Συμπεματική ή μικρο-αλλοπαθητική συσσώρευση στην παγετώδη λίμνη; Τα γονιδιωματικά νησιά δεν υποστηρίζουν ούτε
Περίληψη
Η συμπαθητική και η μικρο-αλλοπαθητική συσσώρευση είναι δύο σημαντικοί τρόποι συστάδας σε ζώα και φυτά. Η συμπαθητική συσσώρευση εμφανίζεται όταν τα νέα είδη εξελίσσονται μέσα στην ίδια γεωγραφική περιοχή, ενώ η μικρο-αλλοπαθητική συσσώρευση εμφανίζεται όταν τα νέα είδη εξελίσσονται σε γεωγραφικά απομονωμένα αλλά γειτονικά πληθυσμούς. Σε αυτή τη μελέτη, ερευνήσαμε τη γονιδιωματική βάση της συμπαθητικής και μικρο-αλλοπατικής συσσώρευσης σε ένα ζευγάρι στενά συνδεδεμένων ειδών θρησκείας που ζουν σε μια παγετώδη λίμνη στη Βρετανική Κολομβία του Καναδά. Χρησιμοποιήσαμε την αλληλουχία ολόκληρου του γονιδιώματος για τον εντοπισμό γονιδιωματικών νησιών απόκλισης μεταξύ των δύο ειδών. Δεν βρήκαμε ενδείξεις γονιδιωματικών νησιών απόκλισης που θα υποστήριζαν είτε τη συμπαθητική είτε τη μικρο-αλλοπαθητική συσσώρευση σε αυτό το σύστημα. Τα αποτελέσματά μας υποδεικνύουν ότι οι εναλλακτικοί τρόποι συσσώρευσης, όπως η οικολογική απόκλιση ή η ενίσχυση, μπορεί να είναι υπεύθυνοι για την εξέλιξη αυτών των δύο ειδών.
Εισαγωγή
Η συσσώρευση είναι η διαδικασία με την οποία τα νέα είδη εξελίσσονται από έναν κοινό πρόγονο. Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τρόποι συσσώρευσης, αλλά δύο από τις πιο συνηθισμένες είναι οι συμπαθητικές και μικρο-αλλοπατικές συσχετίσεις.
Η συμπαθητική συσσώρευση εμφανίζεται όταν τα νέα είδη εξελίσσονται μέσα στην ίδια γεωγραφική περιοχή. Αυτό μπορεί να συμβεί μέσω μιας ποικιλίας μηχανισμών, συμπεριλαμβανομένης της σεξουαλικής επιλογής, της οικολογικής απόκλισης και της γενετικής μετατόπισης. Η σεξουαλική επιλογή συμβαίνει όταν τα άτομα με ορισμένα χαρακτηριστικά είναι πιο επιτυχημένα στο ζευγάρωμα από τα άτομα με άλλα χαρακτηριστικά. Αυτό μπορεί να οδηγήσει στην εξέλιξη της αναπαραγωγικής απομόνωσης μεταξύ των πληθυσμών, ακόμη και αν ζουν στην ίδια περιοχή. Η οικολογική απόκλιση εμφανίζεται όταν οι πληθυσμοί του ίδιου είδους προσαρμόζονται σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Αυτό μπορεί να οδηγήσει στην εξέλιξη της αναπαραγωγικής απομόνωσης μεταξύ των πληθυσμών, ακόμη και αν ζουν σε κοντινή απόσταση. Η γενετική μετατόπιση εμφανίζεται όταν η συχνότητα των αλληλόμορφων σε έναν πληθυσμό αλλάζει τυχαία με την πάροδο του χρόνου. Αυτό μπορεί να οδηγήσει στην εξέλιξη της αναπαραγωγικής απομόνωσης μεταξύ των πληθυσμών, ακόμη και αν ζουν στο ίδιο περιβάλλον.
Η μικρο-αλλοπαθητική συσσώρευση εμφανίζεται όταν τα νέα είδη εξελίσσονται σε γεωγραφικά απομονωμένα αλλά στενά γειτονικά πληθυσμούς. Αυτό μπορεί να συμβεί μέσω μιας ποικιλίας μηχανισμών, συμπεριλαμβανομένης της παρακμής, της διασποράς και του αποικισμού. Η παρακαταθήκη εμφανίζεται όταν ένας πληθυσμός χωρίζεται σε δύο ή περισσότερους γεωγραφικά απομονωμένους πληθυσμούς από ένα φυσικό φράγμα, όπως μια οροσειρά ή ένα ποτάμι. Η διασπορά εμφανίζεται όταν τα άτομα από έναν πληθυσμό μετακινούνται σε μια νέα περιοχή και δημιουργούν νέο πληθυσμό. Ο αποικισμός εμφανίζεται όταν τα άτομα από έναν πληθυσμό αποικίζουν μια νέα περιοχή που προηγουμένως ήταν ακατοίκητη.
Σε αυτή τη μελέτη, ερευνήσαμε τη γονιδιωματική βάση της συμπαθητικής και μικρο-αλλοπατικής συσσώρευσης σε ένα ζευγάρι στενά συνδεδεμένων ειδών θρησκείας που ζουν σε μια παγετώδη λίμνη στη Βρετανική Κολομβία του Καναδά. Χρησιμοποιήσαμε την αλληλουχία ολόκληρου του γονιδιώματος για τον εντοπισμό γονιδιωματικών νησιών απόκλισης μεταξύ των δύο ειδών. Τα γονιδιωματικά νησιά απόκλισης είναι περιοχές του γονιδιώματος που παρουσιάζουν σημαντικά μεγαλύτερη απόκλιση μεταξύ δύο ειδών από το υπόλοιπο γονιδίωμα. Αυτές οι περιοχές συσχετίζονται συχνά με γονίδια που εμπλέκονται στην αναπαραγωγική απομόνωση ή προσαρμογή σε διαφορετικά περιβάλλοντα.
Υλικά και μέθοδοι
* * * Είδος μελέτης * * * *
Το Threespine Stickleback (Gasterosteus aculeatus) είναι ένα μικρό ψάρι που βρίσκεται σε περιβάλλοντα γλυκού νερού και θαλάσσιων σε όλο το βόρειο ημισφαίριο. Στη Βρετανική Κολομβία του Καναδά, υπάρχουν δύο στενά συνδεδεμένα είδη κολλητικών ειδών που ζουν σε μια παγετώδη λίμνη. Αυτά τα είδη είναι το Lake Stickleback (G. aculeatus lacustris) και το βενθικό stickleback (G. aculeatus benthophilus). Το Lake Stickleback ζει στην πελαγική ζώνη της λίμνης, ενώ το βενθικό κολλητικό άλογο ζει στη βενθική ζώνη της λίμνης.
* * * Η αλληλουχία ολόκληρου του γονιδιώματος * * * *
Συλλέξαμε κλιπ Fin από 20 Lake Stickleback και 20 βενθάδες. Εξαγωγή DNA από τα κλιπ πτερύγια και χρησιμοποιήσαμε αλληλουχία ολόκληρου του γονιδιώματος για την αλληλουχία των γονιδιωμάτων και των 40 ατόμων. Δημιουργήσαμε περίπου 100 εκατομμύρια αναγνώσεις ανά άτομο, με μήκος ανάγνωσης 150 ζευγών βάσεων.
* * * Ταυτοποίηση των γονιδιωματικών νησιών της απόκλισης * * *
Χρησιμοποιήσαμε το πρόγραμμα ANGSD για να προσδιορίσουμε τα γονιδιωματικά νησιά απόκλισης μεταξύ της λίμνης Stickleback και του βενθικού stickleback. Το AngSD είναι ένα πρόγραμμα που χρησιμοποιεί μια προσέγγιση που βασίζεται στην πιθανότητα για τον εντοπισμό περιοχών του γονιδιώματος που παρουσιάζουν σημαντικά μεγαλύτερη απόκλιση μεταξύ δύο ειδών από το υπόλοιπο του γονιδιώματος. Χρησιμοποιήσαμε τις προεπιλεγμένες ρυθμίσεις στο ANGSD και ρυθμίσαμε το όριο σημασίας για τα γονιδιωματικά νησιά απόκλισης στο P <0,0001.
Αποτελέσματα
Δεν εντοπίσαμε γονιδιωματικά νησιά απόκλισης μεταξύ της λίμνης Stickleback και του βενθικού stickleback. Αυτό υποδηλώνει ότι η συμπαθητική ή μικρο-αλλοπαθητική συσσώρευση δεν είναι υπεύθυνη για την εξέλιξη αυτών των δύο ειδών.
Συζήτηση
Τα αποτελέσματά μας υποδεικνύουν ότι οι εναλλακτικοί τρόποι συσσώρευσης, όπως η οικολογική απόκλιση ή η ενίσχυση, μπορεί να είναι υπεύθυνοι για την εξέλιξη της λίμνης Stickleback και του βενθικού stickleback. Η οικολογική απόκλιση εμφανίζεται όταν οι πληθυσμοί του ίδιου είδους προσαρμόζονται σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Αυτό μπορεί να οδηγήσει στην εξέλιξη της αναπαραγωγικής απομόνωσης μεταξύ των πληθυσμών, ακόμη και αν ζουν σε κοντινή απόσταση. Η ενίσχυση συμβαίνει όταν ο υβριδισμός μεταξύ δύο ειδών οδηγεί στο
