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segunda-feira, 27 de junho de 2022

 

Long-read sequence assembly of the gorilla genome

SCIENCE
1 Apr 2016
Vol 352Issue 6281

Improving on the gorilla genome

Access to complete, high-quality genomes of nonhuman primates will also help us understand human biology. Gordon et al. used long-read sequencing technology to improve genome data on our close relative the gorilla. Sequencing from a single individual decreased assembly fragmentation and recovered previously missed genes and noncoding loci. Mapping short-read sequences from additional gorillas helped reconstruct a “pan” gorilla sequence documenting genetic variation. Comparison with human genomes revealed species-specific differences ranging in size from one to thousands of bases in length, including some that are likely to affect gene regulation.
Science, this issue p. 10.1126/science.aae0344

Structured Abstract

INTRODUCTION

The accurate sequence and assembly of genomes is critical to our understanding of evolution and genetic variation. Despite advances in short-read sequencing technology that have decreased cost and increased throughput, whole-genome assembly of mammalian genomes remains problematic because of the presence of repetitive DNA.

RATIONALE

The goal of this study was to sequence and assemble the genome of the western lowland gorilla by using primarily single-molecule, real-time (SMRT) sequencing technology and a novel assembly algorithm that takes advantage of long (>10 kbp) sequence reads. We specifically compare the properties of this assembly to gorilla genome assemblies that were generated by using more routine short sequence read approaches in order to determine the value and biological impact of a long-read genome assembly.

RESULTS

We generated 74.8-fold SMRT whole-genome shotgun sequence from peripheral blood DNA isolated from a western lowland gorilla (Gorilla gorilla gorilla) named Susie. We applied a string graph assembly algorithm, Falcon, and consensus algorithm, Quiver, to generate a 3.1-Gbp assembly with a contig N50 of 9.6 Mbp. Short-read sequence data from an additional six gorilla genomes was mapped so as to reduce indel errors and improve the accuracy of the final assembly. We estimate that 98.9% of the gorilla euchromatin has been assembled into 1854 sequence contigs. The assembly represents an improvement in contiguity: >800-fold with respect to the published gorilla genome assembly and >180-fold with respect to a more recently released upgrade of the gorilla assembly. Most of the sequence gaps are now closed, considerably increasing the yield of complete gene models. We estimate that 87% of the missing exons and 94% of the incomplete genes are recovered. We find that the sequence of most full-length common repeats is resolved, with the most significant gains occurring for the longest and most G+C–rich retrotransposons. Although complex regions such as the major histocompatibility locus are accurately sequenced and assembled, both heterochromatin and large, high-identity segmental duplications are not because read lengths are insufficiently long to traverse these repetitive structures. 
The long-read assembly produces a much finer map of structural variation down to 50 bp in length, facilitating the discovery of thousands of lineage-specific structural variant differences that have occurred since divergence from the human and chimpanzee lineages. This includes the disruption of specific genes and loss of predicted regulatory regions between the two species. We show that use of the new gorilla genome assembly changes estimates of divergence and diversity, resulting in subtle but substantial effects on previous population genetic inferences, such as the timing of species bottlenecks and changes in the effective population size over the course of evolution.

CONCLUSION

The genome assembly that results from using the long-read data provides a more complete picture of gene content, structural variation, and repeat biology, improving population genetic and evolutionary inferences. Long-read sequencing technology now makes it practical for individual laboratories to generate high-quality reference genomes for complex mammalian genomes.
Long-read sequence assembly of the gorilla genome.
(A) Susie, a female Western lowland gorilla, was used as the reference sample for full-genome sequencing and assembly [photograph courtesy of Max Block]. (B and C) A treemaps representing the differences in fragmentation of the long-read and short-read gorilla genome assemblies. The rectangles are the largest contigs that cumulatively make up 300 Mbp (~10%) of the assembly.
OPEN IN VIEWER

Abstract

Accurate sequence and assembly of genomes is a critical first step for studies of genetic variation. We generated a high-quality assembly of the gorilla genome using single-molecule, real-time sequence technology and a string graph de novo assembly algorithm. The new assembly improves contiguity by two to three orders of magnitude with respect to previously released assemblies, recovering 87% of missing reference exons and incomplete gene models. Although regions of large, high-identity segmental duplications remain largely unresolved, this comprehensive assembly provides new biological insight into genetic diversity, structural variation, gene loss, and representation of repeat structures within the gorilla genome. The approach provides a path forward for the routine assembly of mammalian genomes at a level approaching that of the current quality of the human genome.

sexta-feira, 26 de fevereiro de 2021

 

Novo método revela alta similaridade entre o gorila e o cromossomo Y humano

Jim (à direita), cujo cromossomo Y foi sequenciado, junto com Dolly, sua mãe, e Binti, sua irmã. Crédito: San Diego Zoo Global

Um método novo, mais barato e mais rápido agora foi desenvolvido e usado para determinar a sequência de DNA do cromossomo Y masculino específico no gorila. A técnica permitirá um melhor acesso à informação genética do cromossomo Y de qualquer espécie e, portanto, pode ser usada para estudar distúrbios de infertilidade masculina e mutações específicas do sexo masculino. Ele também pode auxiliar nos esforços de genética de conservação, ajudando a rastrear a paternidade e como os machos se movem dentro e entre as populações de espécies ameaçadas de extinção, como gorilas.

Um artigo que descreve o método e a descoberta resultante da sua utilização na comparação da sequência do gorila cromossoma Y para as sequências dos Y humanos e de chimpanzés será publicada em 02 de março de 2016, na edição Advance Online da revista Genome Research . O artigo também será publicado na edição impressa de abril de 2016 da revista.

"Surpreendentemente, descobrimos que em muitos aspectos o cromossomo Y do gorila é mais semelhante ao cromossomo Y humano do que qualquer um dos dois é ao cromossomo Y do chimpanzé", disse Kateryna Makova, Professora de Ciências Francis R. e Helen M. Pentz na Penn State e um dos dois autores correspondentes do artigo. "Nas regiões do cromossomo onde podemos alinhar as três espécies, a similaridade de sequência se encaixa com o que sabemos sobre as relações evolutivas entre as espécies - os humanos são mais intimamente relacionados aos chimpanzés. No entanto, o cromossomo Y do chimpanzé parece ter sofrido mais mudanças no número de genes e contém uma quantidade diferente de elementos repetitivos em comparação com o humano ou gorila. Além disso, uma proporção maior das sequências Y do gorila pode ser alinhada com o cromossomo Y humano do que com o cromossomo Y do chimpanzé. "

O cromossomo Y dos mamíferos é incrivelmente difícil de sequenciar por uma série de razões. Um dos motivos é que o cromossomo Y está presente em apenas uma cópia e representa apenas cerca de um a dois por cento do material genético total encontrado em uma célula de um homem. Para reduzir essa dificuldade, os pesquisadores usaram uma técnica experimental chamada flow-sorting para selecionar preferencialmente o cromossomo Y para sequenciamento com base no tamanho do cromossomo e no conteúdo genético.

"O flow-sorting aumentou a quantidade do cromossomo Y em nosso conjunto de dados para cerca de trinta por cento", disse Paul Medvedev, professor assistente de ciência da computação e engenharia e de bioquímica e biologia molecular da Penn State, o outro autor correspondente do artigo. "Para enriquecer ainda mais nossos dados para o cromossomo Y, desenvolvemos uma técnica computacional - chamada RecoverY - para classificar os dados em sequências Y e não Y com base na frequência com que sequências semelhantes aparecem em nossos dados."

O cromossomo Y, como todo DNA, é composto de uma série de moléculas chamadas "bases" que são representadas pelas letras A, T, C e G. As atuais de genético produzem "leituras" de sequência muito mais curtas do que a comprimento total do cromossomo. Essas leituras precisam ser colocadas em ordem e agrupadas encontrando lugares onde elas se sobrepõem em blocos cada vez mais longos. A equipe de pesquisa usou duas tecnologias de sequenciamento diferentes para ajudar com essa montagem da sequência de DNA do cromossomo Y.

Uma tecnologia de sequenciamento usada pelos pesquisadores produz grandes quantidades de leituras muito curtas - cerca de 150 a 250 bases de comprimento. Usando este método, os pesquisadores sequenciaram leituras suficientes para cobrir todo o comprimento do cromossomo Y cerca de 450 vezes. Os pesquisadores reuniram essas leituras curtas em blocos mais longos que depois conectaram usando a segunda tecnologia de sequenciamento que produz leituras mais longas - cerca de sete mil bases de comprimento em média.

"Ao reduzir as leituras do cromossomo não Y de nossos dados com classificação de fluxo e a técnica RecoverY que desenvolvemos, e usando essa combinação de tecnologias de sequenciamento, fomos capazes de montar o cromossomo Y do gorila para que mais da metade dos dados de sequência fossem em pedaços com mais de 100.000 bases de comprimento ", disse Medvedev.

Outra razão pela qual determinar a sequência genética do cromossomo Y é tão difícil é que ele é composto de um número excepcionalmente alto de sequências repetidas - regiões onde a sequência de As, Ts, Cs e Gs são idênticas, ou quase idênticas, para milhares ou milhões de bases em uma fileira. Muitas dessas repetições, incluindo alguns genes, aparecem como séries consecutivas da mesma sequência repetida ou como longos palíndromos que, como a palavra "carro de corrida", são lidos da mesma forma para a frente e para trás. Os pesquisadores usaram uma técnica experimental - "reação em cadeia da polimerase digital em gotículas" - para determinar o número de cópias dos genes que aparecem nessas séries.

"Sequenciar o cromossomo Y é como tentar montar um quebra-cabeça, sem saber a imagem final, de uma pilha de peças onde apenas uma em cada cem é útil, e a maioria das peças de que você precisa parecem idênticas", disse Makova. "Desenvolvemos um pipeline para sequenciar o cromossomo Y que é mais eficiente do que os métodos anteriores e reduz uma série de dificuldades associadas à determinação da do cromossomo Y. Nosso método abrirá a porta para estudar o cromossomo Y para mais laboratórios, mais espécies e mais indivíduos dentro dessas espécies. "

Para demonstrar a utilidade da sequência do cromossomo Y do gorila que eles geraram, os pesquisadores criaram marcadores genéticos que podem ser usados ​​para diferenciar o parentesco genético entre os gorilas machos e, assim, ajudar nos esforços de conservação genética voltados para a preservação desta espécie ameaçada.

segunda-feira, 19 de outubro de 2020

 

19/10/2020

64% dos grandes primatas desaparecidos são chimpanzés

grandes-primatas-o-declinio-alarmante-da-especie

Conhecidos por sua extrema semelhança com os animais-humanos, os grandes primatas, do ponto de vista biológico, são tão próximos que chimpanzés poderiam ser doadores de sangue para humanos e vice-versa, entre dois seres humanos pode haver uma diferença de 0,5% no DNA e entre um homem e um chimpanzé a diferença é de apenas 1,23%.

Diante destes fatos e também independente deles, por uma postura ética e de respeito aos não-humanos, seres sencientes e conscientes, devemos nos abster e lutar contra a exploração, sofrimento e morte dos animais.

Dias atrás o GRASP (Great Apes Survival Partnership) das Nações Unidas divulgou o primeiro informe sobre os Grandes Primatas que mostra o declínio acelerado da espécie no mundo, o que pode significar a extinção de uma boa parte destas espécies nos próximos 10 a 20 anos.

O documento analisa a escala e a extensão do comércio e expõe as conexões sofisticadas das redes criminosas entre os países, assim como a legislação e esforços repressivos para destruir estes atos ilícitos, o documento ainda examina registros de confisco, informações sobre o comércio internacional, informe de ações repressivas, assim como proporções de chegadas em santuários e centros de reabilitação entre 2005 e 2011, o informe foi produzido pelo Programa GRASP e as informações traduzidas pelo GAP Brasil.

Estima-se que um mínimo de 22.218 grandes símios têm desaparecido das selvas desde 2005, através da venda, morte por caçadores ou morte em cativeiro forçado, sendo chimpanzés um total de 64% deles.

Gorilas:
Gorilas da Montanha (Gorilla beringei beringei) – 880 indivíduos em três países:
República Democrática do Congo, Uganda e Ruanda.

Gorilas da Planície do leste (Gorilla beringei graueri) – 2.000 a 10.000 indivíduos:
República Democrática do Congo

Gorilas da Planície do oeste (Gorilla gorilla gorilla) – 150.000 indivíduos:
Em sete países africanos

Gorilas do Rio Cross (Gorilla gorilla diehli) – 200 a 300 indivíduos:
Nigéria e Camarões

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Bonobos:
Os chamados Chimpanzés pigmeus (Pan paniscus) – de 15.000 a 20.000 indivíduos:
Sul do Rio Congo (RDC)

Chimpanzés:
As quatro subespécies de chimpanzés presentes em 21 países africanos (Pan troglodytes; Pan troglodytes schweinfurthii, Pan troglodytes ellioti; Pan troglodytes verus)- em quatro, já extintos – de 294.800 a 431.000 indivíduos.

Orangotangos:
Da Ilha de Sumatra (Pongo abelli) – 6.600 indivíduos
Da Ilha de Borneu (Pongo pygmaeus) – 54.000 indivíduos (estimativa de 2008 e média de morte 3.000 por ano)

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quinta-feira, 29 de agosto de 2019

Humanos estão a caminho de extinguir todos os outros primatas

Em meio século, 75% das espécies de macacos, micos e lêmures já terão desaparecido do planeta

Um orangotango de Sumatra, um lêmure de Madagascar, um mico-leão-dourado do Brasil e um gorila das montanhas congolês.
Um orangotango de Sumatra, um lêmure de Madagascar, um mico-leão-dourado do Brasil e um gorila das montanhas congolês. (Conservation International/Rhett A. Butler)

“Foi surpreendente descobrir que as cifras eram tão altas, porque sugerem que estamos chegando a um ponto de não retorno ou que talvez já tenhamos chegado”, lamenta o primatologista mexicano Alejandro Estrada, que há 35 anos estuda os primatas da América em seu habitat. As cifras às quais se refere são horripilantes: 60% dos primatas estão ameaçados de extinção. Dos gigantescos gorilas das montanhas, de 200 quilos, aos diminutos lêmures do gênero Microcebus, de 30 gramas, os primatas estão a caminho de desaparecerem para sempre na natureza por culpa da pressão que os humanos exercem através da agricultura, caça, exploração madeireira, mineração... “Vendo o reduzido tamanho das populações e a intensidade das ameaças, logo poderíamos viver uma cascata de extinções. Não podemos nos permitir isso!", alerta Estrada.
Dos gigantescos gorilas das montanhas aos diminutos lêmures da espécie ‘Microcebus’, 60% dos primatas estão ameaçados de extinção
Um primata, o humano, parece decidido a extinguir os seus parentes mais próximos numa batalha sem trégua em que as forças estão completamente desequilibradas: em apenas 50 anos terão desaparecido três de cada quatro espécies de primatas, 378 das 504 registradas. Acabamos de saber disso graças a um macro estudo publicado na Science Advances, liderado pelo pesquisador mexicano, entre outros, e com a participação de 30 especialistas. “Estamos realmente muito preocupados, e nosso artigo é um apelo por uma ação global à comunidade científica em geral e ao público e aos políticos para que evitem isso”, afirma.

O estudo é muito rico em dados e informações detalhadas sobre esse extermínio. Na Ásia, 73% dos primatas estão ameaçados, cifra que sobe para 87% em Madagascar, o reino dos lêmures, na costa oriental da África. O orangotango da Sumatra perdeu 60% do seu habitat em apenas 20 anos e deve perder mais 30% nas próximas décadas por culpa do desmatamento (geralmente para a produção de óleo de palma) e da mudança climática.
Entre 1990 e 2010, as práticas agrícolas consumiram 1,5 milhão de quilômetros quadrados em seus habitats, o equivalente ao Amazonas
Os pesquisadores foram muito minuciosos na sua descrição das ameaças que dizimam nossos parentes. Embora haja diferenças importantes entre regiões, a agricultura se destaca como principal problema, já que devorou 76% dos habitats dos macacos, micos, lêmures e afins. Entre 1990 e 2010, as práticas agrícolas consumiram 1,5 milhão de quilômetros quadrados nesses habitats, o equivalente ao Estado do Amazonas, e foram perdidos dois milhões de quilômetros quadrados de cobertura florestal. Mas o pior é o que está por vir: a expansão futura dos cultivos abrange dois terços da área que esses mamíferos habitam. “Isto provocará um conflito territorial sem precedentes com75% das espécies de primatas em todo o mundo”, conclui o artigo.

As práticas agrícolas não agem sozinhas. A caça representa 60% das perdas diretas desses animais, com um problema emergente: o da captura de primatas para consumo humano. Calcula-se que na Nigéria e em Camarões são comercializados anualmente 150.000 primatas no mercado alimentício. Além disso, o desmatamento afeta 60% dos habitats, e a pecuária, 31%. A mineração, apesar de estar muito concentrada em pequenos territórios, está mostrando uma capacidade destrutiva muito grave, porque contribui para o desmatamento, a degradação florestal e a poluição do solo e da água. Os garimpeiros de coltan na África Central caçam macacos para se alimentar, outra terrível e inesperada decorrência do ciclo consumista que cerca os telefones celulares.
O denominador comum das regiões onde os primatas estão mais ameaçados são os altos níveis de pobreza e desigualdade em que vivem os humanos
Esse estudo, além de ser o primeiro a oferecer uma descrição global do estado de conservação dos primatas no mundo e das pressões antropogênicas contra eles, também fornece ideias e soluções para mitigar a perda local, regional e mundial de espécies. “Abordar as principais ameaças que afetam as populações de primatas é algo que exige políticas globais, mas um enfoque local seria construtivo”, diz Estrada, pesquisador da Universidade Nacional Autônoma do México. “O desmatamento, a caça insustentável e o comércio ilegal poderiam ser rapidamente abordados, com o objetivo de sensibilizar a população das zonas urbanas e rurais de que os primatas são um componente importante do seu capital natural”, diz. “Que conservá-los com seus hábitats e deter o comércio ilegal significa investir no futuro."

Há um fator importante que ele ressalta ao analisar os contextos nos quais os primatas não humanos mais sofrem: a pobreza dos primatas humanos. “O denominador comum dessas regiões são os altos níveis de pobreza e desigualdade, a perda de capital natural devido às demandas do mercado global, a má gestão, a falta de segurança alimentar e a escassa alfabetização. Cuidar desses aspectos é uma prioridade para assegurar a conservação dos primatas”, defende o especialista.
“Os primatas são extremamente importantes para a humanidade. Afinal de contas, são nossos parentes biológicos vivos mais próximos”, diz o estudo
A importância vai muito além da beleza dos primatas, de sua diversidade e de nossa capacidade de nos reconhecermos em seu olhar. “Devemos nossa humanidade a uma história evolutiva compartilhada”, diz Estrada. Numerosos trabalhos recentes certificam o papel fundamental que estes primatas desempenham em seus ecossistemas, e protegê-los seria investir no efeito guarda-chuva, pelo qual salvar uma espécie implica defender muitas outras, porque se mantém o equilíbrio do ciclo natural do seu entorno.

“Temos certeza de que em muitos casos a difícil situação dos nossos companheiros primatas não é conhecida pela comunidade global, incluídos os Governos locais e nacionais”, afirma o pesquisador, e essa é a razão pela qual publicaram esse estudo. As últimas frases do artigo científico são um alerta: “Temos uma última oportunidade de reduzir ou inclusive eliminar as ameaças humanas aos primatas e seus habitats, de orientar os esforços de conservação e aumentar a consciência mundial sobre a sua situação. Os primatas são extremamente importantes para a humanidade. Afinal de contas, são nossos parentes biológicos vivos mais próximos”.