GENOM-EVOLUTION
Natur
KOMMUNIKATION
Genomsequenzen offenbaren globale Verbreitungswege und legen konvergente genetische Anpassungen in der Seepferdchen-Evolution nahe
PacBio |Illumina |Hi-C |WGS |Genetische Vielfalt |Demografische Geschichte |Genfluss
Die Pacbio-Sequenzierungs-, Genom-de-novo-Assemblierungs- und Annotationsdienste wurden von Biomarker Technologies bereitgestellt.
Höhepunkte
1. Es wurde ein qualitativ hochwertiges Seepferdchengenom (Hippocampus erectus) auf Chromosomenebene mit einem N50-Contig von 15,5 MB erhalten.
2. Insgesamt wurden 358 Genome von weltweit 21 Seepferdchenarten neu sequenziert.
3. Seepferdchen, die sich im späten Oligozän entwickelten, und nachfolgende zirkumglobale Kolonisierungsrouten werden identifiziert und mit sich ändernden Dynamiken der Meeresströmungen und paläotemporalen Seewegöffnungen in Verbindung gebracht
4. Die genetische Grundlage des wiederkehrenden adaptiven Phänotyps „Knochenstacheln“ ist mit unabhängigen Substitutionen in einem wichtigen Entwicklungsgen verbunden.
5. Rafting über Meeresströmungen gleicht die schlechte Ausbreitung aus und eine schnelle Anpassung erleichtert die Besiedlung neuer Lebensräume
Erfolge
Abb. 1 Genetische Vielfalt und phylogenetische Beziehungen von 358 Seepferdchenexemplaren
AGeografische Probenahmeorte für beprobte Seepferdchen mit Mustern der Nukleotiddiversität (π) der 21 Seepferdchenarten über 22 Chromosomen.b Nachbarbaum, konstruiert mit genomweiten SNPs von 358 Seepferdchen.Die Positionsstiftsymbole in (a) und der Zweighintergrund in (b) entsprechen einander.
Abb. 2 Besiedlungs- und demografische Geschichte von Seepferdchen
AStammbaum- und Divergenzzeitschätzungen für 21 Seepferdchenarten.Die Dicke der Zweiglinie entspricht den Schätzungen der Populationsgröße (Ne) und Farben zeigen unterschiedliche Abstammungslinien an.Die Symbole I–III geben Kalibrierpunkte an.b–d Vorhergesagte Kolonisierungsrouten (farbige Pfeile) von Seepferdchen basierend auf Divergenzzeit, Verteilung, Vikarianzereignissen und Meeresströmungen (weiße Pfeile).b Der Indo-Australische Archipel war das Ursprungszentrum (rote Markierung) der Gattung Hippocampus, bevor sich Seepferdchen zwischen 18 und 23 Ma diversifizierten und weltweit verbreiteten.c Seepferdchen besiedelten den Atlantischen Ozean zunächst über den sich öffnenden Tethyan-Seeweg, der nach seiner Schließung (Endereignis zwischen 7 und 13 Ma) diese Tethyan-Linie von ihrer Schwesterlinie im Indischen Ozean trennte.Letztere diversifizierten sich anschließend im Arabischen Meer rasch (gelbe Markierung) und bildeten ein zweites Zentrum für die Diversifizierung von Seepferdchen.d Ein zweites Seepferdchen-Kolonisierungsereignis des Atlantischen Ozeans ereignete sich vom Indischen Ozean aus vor etwa 5 Millionen Jahren, passierte die südafrikanische Spitze und gelangte schließlich vor etwa 3,6 Millionen Jahren über den noch offenen Panama-Seeweg in den Ostpazifik.
Abb. 3 Genfluss und Schwankungen der effektiven Populationsgröße
AGenfluss zwischen Arten im Südatlantik nachgewiesen.Der Genfluss wird in der Nähe der weißen Linien als durch G-PhoCS abgeleitete Migrationsrate angezeigt.Dicke und Richtung der Pfeile entsprechen den Geschwindigkeiten bzw. der Richtung des Genflusses.b Schwankungen der effektiven Populationsgröße durch PSMC.Die x-Achse stellt die Zeit in Jahren vor heute dar, während die y-Achse die effektive Bevölkerungsgröße darstellt.Die Diagramme sind hauptsächlich nach der geografischen Verbreitung der einzelnen Arten mit unterschiedlichen Verbreitungsgebieten organisiert.c Meeresspiegeländerung während der letzten 1 Million Jahre in Metern33.Die gelbe Linie zeigt den letzten globalen interglazialen Höhepunkt an, während der Cyan-Farbton die letzte glaziale Maximalperiode anzeigt.
Abb. 4 Die Entwicklung der Stacheln.
ALinks: Artenbaum, der die unabhängige Entwicklung der Stacheln bei Seepferdchen zeigt.Die Verzweigungslänge gibt die Anzahl der Substitutionen pro Standort an.Vier stachelige Seepferdchenarten sind blau hervorgehoben.Dickere Zweige entsprechen höheren Raten von Nicht-Synonym-zu-Synonym-Substitutionen (dN/dS) für das bmp3-Gen.Der kanonische und generalisierte McDonald- und Kreitman-Test (MKT) für das bmp3-Gen wurde für drei paarweise Schwesterarten mit unterschiedlichen stacheligen und nicht stacheligen Merkmalen durchgeführt, die durch Hintergrundfarben hervorgehoben wurden, deren Signifikanzniveaus durch p-Werte in blauer bzw. roter Schrift angegeben wurden.Rechts, Vergleich der Aminosäuresubstitutionen im bmp3-Protein, polymorphe und feste Substitutionen in stacheligen Seepferdchen sind durch rote bzw. blaue Kreise gekennzeichnet.b Verteilung der dN/dS-Werte in bmp3 bei stacheligen Seepferdchen im Vergleich zu nicht stacheligen Arten.c Unabhängige Entwicklung im phylogenetischen Baum, der für das von bmp3 kodierte Protein rekonstruiert wurde.d Whole-mount-in-situ-Hybridisierung von bmp3 in Hippocampus erectus.
Referenz
Li C et al.Genomsequenzen offenbaren globale Verbreitungswege und legen konvergente genetische Anpassungen in der Seepferdchen-Evolution nahe.Nat Commun.17. Februar 2021;12(1):1094.
Neuigkeiten und Highlights Ziel ist es, die neuesten erfolgreichen Fälle mit Biomarker-Technologien zu teilen und neue wissenschaftliche Errungenschaften sowie herausragende Techniken, die während der Studie angewendet wurden, zu erfassen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 06.01.2022