinformatics analysis have been carried out, with the objective of revealing new information about sex determination and reproduction in S. senegalensis. To that end, several bacterial artificial chromosome (BAC) clones that contain candidate genes involved in such processes (dmrt1, dmrt2, dmrt3, dmrt4, sox3, sox6, sox8, sox9, lh, cyp19a1a, amh, vasa, aqp3, and nanos3) were analyzed and compared with the same region in other related species. Synteny studies showed that the co-localization of dmrt1-dmrt2-drmt3 in the largest metacentric chromosome of S. senegalensis is coincident with that found in the Z chromosome of Cynoglossus semilaevis, which would potentially make this a sex protochromosome. Phylogenetic studies show the close proximity of S. senegalensis to Oryzias latipes, a species with an XX/XY system and a sex master gene. Comparative mapping provides evidence of the preferential association of these candidate genes in particular chromosome pairs. By using the NGS and mFISH techniques, it has been possible to obtain an integrated genetic map, which shows that 15 out of 21 chromosome pairs of S. senegalensis have at least one BAC clone. This result is important for distinguishing those chromosome pairs of S. senegalensis that are similar in shape and size. The mFISH analysis shows the following co-localizations in the same chromosomes: dmrt1-dmrt2-dmrt3, dmrt4-sox9-thrb, aqp3-sox8, cyp19a1a-fshb, igsf9b-sox3, and lysg-sox6.