Avanços metodológicos em museômica e homologia dinâmica: Integrando a montagem de reads de DNA histórico e alinhamento por árvore

• Processo: 24/03494-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Zoologia
• Pesquisador responsável: Taran Grant
• Beneficiário: Daniel Yudi Miyahara Nakamura
• Supervisor: Ward Wheeler
• Instituição Sede: Instituto de Biociências (IB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: American Museum of Natural History, Estados Unidos
• Vinculado à bolsa: 22/02789-0 - Biodiversidade desaparecida na era genômica: contribuições do DNA histórico à sistemática de pererecas raras e extintas, BP.DD
• Assunto(s): Herpetologia Filogenia Biologia computacional
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: hDNA | Herpetologia | Paleogenômica | Sistemática filogenética | tree-alignment | Bioinformática

Resumo

Museômica tem permitido a obtenção de DNA histórico (hDNA) de espécies raras e extintas, de modo que problemas evolutivos de outra forma intratáveis sejam resolvidos. Contudo, desafios precisam ser superados para incorporar sequências de hDNA em análises filogenéticas. Primeiro, hDNA tende a ser degradado, resultando em mapeamento pobre ou ambíguo à sequência de referência. Consequentemente, diferentes referências e parâmetros de montagem podem resultar em diferentes sequências-consenso, e não há um critério para escolher entre elas. Segundo, a degradação de DNA dificulta a obtenção de uma cobertura suficiente para montar porções contínuas de DNA, o que resulta em sequências fragmentadas e ambíguas (i.e. contendo mais nucleotídeos de identidade desconhecida, IUPAC "N") do que o DNA moderno. Estas características dificultam a análise filogenética devido às relações de homologia desconhecidas entre nucleotídeos de terminais de hDNA e não-hDNA. Tree-alignment, o qual avalia a homologia de nucleotídeos dinamicamente ao integrar alinhamento e busca de árvores em uma única análise em POY/PhyG, é uma ferramenta poderosa que resulta em soluções mais ótimas do que alinhamento por similaridade. Contudo, o alto grau de fragmentação e Ns espúrios são problemáticos no tree-alignment, porque Ns e variações no tamanho das sequências são necessariamente interpretados como características das sequências a serem contadas como eventos evolutivos. Portanto, faz-se necessário eliminar artefatos da montagem antes do tree-alignment. O problema da fragmentação de sequências pode ser resolvido quebrando as sequências em blocos de nucleotídeos homólogos, inserindo Ns para estender sequências incompletas, e/ou deletando nucleotídeos-órfãos dentro de blocos incompletos. Similarmente, variação de tamanho de sequências devido à inserção errônea de Ns durante a montagem podem ser resolvidos manualmente trimando Ns espúrios ausentes em espécies próximas. Contudo, a arbitrariedade e o impacto da formatação das sequências aumentam com o grau de fragmentação e ambiguidade. Até hoje, não há uma função objetiva para obter sequências ótimas formatadas para homologia dinâmica. Portanto, o objetivo desta pesquisa é desenvolver e testar uma pipeline para gerar a sequência consenso de reads de hDNA, corrigindo erros e incorporando-a em arquivos formatados automaticamente para POY/PhyG ao otimizar a inserção de breaks e Ns, e deleção de Ns e nucleotídeos-órfãos dentro dos blocos.

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

NAKAMURA, DANIEL Y. M.; ORRICO, VICTOR G. D.; DA SILVA, ESDRAS M. G.; LYRA, MARIANA L.; GRANT, TARAN. Museomics reduces taxonomic inflation in the Dendropsophus araguaya complex (Hylinae: Dendropsophini) from the Cerrado. JOURNAL OF VERTEBRATE BIOLOGY, v. 74, p. 18-pg., 2025-02-01. (18/15425-0, 24/03494-9, 12/12500-5, 22/02789-0, 21/10639-5)