GENOEM EVOLUTIE
natuur
COMMUNICATIE
Genoomsequenties onthullen mondiale verspreidingsroutes en suggereren convergente genetische aanpassingen in de evolutie van zeepaardjes
PacBio |Illumina |Hallo-C |WGS |Genetische diversiteit |Demografische geschiedenis |Genenstroom
De Pacbio-sequencing, genome de novo-assemblage en annotatiediensten werden geleverd door Biomarker Technologies.
Hoogtepunten
1. Er werd een zeepaardjegenoom (Hippocampus erectus) van hoge kwaliteit op chromosoomniveau met contig N50 van 15,5 Mb verkregen.
2. In totaal werden 358 genomen van 21 soorten zeepaardjes wereldwijd opnieuw gesequenced.
3. Zeepaardjes die in het late Oligoceen en de daaropvolgende kolonisatieroutes rond de wereld zijn ontstaan, worden geïdentificeerd en gekoppeld aan de veranderende dynamiek in oceaanstromingen en paleotemporale zeewegopeningen
4. De genetische basis van het terugkerende adaptieve fenotype ‘benige stekels’ is gekoppeld aan onafhankelijke substituties in een belangrijk ontwikkelingsgen.
5. Raften via oceaanstromingen compenseert de slechte verspreiding en snelle aanpassing vergemakkelijkt het koloniseren van nieuwe habitats
Prestaties
Fig. 1 Genetische diversiteit en fylogenetische relaties van 358 zeepaardjesspecimens
AGeografische bemonsteringslocaties voor bemonsterde zeepaardjes met patronen van nucleotidediversiteit (π) van de 21 soorten zeepaardjes over 22 chromosomen.b Aangrenzende boom gebouwd met genoombrede SNP's van 358 zeepaardjes.Locatiepinsymbolen in (a) en takachtergrond in (b) komen met elkaar overeen.
Fig. 2 Kolonisatie en demografische geschiedenis van zeepaardjes
AFylogenetische boom- en divergentietijdschattingen voor 21 soorten zeepaardjes.De dikte van de zijlijn komt overeen met de schattingen van de populatieomvang (Ne) en kleuren geven verschillende geslachten aan.Symbolen I–III geven kalibratiepunten aan.b – d Voorspelde kolonisatieroutes (gekleurde pijlen) van zeepaardjes op basis van divergentietijd, verspreiding, plaatsvervangende gebeurtenissen en oceaanstromingen (witte pijlen).b De Indo-Australische archipel was het oorsprongscentrum (rode markering) van het geslacht Hippocampus voordat zeepaardjes zich tussen 18 en 23 miljoen jaar wereldwijd diversifieerden en verspreidden.c Zeepaardjes koloniseerden aanvankelijk de Atlantische Oceaan via de zich openende Tethyan-zeeweg, die, na de sluiting ervan (Terminal Event tijdens 7–13 Ma), deze Tethyan-lijn scheidde van zijn zusterlijn in de Indische Oceaan.Deze laatste werd vervolgens snel gediversifieerd (gele markering) in de Arabische Zee, waardoor een tweede centrum voor diversificatie van zeepaardjes ontstond.d Een tweede kolonisatie door zeepaardjes van de Atlantische Oceaan vond plaats vanuit de Indische Oceaan omstreeks 5 miljoen jaar geleden, door de Zuid-Afrikaanse punt te passeren, en uiteindelijk om ongeveer 3,6 miljoen jaar geleden in de oostelijke Stille Oceaan aan te komen via de nog open Panama-zeeweg.
Fig. 3 Genenstroom en fluctuaties in de effectieve populatiegrootte
AGenenstroom gedetecteerd tussen soorten die de Zuid-Atlantische Oceaan bewonen.De genenstroom wordt nabij de witte lijnen weergegeven als de migratiesnelheid afgeleid door G-PhoCS.Dikte en richting van de pijlen komen respectievelijk overeen met de snelheid en richting van de genenstroom.b Fluctuaties in de effectieve populatieomvang volgens PSMC.De x-as vertegenwoordigt de tijd in jaren vóór het heden, terwijl de y-as de effectieve populatiegrootte vertegenwoordigt.De kaarten zijn voornamelijk georganiseerd op basis van de geografische spreiding voor elk van de soorten met verschillende verspreidingsgebieden.c Verandering van het zeeniveau gedurende de afgelopen 1 miljoen jaar in meters33.De gele lijn geeft de laatste mondiale interglaciale piek aan, terwijl de cyaan tint de laatste maximale ijstijd aangeeft.
Fig. 4 De evolutie van stekels.
ALinks: soortboom die de onafhankelijke evolutie van de stekels bij zeepaardjes weergeeft.De vertakkingslengte geeft het aantal vervangingen per locatie aan.Vier soorten stekelige zeepaardjes zijn blauw gemarkeerd.Dikkere takken komen overeen met hogere percentages niet-synoniem-naar-synoniem substituties (dN/dS) voor het bmp3-gen.De canonieke en gegeneraliseerde McDonald- en Kreitman-test (MKT) voor het bmp3-gen werd uitgevoerd voor drie paarsgewijze zustersoorten met uiteenlopende stekelige en niet-stekelige kenmerken, benadrukt door achtergrondkleuren, waarvan de significantieniveaus werden aangegeven door p-waarde met respectievelijk een blauw en rood lettertype.Rechts, vergelijking van aminozuursubstituties in bmp3-eiwit, polymorfe en vaste substituties in stekelige zeepaardjes worden respectievelijk aangegeven met rode en blauwe cirkels.b Verdeling van dN/dS-waarden in bmp3 bij stekelige zeepaardjes vergeleken met niet-stekelige soorten.c Onafhankelijke evolutie in de fylogenetische boom gereconstrueerd voor het eiwit gecodeerd door bmp3.d In situ hybridisatie van bmp3 in Hippocampus erectus.
Referentie
Li C et al.Genoomsequenties onthullen mondiale verspreidingsroutes en suggereren convergente genetische aanpassingen in de evolutie van zeepaardjes.Nat Commun.17 februari 2021;12(1):1094.
Nieuws en hoogtepunten heeft tot doel de nieuwste succesvolle cases te delen met Biomarker Technologies, waarbij nieuwe wetenschappelijke prestaties worden vastgelegd, evenals prominente technieken die tijdens het onderzoek worden toegepast.
Posttijd: 06-jan-2022