Evolutionary dynamics of a satellite DNA in the tiger beetle species pair Cicindela campestris and C. maroccana

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Satellite repeat elements are an abundant component of eukaryotic genomes, but not enough is known about their evolutionary dynamics and their involvement in karyotype and species differentiation. We report the nucleotide sequence, chromosomal localization, and evolutionary dynamics of a repetitive DNA element of the tiger beetle species pair Cicindela maroccana and Cicindela campestris. The element was detected after restriction digest of C. maroccana total genomic DNA with EcoRI as a single band and its multimers on agarose gels. Cloning and sequencing of several isolates revealed a consensus sequence of 383 bp with no internal repeat structure and no detectable similarity to any entry in GenBank. Hybridization of the satellite unit to C. maroccana mitotic and meiotic chromosomes revealed the presence of this repetitive DNA in the centromeres of all chromosomes except the Y chromosome, which exhibited only a very weak signal in its short arm. PCR-based tests for this satellite in related species revealed its presence in the sister species C. campestris, but not in other closely related species. Phylogenetic analysis of PCR products revealed well-supported clades that generally separate copies from each species. Because both species exhibit the multiple X chromosome karyotypic system common to Cicindela, but differ in their X chromosome numbers (four in C. maroccana vs. three in C. campestris), structural differences could also be investigated with regard to the position of satellites in a newly arisen X chromosome. We find the satellite in a centromeric position in all X chromosomes of C. maroccana, suggesting that the origin of the additional X chromosome involves multiple karyotypic rearrangements.Key words: chromosome evolution, concerted evolution, Cicindela, Coleoptera, satellite DNA.

Les ADN satellites constituent une composante abondante des génomes eucaryotes, mais trop peu de choses sont connues au sujet de leur dynamique évolutive et de leur implication dans la différenciation des caryotypes et des espèces. Les auteurs rapportent la séquence nucléotidique, la localisation chromosomique et la dynamique évolutive d'un ADN répété chez une paire d'espèces de cicindèles, Cicindela maroccana et Cicindela campestris. Cette séquence répétitive a été détectée après digestion de l'ADN génomique du C. maroccana avec EcoRI, le tout produisant un monomère et ses multiples sur gels d'agarose. Le clonage et le séquençage de plusieurs amplicons a permis de définir une séquence consensuelle de 383 pb sans répétition interne et ne présentant aucune homologie détectable avec les séquences déposées dans GenBank. L'emploi de cet ADN satellite comme sonde sur des chromosomes mitotiques et méiotiques du C. maroccana a révélé que cet ADN répétitif était présent au niveau du centromère chez tous les chromosomes à l'exception du chromosome Y chez lequel un très faible signal a été observé au sein du bras court. Des amplifications PCR réalisées sur l'ADN de diverses espèces apparentées ont révélé la présence de l'ADN satellite seulement chez l'espèce sœur C. campestris et son absence chez d'autres espèces très voisines. Une analyse phylogénétique des amplicons a permis de produire des clades bien supportés qui séparaient habituellement les copies en fonction de l'espèce d'origine. Puisque les deux espèces ont en commun un caryotpye à copies multiples du chromosome X, comme cela est commun chez le genre Cicindela, et qu'elles diffèrent quant au nombre de copies du chromosome X (quatre chez le C. maroccana et trois chez le C. campestris), les différences structurales distinguant le nouvel exemplaire du chromosome X pouvaient être examinées. Les auteurs ont observé que l'ADN satellite était en position centromérique chez tous les chromosomes X du C. maroccana, ce qui suggère que le chromosome X additionnel implique des réarrangements caryotypiques multiples.Mots clés : évolution chromosomique, évolution concertée, Cicindela, coléoptères, ADN satellite.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: April 1, 2003

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