Evolutionary history of the mariner element galluhop in avian genomes

Abstract

Background: Transposable elements (TEs) are highly abundant genomic parasites in eukaryote genomes. Although several genomes have been screened for TEs, so far very limited information is available regarding avian TEs and their evolutionary histories. Taking advantage of the rich genomic data available for birds, we characterized the evolutionary history of the galluhop element, originally described in Gallus gallus, through the use of several bioinformatic analyses. Results: galluhop homologous sequences were found in 6 of 72 genomes analyzed: 5 species of Galliformes (Gallus gallus, Meleagris gallopavo, Coturnix japonica, Colinus virginianus, Lyrurus tetrix) and one Buceritiformes (Buceros rhinoceros). The copy number ranged from 5 to 10,158, in the genomes of C. japonica and G. gallus respectively. All 6 species possessed short elements, suggesting the presence of Miniature Inverted repeats Transposable Elements (MITEs), which underwent an ancient massive amplification in the G. gallus and M. gallopavo genomes. Only 4 species showed potential MITE full-length partners, although no potential coding copies were detected. Phylogenetic analysis of reconstructed coding sequences showed that galluhop homolog sequences form a new mariner subfamily, which we termed Gallus. Inter-species and intragenomic galluhop distance analyses indicated a high identity between the consensus of B. rhinoceros and the other 5 related species, and different emergence ages of the element between the Galliformes species and B. rhinocerus, suggesting that horizontal transfer took place from Galliformes to a Buceritiformes ancestor, probably through an intermediate species.Conclusions: Overall, our results showed that mariner elements have amplified to high copy numbers in some avian species, and that this transposition burst probably occurred in the common ancestor of G. gallus and M. gallopavo. In addition, although no coding sequences could be found currently, they probably existed, allowing an ancient massive MITE amplification in these 2 species. The other 4 species also have MITEs, suggesting that this new mariner family is prone to give rise to such non-autonomous derivatives. Last, our results suggest that a horizontal transfer event of a galluhop element occurred between Galliformes and Buceritiformes.

Organisation of non-coding elements in avian genomes

“…Анализ геномов разных видов птиц позволил проследить историю внедрения, распространения и эволюции некоторых ДНК-транспозонов (Bertocchi et al 2017;Morris et al 2020), хотя их доля по сравнению с описанными выше элементами в геномах птиц существенно ниже. В геномах птиц не обнаружены другие типы ДНК транспозонов, кроме характеризующихся наличием терминальных инвертированных повторов.…”

“…У домашней курицы в качестве рассеянных повторяющихся элементов наиболее широко представлены два достаточно древних семейства ДНК-транспозонов Charlie12 и Galluhop (Wallis et al 2004;Wicker et al 2005). Последний относится к Mariner-подобным элементам и обнаружен в разном количестве в геномах пяти видов Курообразных: домашней курицы, индейки, японского перепела, виргинской американской куропатки и тетерева-косача, а также у одного из видов птиц-носорогов -малайского калао (Bertocchi et al 2017). Проникновение транспозона Galluhop в геномы представителей обоих групп произошло, по-видимому, путем горизонтального переноса.…”

“…Проникновение транспозона Galluhop в геномы представителей обоих групп произошло, по-видимому, путем горизонтального переноса. Количество копий этого транспозона варьирует в широких пределах: от 5 у японского перепела до более чем 10 тысяч у домашней курицы, причем взрывной характер и распространение транспозона Galluhop имело место у общего предка курицы и индейки (Bertocchi et al 2017).…”

Genetic exchange in eukaryotes through horizontal transfer: connected by the mobilome

“…Another recent finding about HTT in birds was the first example of HTT between bird species. Bertocchi et al 2017 reported the first HTT event of mariner gallohop elements between two bird orders: Galliformes and Buceritiformes which diverged around 85–98 Mya [ 39 ].…”