Incorporation of mitochondrial fragments in the nuclear genome (Numts) of the longhorned beetle Monochamus galloprovincialis (Coleoptera, Cerambycidae)
Résumé
A mitochondrial DNA (mtDNA) study, based on 43 European populations (33 of them sampled in France) of Monochamus galloprovincialis, vector of the pinewood nematode, and 14 populations of its sister species Monochamus sutor was realized. Sequencing of 792 bp of the cytochrome oxidase I (COI) and 521 bp of the COII genes revealed numerous ambiguities on multiple nucleotide sites for half of M. galloprovincialis specimens studied (44.8%). Hypotheses of heteroplasmy and pseudogenes (Numts) were examined. The mtDNA isolation by alkaline lysis and cloning (for three successfully used individuals) both support the hypothesis that the ambiguous sequences amplified were not of mtDNA nature and validate the presence of Numts in the nuclear genome of M. galloprovincialis. Multiple copies of mtDNA-like sequences were found paralogous to COI, tRNA leucin and COII regions. Phenetic analysis placed different recently diverged mtDNA-like sequences as a close relative of mtDNA sequences, and grouped 10 closely related mtDNA-like sequences as a more basal clade, closer to ancestral states and to M. sutor. This result supports that this nuclear family of pseudogenes arose independently of the other events and may represent mitochondrial haplotypes sampled from M. galloprovincialis ancestral populations. This is the first time that Numts are proved for a longhorned beetle, whereas no Numts were found within its sister species M. sutor. The incorporation mechanism of Numts in unknown for M. galloprovincialis, however, excess of ambiguous sites corresponding to synonymous mutations placed on third codon position as well as the absence of Numts in M. sutor, conducted to the hypothesis of a recent transfer of these Numts in the nuclear genome of M. galloprovincialis.
Une étude de l’ADNmt, basée sur 43 populations (33 échantillonnées en France) de Monochamus galloprovincialis, vecteur du nématode du pin Bursaphelenchus xylophilus, et 14 populations de l’espèce sœur M. sutor a été réalisée. Le séquençage de 792 pb du gène COI et 521 pb du COII a révélé que près de la moitié des individus analysés (44,8%) présentaient des ambiguïtés sur plusieurs sites nucléotidiques. Les hypothèses de la présence d’hétéroplasmie ou de pseudogènes mitochondriaux (Numts) ont été examinées. La séparation de l’ADNmt par lyse alcaline et le clonage (utilisés avec succès sur trois individus) confortent tous les deux l’hypothèse de l’origine non mitochondriale de ces séquences ambiguës et valident la présence de Numts dans le génome nucléaire de M. galloprovincialis. De multiples copies similaires a des séquences mitochondriales se sont révélées des paralogues des gènes COI, tRNA leucine et COII. Une analyse phénétique a placé les paralogues qui ont divergé récemment près des sequences mitochondriaux et a groupé dix autres paralogues à un clade plus basal et plus près des statuts ancestraux et àM. sutor. Ce résultat montre que cette famille de séquences nucléaires de pseudogènes est apparue indépendamment des autres événements et représente probablement des haplotypes mitochondriaux des populations ancestrales de M. galloprovincialis. C’est la première fois que des Numts sont démontrés chez un longicorne malgré leur absence chez M. sutor. Le mécanisme de l’incorporation de Numts est inconnu pour M. galloprovincialis, cependant, l’excès de sites ambigus correspondants à des mutations synonymes en troisième position du codon chez M. galloprovincialis ainsi que l’absence de Numts chez M. sutor, conduisent à l’hypothèse d’une apparition récente de Numts dans le génome nucléaire de M. galloprovincialis.