Investigação exploratória dos fatores genéticos associados ao sistema de determinação sexual em Arapaima gigas (Pirarucu)

The Pirarucu, (Arapaima gigas) is one of the largest freshwater bony fish in the world, with adults that can weigh 200 kilograms and measure 3 meters in length. It belongs to the Arapaimidae family, of the Osteoglossiformes order and has the Amazon Basin as its natural habitat. Due to its large s...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Cavalcante, Renata Lilian Dantas
Outros Autores: Sakamoto, Tetsu
Formato: Dissertação
Idioma:pt_BR
Publicado em: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Assuntos:
Osteoglossiformes
Arapaima gigas
Polimorfismos
Diferenciação Sexual
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/30356
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Cavalcante, Renata Lilian Dantas
Investigação exploratória dos fatores genéticos associados ao sistema de determinação sexual em Arapaima gigas (Pirarucu)
description The Pirarucu, (Arapaima gigas) is one of the largest freshwater bony fish in the world, with adults that can weigh 200 kilograms and measure 3 meters in length. It belongs to the Arapaimidae family, of the Osteoglossiformes order and has the Amazon Basin as its natural habitat. Due to its large size and its low fat containing and low fishbone, Arapaima gigas has quickly become a species of special interest in fish-farming. A problem related to its fishery exploitation is that the genetic mechanisms that control the sexual differentiation in Arapaima gigas are not known. The sexual maturation in Arapaima gigas occurs belatedly, around the third to fifth year of life, and sexual dimorphism is not a strong characteristic of the species. For more sustainable management, it is of paramount importance to seek an effective and non-invasive method to sexually differentiate juvenile individuals of Arapaima gigas. For this, the establishment of a molecular genetic marker related to sexual differentiation would be an advantageous tool. Previous analyses of the Arapaima gigas genome could not find statistically significant determining large genomic regions that are associated with the sex-determination system of these individuals. In this study, we proposed to make uncommon Bioinformatic approaches, that is not so usual, for the identification of genomic differences between individuals of the opposite sex, with the intention of identifying repetitive regions in excess or scarcity in one sex. For this purpose, we used genomic data from six adult representatives of Arapaima gigas, three males and three females, in addition to the reference genome of Pirarucu ID: 12404 deposited in NCBI. After these exploratory studies in the genome, we noticed the existence of k-mers that are represented differently among individuals of the opposite sex. We also identified 22 scaffolds containing haploidy in one sex and with the antagonistic scenario (absence of haploidy) in the other one. Additionally, we performed the identification of the microsatellite panel in Arapaima gigas was performed, where 95.485 microsatellites were found. The knowledge of these microsatellite regions is very important for the continuation of this work, as it enables their use as molecular markers of genomic regions, which would facilitate experimental techniques of isolation of sequences of interest, especially when associated with the portions of haploidy existing in only one of the sexes of Arapaima gigas would facilitate experimental techniques of isolation of sequences of interest. The different proportions in the count of k-mers and heterozygous sites (haploidy) can indicate the existence of genetic factors, which if proven through experiments on the bench, can aid in the sexing of Arapaima gigas individuals.
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A problem related to its fishery exploitation is that the genetic mechanisms that control the sexual differentiation in Arapaima gigas are not known. The sexual maturation in Arapaima gigas occurs belatedly, around the third to fifth year of life, and sexual dimorphism is not a strong characteristic of the species. For more sustainable management, it is of paramount importance to seek an effective and non-invasive method to sexually differentiate juvenile individuals of Arapaima gigas. For this, the establishment of a molecular genetic marker related to sexual differentiation would be an advantageous tool. Previous analyses of the Arapaima gigas genome could not find statistically significant determining large genomic regions that are associated with the sex-determination system of these individuals. In this study, we proposed to make uncommon Bioinformatic approaches, that is not so usual, for the identification of genomic differences between individuals of the opposite sex, with the intention of identifying repetitive regions in excess or scarcity in one sex. For this purpose, we used genomic data from six adult representatives of Arapaima gigas, three males and three females, in addition to the reference genome of Pirarucu ID: 12404 deposited in NCBI. After these exploratory studies in the genome, we noticed the existence of k-mers that are represented differently among individuals of the opposite sex. We also identified 22 scaffolds containing haploidy in one sex and with the antagonistic scenario (absence of haploidy) in the other one. Additionally, we performed the identification of the microsatellite panel in Arapaima gigas was performed, where 95.485 microsatellites were found. The knowledge of these microsatellite regions is very important for the continuation of this work, as it enables their use as molecular markers of genomic regions, which would facilitate experimental techniques of isolation of sequences of interest, especially when associated with the portions of haploidy existing in only one of the sexes of Arapaima gigas would facilitate experimental techniques of isolation of sequences of interest. The different proportions in the count of k-mers and heterozygous sites (haploidy) can indicate the existence of genetic factors, which if proven through experiments on the bench, can aid in the sexing of Arapaima gigas individuals. O Pirarucu, (Arapaima gigas) é o maior peixe ósseo de água doce do mundo, podendo pesar por volta de 200 quilogramas e medir cerca de 3 metros de comprimento quando adulto. Pertence à família Arapaimidae, ordem dos Osteoglossiformes e tem como habitat natural a Bacia amazônica. Devido ao seu grande porte, à sua carne conter baixo conteúdo de gordura e pequeno número de espinhas, Arapaima gigas tornou-se uma espécie de especial interesse na pesca. Um dos problemas relacionados à sua exploração pesqueira, principalmente relacionado ao cultivo em cativeiro, é que não se conhecem ao certo os mecanismos genéticos ligados a sua diferenciação sexual. A maturação sexual em Arapaima gigas ocorre tardiamente, por volta do terceiro ao quinto ano de vida, e o dimorfismo sexual não é uma característica presente nesta espécie. Para um manejo mais sustentável, é de suma importância buscar um método eficaz e pouco invasivo para diferenciar sexualmente os indivíduos juvenis de Arapaima gigas. Para isso, o estabelecimento de um marcador genético molecular relacionado com a diferenciação sexual seria uma vantajosa ferramenta. Análises anteriores do genoma de Arapaima gigas não obtiveram resultados significativos em determinar genes ou grandes regiões genômicas associadas ao sistema de determinação sexual destes indivíduos. Neste estudo, propusemos realizar diferentes abordagens em Bioinformática, que não são tão usuais para a identificação de diferenças genômicas entre indivíduos de sexo oposto, com o intuito de identificar regiões repetitivas em excesso ou em falta em um dos sexos ou pequenas regiões presentes em apenas um sexo. Para isso, utilizamos dados genômicos de seis representantes adultos de Arapaima gigas, sendo três machos e três fêmeas, além do genoma referência de Pirarucu ID: 12404 depositado no NCBI. Após realizados esses estudos exploratórios no genoma de Arapaima gigas, notou-se a existência de k-mers que estão representados de maneira distinta entre os indivíduos de sexo oposto. E não só a existência desses k-mers como também a identificação de 22 scaffold’s onde ocorrem existência de haploidias, que se fazem presentes em um sexo e com cenário antagônico no outro. Ademais, foi realizada a identificação do painel de microssatélites em Arapaima gigas, onde foi computado a existência de 95.485 microssatélites. O conhecimento dessas regiões de microssatélites é de suma importância para a continuação deste trabalho pois viabiliza sua utilização como marcadores moleculares de regiões genômicas, que aliado principalmente as porções de haploidia existentes em apenas um dos sexos de Arapaima gigas facilitaria técnicas experimentais de isolamento de sequências de interesse. As diferentes proporções na contagem de k-mers e sítios de heterozigose (haploidia) podem indicar a existência de fatores genéticos, que se comprovados através de experimentos na bancada, podem auxiliar na sexagem dos indivíduos de Arapaima gigas. 2020-10-09T18:26:33Z 2020-10-09T18:26:33Z 2020-03-30 masterThesis CAVALCANTE, Renata Lilian Dantas. Investigação exploratória dos fatores genéticos associados ao sistema de determinação sexual em Arapaima gigas (Pirarucu). 2020. 73f. Dissertação (Mestrado em Bioinformática) - Instituto Metrópole Digital, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2020. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/30356 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOINFORMÁTICA

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