GENOMEVOLUTION
natur
KOMMUNIKATIONER
Genomsekvenser avslöjar globala spridningsvägar och föreslår konvergenta genetiska anpassningar i sjöhästs evolution
PacBio |Illumina |Hi-C |WGS |Genetisk mångfald |Demografisk historia |Genflöde
Pacbio sekvensering, genom de novo montering och anteckningstjänster tillhandahålls av Biomarker Technologies.
Höjdpunkter
1. Ett sjöhästgenom på kromosomnivå av hög kvalitet (Hippocampus erectus) med en kontig N50 på 15,5 Mb erhölls.
2.Totalt 358 genom från 21 sjöhästarter världen över sekvenserades.
3. Sjöhästar som utvecklats under den sena oligocenen och efterföljande cirkum-globala kolonisationsvägar identifieras och kopplas till förändrad dynamik i havsströmmar och paleotemporala sjövägsöppningar
4. Den genetiska grunden för den återkommande adaptiva fenotypen "beniga ryggar" är kopplad till oberoende substitutioner i en nyckelutvecklingsgen.
5. Rafting via havsströmmar kompenserar för dålig spridning och snabb anpassning underlättar kolonisering av nya livsmiljöer
Prestationer
Fig. 1 Genetisk mångfald och fylogenetiska samband för 358 sjöhästexemplar
aGeografiska provtagningsplatser för provtagna sjöhästar med mönster av nukleotiddiversitet (π) av de 21 sjöhästarterna över 22 kromosomer.b Angränsande träd konstruerat med genomomfattande SNP:er av 358 sjöhästar.Platsstiftsymboler i (a) och grenbakgrund i (b) motsvarar varandra.
Fig. 2 Kolonisering och demografisk historia av sjöhästar
aFylogenetiska träd- och divergenstidsuppskattningar för 21 sjöhästarter.Grenlinjetjockleken motsvarar populationsstorleksberäkningarna (Ne) och färger indikerar olika linjer.Symbolerna I–III indikerar kalibreringspunkter.b–d Förutspådda kolonisationsvägar (färgade pilar) för sjöhästar baserat på divergenstid, utbredning, vikarianshändelser och havsströmmar (vita pilar).b Den indo-australiska skärgården var ursprungscentrum (röd markering) för släktet Hippocampus innan sjöhästar diversifierades och spreds globalt 18–23 Ma.c Sjöhästar koloniserade till en början Atlanten genom den öppnande Tethyanska sjövägen, som, efter dess stängning (Terminal Event under 7–13 Ma), skilde denna Tethyan-linje från dess Indiska Oceanens systerlinje.Den senare diversifierades snabbt (gul markering) i Arabiska havet och etablerade ett andra centrum för diversifiering av sjöhästar.d En andra sjöhästkoloniseringshändelse av Atlanten inträffade från Indiska oceanen cirka 5 Ma genom att passera den sydafrikanska spetsen och slutligen anlända till östra Stilla havet genom den fortfarande öppna Panama-havsvägen cirka 3,6 Ma.
Fig. 3 Genflöde och fluktuationer i den effektiva populationsstorleken
aGenflöde upptäckt mellan arter som lever i södra Atlanten.Genflöde visas nära de vita linjerna som migrationshastighet härledd av G-PhoCS.Pilarnas tjocklek och riktning motsvarar hastigheten och genflödets riktning.b Fluktuationer i effektiv populationsstorlek genom PSMC.X-axeln representerar tiden i år före nuvarande medan y-axeln representerar den effektiva populationsstorleken.Kartorna är organiserade huvudsakligen efter den geografiska fördelningen för var och en av arterna med olika utbredningsområden.c Havsnivåförändringar under de senaste 1 miljon åren i meter33.Den gula linjen indikerar den sista globala interglaciala toppen medan den cyan nyansen indikerar den sista glaciala maximala perioden.
Fig. 4 Ryggarnas utveckling.
aTill vänster, artträd som visar den oberoende utvecklingen av ryggar hos sjöhästar.Grenlängden anger antalet substitutioner per plats.Fyra taggiga sjöhästarter är markerade i blått.Tjockare grenar motsvarar högre frekvenser av icke-synonyma-till-synonyma substitutioner (dN/dS) för bmp3-genen.Kanoniskt och generaliserat McDonald och Kreitman-test (MKT) för bmp3-genen utfördes för tre parvisa systerarter med divergerande taggiga och icke-taggiga egenskaper framhävda av bakgrundsfärger, vars signifikansnivåer indikerades med p-värde med blått respektive rött teckensnitt.Till höger, jämförelse av aminosyrasubstitutioner i bmp3-protein, polymorfa och fixerade substitutioner hos taggiga sjöhästar indikeras med röda respektive blå cirklar.b Fördelning av dN/dS-värden i bmp3 hos taggiga sjöhästar jämfört med icke-taggiga arter.c Oberoende utveckling i det fylogenetiska trädet rekonstruerat för proteinet som kodas av bmp3.d Helmonterad in situ hybridisering av bmp3 i Hippocampus erectus.
Referens
Li C et al.Genomsekvenser avslöjar globala spridningsvägar och föreslår konvergenta genetiska anpassningar i sjöhästs evolution.Nat Commun.2021 17 februari;12(1):1094.
Nyheter och höjdpunkter syftar till att dela de senaste framgångsrika fallen med Biomarker Technologies, fånga nya vetenskapliga landvinningar såväl som framstående tekniker som tillämpas under studien.
Posttid: Jan-06-2022