Structural and functional implications of Robertsonian fusions in the mouse germline

Resum

Les reorganitzacions cromosòmiques poden donar lloc a l’aparició de noves espècies, atès que alteren l’estructura tridimensional del genoma i afavoreixen l’aïllament reproductiu entre poblacions divergents. No obstant això, els mecanismes moleculars subjacents encara no han estat completament elucidats. En aquest context, les poblacions naturals que presenten fusions Robertsonianes (Rb) constitueixen un model excepcional per a l’estudi d’aquests processos evolutius. Aquest és el cas particular del sistema Rb de Barcelona (BRbS), caracteritzat per ratolins amb un nombre diploide variable, comprès entre 28 i 40 cromosomes, degut a la presència de fusions Rb en estat polimòrfic (és a dir, en homozigosi i/o heterozigosi). En el marc d’aquesta tesi, s’ha analitzat l’espermatogènesi de ratolins del BRbS, amb un èmfasi especial en la recombinació meiótica. Els objectius principals han estat: (i) examinar les alteracions de la fertilitat derivades de les fusions Rb i (ii) caracteritzar les modificacions en la recombinació associades a aquestes mateixes fusions. Per assolir aquests objectius, s’ha emprat una aproximació metodològica integradora, que inclou estudis citogenètics, anàlisi de l’estructura poblacional, seqüenciació genòmica i valoració morfològica d’espermatozoides. La seqüenciació genòmica ha englobat tant l’anàlisi transcriptòmic de l’expressió gènica com la seqüenciació d’ADN monocatenari per a la identificació dels llocs d’inici de la recombinació meiótica (Double Strand Breaks, DSBs). Pel que fa al primer objectiu, els resultats obtinguts posen de manifest una interacció complexa entre les reorganitzacions cromosòmiques i la meiosi. Malgrat que les fusions Rb retarden lleugerament la profase I, no n’impedeixen la progressió, la qual cosa evidencia una certa tolerància reproductiva davant la variació cromosòmica. S’ha observat un increment de les interaccions inter-cromosòmiques en ratolins Rb en comparació amb ratolins salvatges, incloent-hi la participació recurrent dels cromosomes sexuals en aquestes associacions. Paral·lelament, les dades d’expressió gènica han posat de manifest que les fusions Rb indueixen canvis transversals en tot el conjunt cromosòmic, i no exclusivament en els cromosomes implicats en la fusió. A més, el teixit testicular presenta un estat proinflamatori, caracteritzat per activació de gens ribosòmics i una reducció en l’expressió de gens relacionats amb l’adhesió cel·lular. Així mateix, l’anàlisi morfològica d’espermatozoides ha permès identificar alteracions a la morfologia nuclear, en particular un escurçament del ganxo espermàtic. Quant al segon objectiu, s’han detectat canvis rellevants en la dinàmica de la recombinació meiótica. Les anàlisis poblacionals apunten a una major diferenciació genètica en ratolins Rb en relació amb els controls, fet que suggereix que les fusions limiten l’intercanvi genètic entre poblacions. Aquesta diferenciació s’ha vist reforçada per l’elevada diversitat d’al·lels de Prdm9 detectada en aquest estudi. A més, l’anàlisi d’alta resolució (kb) dels DSBs ha permès delimitar regions d’alta recombinació independents de Prdm9 en ratolins Rb, la qual cosa suggereix l’existència de mecanismes adaptatius alternatius per a l’inici de la recombinació. Paral·lelament, el nombre d’entrecreuaments cromosòmics (crossovers, COs) observats en ratolins Rb és inferior al dels controls, amb una distribució més telomèrica, atribuïble a un efecte centromèric accentuat i a una major interferència entre COs. Finalment, s’ha comprovat una reducció en la càrrega de la proteïna centromèrica CENP-A en ratolins Rb, especialment en els casos en què els cromosomes fusionats no arriben a sinapsar completament. Malgrat les alteracions descrites, els ratolins Rb conserven la fertilitat. Aquests resultats posen en relleu mecanismes moleculars que permeten a determinades poblacions naturals tolerar reorganitzacions genòmiques de gran magnitud, garantint alhora la preservació de funcions essencials. En síntesi, les evidències presentades en aquesta tesi mostren com les reorganitzacions cromosòmiques poden constituir un motor en l’origen de noves espècies.

Data del Ajut	17 d’oct. 2025
Idioma original	Anglès
Institució adjudicatària	Universitat Autònoma de Barcelona (UAB)
Supervisor	Aurora Manuela Ruiz Herrera Moreno (Director/a)