ゲノム配列により地球規模の分散経路が明らかになり、タツノオトシゴの進化における収束的な遺伝的適応が示唆される

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ゲノム配列により地球規模の分散経路が明らかになり、タツノオトシゴの進化における収束的な遺伝的適応が示唆される

Pacbio シーケンス、ゲノム de novo アセンブリおよびアノテーションサービスは、Biomarker Technologies によって提供されました。

ハイライト

1.コンティグN50が15.5Mbの高品質な染色体レベルのタツノオトシゴ（海馬エレクトス）ゲノムが得られました。

2.世界中の 21 種のタツノオトシゴの合計 358 のゲノムが再配列されました。

3.漸新世後期に進化したタツノオトシゴと、その後の地球周回の定着ルートが特定され、海流や古時間の海路開口部のダイナミクスの変化と関連していることが判明

4.反復的な「骨棘」適応表現型の遺伝的基盤は、重要な発生遺伝子の独立した置換に関連しています。

5.海流を利用したラフティングは貧弱な分散を補い、急速な適応により新しい生息地への定着を促進します

業績

図 1 358 個のタツノオトシゴ標本の遺伝的多様性と系統関係

ある22 染色体にわたる 21 種のタツノオトシゴのヌクレオチド多様性 (π) のパターンを持つ、サンプリングされたタツノオトシゴの地理的サンプリング位置。b 358 頭のタツノオトシゴのゲノムワイド SNP で構築された隣接結合ツリー。(a) のロケーションピンシンボルと (b) の分岐背景は相互に対応しています。

図2 タツノオトシゴの定着と人口統計の歴史

ある21 種のタツノオトシゴの系統樹と分岐時間の推定。枝線の太さは個体群サイズ推定値 (Ne) に対応し、色は系統の違いを示します。記号 I ～ III は校正点を示します。b – d 分岐時間、分布、代理現象、海流（白い矢印）に基づいて予測されたタツノオトシゴの定着ルート（色付きの矢印）。b インド・オーストラリア諸島は、18～23 Ma にタツノオトシゴが多様化して世界中に分散する前は、海馬属の起源 (赤いマーキング) の中心でした。c タツノオトシゴは当初、開通したテチアン海路を通じて大西洋に定着しましたが、その閉鎖後（7～13Maの終末事象）、このテチアン系統はインド洋の姉妹系統から分離されました。後者はその後、アラビア海で急速に多様化し（黄色のマーキング）、タツノオトシゴ多様化の第二の中心地を確立しました。d 大西洋のタツノオトシゴの2回目の定着イベントは、インド洋から約50万年前に南アフリカの先端を通過して発生し、最終的にはまだ開いているパナマ海路を通って約360万年後に東太平洋に到着した。

図3 遺伝子の流れと有効集団サイズの変動

ある南大西洋に生息する種間で検出された遺伝子流動。遺伝子の流れは、G-PhoCS によって推定された移動速度として白線の近くに示されています。矢印の太さと方向は、それぞれ遺伝子の流れの速度と方向に対応します。b PSMC による有効人口規模の変動。x 軸は現在より前の時間を年単位で表し、y 軸は有効な個体群サイズを表します。この図は、主に分布域の異なる各種の地理的分布に従って編成されています。c 過去 100 万年間の海面変化 (メートル単位)33。黄色の線は地球規模の最後の間氷期のピークを示し、シアン色の陰影は最後の氷期の最大期間を示します。

図4 脊椎の進化。

ある左、タツノオトシゴの棘の独立した進化を示す種木。分岐の長さは、部位ごとの置換数を示します。4 種のとげのあるタツノオトシゴが青で強調表示されています。太い枝は、bmp3 遺伝子の非同義置換 (dN/dS) の割合が高いことに対応します。bmp3 遺伝子の標準的かつ一般化されたマクドナルドおよびクライトマン検定 (MKT) を、背景色で強調表示された発散性のとげのある特徴と非とげのある特徴を持つ 3 つのペアごとの姉妹種に対して実行しました。その有意水準は、それぞれ青と赤のフォントの p 値で示されました。右、bmp3 タンパク質のアミノ酸置換の比較、トゲタツノオトシゴの多型置換と固定置換をそれぞれ赤丸と青丸で示します。b 非とげのある種と比較したとげのあるタツノオトシゴにおける bmp3 の dN / dS 値の分布。c bmp3によってコードされるタンパク質について再構築された系統樹における独立した進化。d 直立海馬におけるbmp3のホールマウントin situハイブリダイゼーション。