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metadata.dc.type: Tese
Issue Date: 14-Mar-2019
metadata.dc.creator: MARILUZ, Bertha Ruth Zelada
metadata.dc.contributor.advisor1: SCHNEIDER, Patrícia Neiva Coelho
Title: A base molecular das adaptações visuais nos genes das opsinas de Anableps anableps e Phreatobius cisternarum através da análise de transcriptoma
Other Titles: The molecular basis of the visual adaptations in the opsin genes from Anableps anableps and Phreatobius cisternarum through transcriptome analysis
metadata.dc.description.sponsorship: CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
Citation: MARILUZ, Bertha Ruth Zelada. A base molecular das adaptações visuais nos genes das opsinas de Anableps Anableps e Phreatobius cisternarum através da análise de transcriptoma. Orientador: Patrícia Schneider. 2019. 123 f. Tese (Doutorado em Neurociências e Biologia Celular) - Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Pará, Belém, 2019. Disponível em: http://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/11242. Acesso em: .
metadata.dc.description.resumo: Embora os olhos de vertebrados compartilhem a mesma organização geral, muitas espécies desenvolveram especializações que melhoram sua percepção visual do ambiente. Essas especializações são frequentemente refletidas em uma variedade de adaptações visuais que envolvem mudanças na sensibilidade visual, que por sua vez podem ser moduladas pela variação no número de fotorreceptores, pela alteração dos pigmentos visuais ou pela combinação de ambos os mecanismos. No caso das mudanças adaptativas nos pigmentos, estes podem ocorrer devido a diferenças estruturais, no padrão de expressão e no tamanho do repertório dos genes da família das opsinas. No entanto, muito pouco se sabe sobre mudanças adaptativas em pigmentos para ambientes aquáticos com luminosidade diferente. Esta investigação tem por finalidade avaliar a base molecular das adaptações visuais nos genes das opsinas de Anableps anableps e Phreatobius cisternarum, espécies de ambientes de luminosidade diferentes, a primeira de um ambiente de superfície e a segunda de um habitat subterrâneo, através da análise de transcriptoma. Esta investigação compreende dois capítulos. O primeiro capítulo aborda o estudo da espécie Anableps anableps. Combinamos as análises de RNA-Seq e hibridização in situ do tecido do olho desta espécie para entender as adaptações visuais ao ambiente aéreo-aquático. O RNA-Seq do olho exibiu um repertório de 20 genes de opsinas não visuais, o que reflete a heterogeneidade ambiental na qual a espécie vive. Assim mesmo, as análises comparativas nas sequências codificantes da proteína das opsinas permitiram a identificação de seis opsinas apresentando os típicos motivos de aminoácidos do tipo C e nove do Grupo 4, conservadas entre si. Estudos por hibridização in situ na retina mostraram expressão assimétrica destas opsinas não visuais nos diferentes estágios, assim como durante o desenvolvimento ocular da espécie. O segundo capítulo apresenta o estudo da espécie Phreatobius cisternarum. Combinamos análises histológicas, moleculares e de RNA-Seq para entender as adaptações visuais e sensoriais ao ambiente de lençol freático de P. cisternarum. O RNA-Seq da cabeça de P. cisternarum revelou repertório de onze genes de opsinas, 3 opsinas visuais e 8 opsinas não visuais. Duas opsinas visuais, rh1e lws, apresentaram substituições de aminoácidos que potencialmente contribuíram para o deslocamento vermelho e azul, respectivamente. Nossa análise histológica mostrou a presença de retina rudimentar e a análise de RNA-Seq identificou a expressão de 38 genes de cristalino e 51 genes relacionados ao epitélio pigmentado da retina (RPE), indicando que os olhos reduzidos de P. cisternarum retiveram algumas estruturas do cristalino. A expressão extraretiniana de opn4m3 está possivelmente associada à regulação do relógio periférico. Além disso, a presença de potenciais pseudogenes de opsinas seria regulada por uma pequena retina exposta a um ambiente de baixa luminosidade. Os capítulos introduzem e fornecem uma visão geral da investigação de substituições de aminoácidos de opsinas, alterações nos padrões de expressão e no tamanho do repertório de opsinas (duplicação e pseudogeneização), e como eles poderiam contribuir na mudança da sensibilidade espectral e finalmente na adaptação visual das espécies A. anableps e P. cisternarum a seu ambiente peculiar. O presente estudo fornece a primeira evidência para o entendimento da base molecular adaptativa nos genes das opsinas a ambientes subterrâneos e aéreo-aquático, nas espécies P. cisternarum e A. anableps.
Abstract: Although vertebrate eyes share the same general organization, many species have developed specializations that improve their visual perception of the environment. These specializations are often reflected in a variety of visual adaptations that involve changes in visual sensitivity, which in turn can be modulated by the variation on the photoreceptors number, by altering the visual pigments or by combining both mechanisms. In the case of adaptive changes in the pigments, these may occur due to structural differences in the pattern of expression and the repertoire amount of the opsin genes family. However, there is no much information regarding adaptive changes on visual pigments over different luminosity on aquatic environments. This research aims to evaluate the molecular basis of the visual adaptations in the opsin genes from Anableps anableps and Phreatobius cisternarum, species present in environments with different light conditions, the first one from a surface environment and the second one from an underground habitat, through transcriptome analysis. This investigation comprises two chapters. The first chapter comprises the studies of the Anableps anableps specie. We combined the analysis of RNA-Seq and in situ hybridization of the eye tissue of this specie aiming to understand them visual adaptations to the aerial-aquatic environment. RNA-Seq data from the eye exhibited a repertoire of 20 non-visual opsin genes, which reflects the environmental heterogeneity these species lives. Likewise, comparative analyzes in protein coding sequences of the opsins allowed the identification of six opsins presenting the typical amino acid motifs of C-type and nine of Group 4, conserved among themselves. In situ hybridization studies on the retina showed asymmetric expression of these non-visual opsins at different stages, as well as during the ocular development. The second chapter presents the studies of the Phreatobius cisternarum specie. We combine histological, molecular and RNA-Seq analyzes to understand the visual and sensorial adaptations of P. cisternarum to the phreatic environment. RNA-Seq data from P. cisternarum head revealed a repertoire of eleven opsin genes, three visual opsins and eight non-visual opsins. Two visual opsins, rh1 and lws, presented amino acid substitutions that potentially contributed to the red and blue shift, respectively. Our histological analysis showed the presence of a rudimentary retina, while the RNA-Seq analysis identified the expression of 38 genes related to the lens fiber cells and 51 genes related to the retinal pigmented epithelium (RPE), indicating that the reduced eyes of P. cisternarum retained some lens structures. The extra-retinal expression of opn4m3 is possibly associated with the peripheral clock regulation. Furthermore, the presence of potential opsin pseudogenes would be regulated by a small retina exposed to a low-light environment. The chapters introduce and provide an overview of the investigation on opsins amino acid substitutions, changes on expression patterns and opsin repertoire size (duplication and pseudogenization), and how these could contribute to the shift in spectral sensitivity and finally visual adaptation of A. anableps and P. cisternarum to their peculiar environment. The present study provides fundamental evidence for the understanding of the adaptive molecular basis in the opsin genes to subterranean and aerial-aquatic environments, in the species P. cisternarum and A. anableps.
Keywords: Opsinas
Células fotorreceptoras
Pigmentos da retina
Transcriptomas
Cyprinodontiformes
Peixes hipógeos
Expressão gênica
metadata.dc.subject.areadeconcentracao: BIOLOGIA CELULAR
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal do Pará
metadata.dc.publisher.initials: UFPA
metadata.dc.publisher.department: Instituto de Ciências Biológicas
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Neurociências e Biologia Celular
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
metadata.dc.source: 1 CD-ROM
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