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Anole Genomes网络研讨会

明天(2020年6月30日),我将举行网络研讨会,介绍我们正在进行的工作 Anolis 基因组。网络研讨会由Dovetail Genomics主持,他提供了我们用于生成高质量基因组序列的核心技术。演讲在美国东部标准时间上午11点举行。如果您想现场观看并有机会提出问题,可以 在这里注册。如果你可以的话’做到了,但仍然想听听我们在做什么,燕尾将 将视频发布到他们的网站上 与该系列的其他演讲者一起。

大陆Anole蜥蜴的本地适应:整合人口历史和基因组-环境协会

图1.南美洲马齿An’最酷的低地anole–从字面上看。图片由Renato Recoder提供。

在外热生物中,环境因素(例如温度和水的可用性)会限制生理和行为表现。因此,物种在变化的环境中的出现可能与局部适应有关。另一方面,实验研究表明,在广泛的环境梯度内,物种内的生理功能可以得到高度保守,这可能与种群基因流的均质化作用有关。 在最近发表的研究中,我们将重点放在广泛的南美an上,以调查物种在不同环境中的发生是否与本地适应有关,以及种群结构和历史是否限制了适应性分化。

根据分子数据,我的合作者和 我以前发现 认为树栖蜥蜴物种已从亚马逊河独立殖民了大西洋森林,随后向南扩展至亚热带地区。就是这种情况 马unc (图1),其范围现在包括从亚马逊地区的温暖和潮湿条件到大西洋森林中凉爽和少雨的气候梯度。 我们的新研究 调查在不同气候中建立物种是否与种群之间潜在的适应性遗传分化有关。为此,我们在成千上万个与限制性酶切位点相关的DNA标记的基础上,进行基因组与环境的关联分析。此外,估计基因流的水平–一种可能会阻止适应性分化的力量–我们在遗传合并框架下进行历史人口统计推断。最后,描述当前被气候变化所占据的气候梯度 奥通曲霉 马尾草 ,我们估计其范围内的气候空间占用率。

遗传结构分析推论出两个小种亚种中亚马逊和大西洋森林的不同种群(图2),表明过去一段时间接触后这些森林的分离有利于遗传差异。在这两个物种中,历史人口统计学分析推断出大的有效种群数量,亚马孙州大西洋森林的中更新世定居以及分居后的种群基因流(图3)。这些结果支持了经常性雨林扩张的假说,这种扩张联系了南美洲北部目前分离的生物群落。

图2.基于来自圆角Anolis(A)的所有SNP以及来自马尾草的所有SNP(B)和仅候选SNP(C)的遗传聚类。地图上饼图中的比例对应于通过遗传聚类分析估计的祖先系数。地图上的灰色区域表示南美的热带雨林。红色箭头表示在圭亚那盾构地区的巴西-委内瑞拉边界的帕卡里马的马尾松采样MTR 20798,该地区在气候上与大西洋森林相似(见图4);在整个SNP数据集中,该样本在基因上与东亚马逊地区样本更相似,但与仅基于候选SNP的大西洋森林样本更相似。

图3.推算Antons ortonii(A)和P. punctatus(B)的种群历史(来自SNAPP)和历史人口统计参数(来自G-PhoCS)。参数是人口之间的合并时间(百万年,Mya),有效人口规模(百万个人,M)和迁移率(每代移民中的迁移率,m / g)。末端的颜色与图2中的遗传簇相对应。

基因组与环境的关联分析发现39个基因座中86个SNP的等位基因频率与新疆的气候梯度显着相关 马尾草 。在候选基因座中,有11个唯一定位到参考基因组的已知蛋白质编码基因 Carolinensis;两个非特异性地映射到四个以上的基因;其余的则映射到非编码区域,该区域可能对应于调节基因表达的区域或与选择基因发生物理连接的区域。如果是 奥通曲霉 ,没有SNP与空间温度和降水变化相关。与种群结构和历史有关的限制似乎不足以解释两种Anole物种之间适应性的差异。相反,这种差异可能与气候空间占用范围内物种的差异有关(图4)。

图4.基于气候PC1的Anolis ortonii和A. punctatus沿纬度的环境空间占用量。遗传分析中使用的样品用黑点表示。较高的PC分数对应于较干燥和较冷的站点。虚线表示由先前研究确定的大西洋森林中明显的南北气候转换的区域。红色箭头表示来自圭亚那盾构地区的中海拔站点(海拔820 m)Pacaraima的马尾松毛虫MTR 20798,其气候与大西洋森林站点(水平轴)重叠。请注意,这两个物种在亚马逊地区和北大西洋森林中经历的气候基本相似,但马尾草位于凉爽,湿润程度较低的地方,而南部大西洋森林中却没有奥通氏菌。

在中鉴定的候选基因 马尾草 在能量代谢,免疫,发育和细胞信号传导中起着至关重要的作用,提供有关生理过程的见解,这些生理过程可能会根据气候条件进行选择。与我们的研究类似, 蜥蜴的其他调查 发现居住在形成对比的栖息地的种群之间,与生态相关的生理过程基础的等位基因频率存在差异。这些例子支持以下假设:适应较冷的气候在整个Anole类群的范围扩展中发挥了至关重要的作用,包括跨越海拔和纬度梯度的大陆和加勒比海形式。

香or确实发现这种隐秘的彩色雨林anole确实具有挑战性。图片来自Miguel T. Rodrigues。

这项调查说明了基于基因组-环境关联分析的适应性研究如何从受调查物种对景观占领历史的了解中受益。有关种群结构和历史的数据可以提供有关基因流动和自然选择如何相互作用以及影响种群遗传分化的见解。此外,有关新栖息地定植的方向和路线的信息可以支持空间采样设计,有助于表征景观梯度,并支持有关生物体如何响应空间环境变化的假设的表述。

要了解更多:

赞我 ,Penna A.,Rodrigues M.T.,Carnaval A.C.(2018)。 大陆Anole蜥蜴的局部适应:整合种群历史和基因组-环境关联. 生态与进化,早期在线查看。

遗传学 Anolis 蜥蜴尾巴再生:(重新)产生主要的互联网嗡嗡声

具有再生尾巴的Anolis  卡罗莱那州 二重奏。图片来源:乔尔·罗伯逊。

具有再生尾巴的Anolis 卡罗莱那州 二重奏。图片来源:乔尔·罗伯逊。

该博客的读者非常了解蜥蜴的尸体解剖–尾巴自我截肢–通常是由于亚致命捕食引起的。该博客的读者也熟悉许多蜥蜴在自动解剖后重新生成新尾巴的迷人能力。蜥蜴是与人类最接近的亲戚,它们可以在成年阶段再生出功能齐全的附肢,并且了解这一过程的分子基础可以阐明哺乳动物的潜在再生能力。本周在PLOS ONE(哈钦斯等。 2014年)提供了有关蜥蜴尾巴再生的遗传机制的初步见解, Carolinensis 作为一个模型。通过高通量测序从再生绿色小尾巴中提取RNA,并将这些序列映射到 卡罗林 作者描述了基因组中再生过程中表达的基因,为未来人类疗法的潜在靶标提供了线索。

免责声明:尽管我确实在Kusumi实验室与作者合作,但我不是该论文的作者。

虽然在成年期再生完全功能性附肢的能力可能在动物中具有很深的同源性,但在整个脊椎动物中却并非一致。鱼,如斑马鱼模型(Gemberling等。 2013年)和两栖动物,例如sal模型(Knapp等。 2013年)可以再生四肢和尾巴,这表明虽然祖先的脊椎动物具备了这种能力,但哺乳动物似乎在进化过程中却以某种方式失去了这种能力。进化假说正好解释了为什么某些分类群失去再生成年附肢的能力的广泛而广泛的范围,从随机的到生态学的适应性折衷,范围广泛。 Bely和Nyberg,2010年 )。

但是,为什么蜥蜴仍然是强大的再生器,而哺乳动物却只留着再生棒的短端,这是最近的(即遗传)原因?

探索 Anolis Y染色体

历史上,性染色体是通过在光学显微镜下检查染色体分布并寻找形态上不同或异形的染色体对(通常是X和Y或Z和W)来鉴定的。然而,在许多动物群中都没有异形性染色体鱼,两栖动物和蜥蜴,因此很难确定具有遗传性别决定性的物种是否具有XY或ZW系统。结果,研究 staustinreview.com 在这些人群中,隐性或同态性染色体盛行的进化枝中性染色体进化的障碍已被这些群体中缺乏确定的性染色体所阻碍。需要新的方法来找到这些物种中的性染色体,并加深我们对同态性染色体生物学,性决定系统的进化以及性染色体整体进化模式的了解。

大卫·扎克沃(David Zarkower)I 在刊登新闻 分子生态资源 该研究使用高通量DNA测序技术来鉴定性别特异性遗传标记,以揭示缺乏异形性染色体的物种中的性染色体系统。我们正在使用一种新开发的DNA测序技术,称为限制性位点相关DNA测序或RAD-seq。 RAD-seq序列位于分散在整个基因组中的非常特定的DNA序列(限制性酶识别位点)两侧的DNA,产生数以万计的遗传标记。 RAD-seq是一种探索“非模型”物种遗传变异的强大技术,因为它不需要完整的基因组序列,需要相对适中的测序能力,甚至可以检测个体之间的微小遗传差异。我们正在使用RAD-seq进行以下操作:1)识别性别特异性分子标记(即,在一种性别的个体中发现的DNA片段,而另一种性别则没有),以及2)使用这些标记物来确定某物种是否具有XY或ZW性染色体。具有雄性特异标记的物种将具有XY系统,而具有雌性特异标记的物种将具有ZW系统。

我们对使用RAD-seq筛选各种脊椎动物物种的性染色体感兴趣,但首先希望使用具有已知性别决定机制的物种验证该技术。我们选择了绿色的anole(Carolinensis ) 因为它是 X和Y染色体很小且同态 。 因此 卡罗林 性染色体应提供对该技术的严格测试以及 Anolis 提示使用这种技术在其他具有同性性染色体的人群中可能具有广泛的用途。

我们对7位男性和10位女性进行了RAD-seq 卡罗林 并回收了一种男性特异性分子标记。我们使用PCR证实了该标记是男性特异性的,并且还发现该遗传标记在其他一些基因中是保守的 Anolis 物种,证实这些物种的Y染色体之间具有同源性( Anolis 以前已经在Anole Annals上讨论了性染色体同源性 1, 2)。这些结果凸显了RAD-seq作为以快速,经济高效的方式发现大量物种的性染色体系统的工具的潜在实用性。

对Anolis  卡罗莱那州 中雄性特异性RAD-seq标记的PCR验证。

对Anolis 卡罗莱那州 中雄性特异性RAD-seq标记的PCR验证。

除了学习 Anolis 性染色体我们鉴定出的男性特异性分子标记可用于许多人的性行为 Anolis 物种使用简单的基于PCR的分析,特别是物种 卡罗林 组和Norops分支。这样可以在第二性征出现之前(例如在胚胎中)识别出自己的性别,从而有助于对性二态性表型的发育研究。性二态性对 Anolis 生态学和进化论以前已经被检查过(1, 2, 3, 4),但当然还有很多东西要学,尤其是关于性二态性状如何发展和进化的知识。性能力 Anolis 胚胎是推进这项研究的重要一步。

采样物种之间的亲缘关系说明了在选定的Anole物种中rtdr1y基因的性别特异性扩增。常染色体基因kank1在所有反应中均用作内部阳性对照。标有“ NS”的条带是非特异性PCR产品。

采样的Anole之间的亲缘关系说明了在所选Anole物种中rtdr1y基因的性别特异性扩增。常染色体基因kank1在所有PCR反应中均用作内部阳性对照。标有“ NS”的条带是非特异性PCR产品。

重建Anole性染色体的历史

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乔治·高曼(Dominica)

在1960年代和70年代’的进化细胞遗传学经历了极大的兴趣和研究。很大程度上要归功于乔治·戈曼(George Gorman)(右)和比较动物学博物馆的其他工作,在这一研究中,Anoles起了核心作用(一些历史细节 先前已发布在AA上)。他们的发现包括异质性染色体的出现,这是在显微镜下可明显区分的性染色体。 Anolis 种而不是其他。此外,高曼和同事发现 Anolis 具有异型性染色体的物种都具有雄性异配子,其中一些具有XX / XY系统,而另一些具有XXXX / XXY系统。来自近100个染色体 Anolis 在此期间检查了两个物种,其中约1/3的物种具有异型性染色体。 1980年,人们对染色体进化的兴趣减弱了’随着DNA序列数据的可访问性越来越高,但最近又有了部分性染色体的复兴。

Ensemble现已提供ASU绿色Anole基因组重注释

绿色anole(Anolis  卡罗莱那州 )。照片由Karla Moeller提供。

绿anole(Carolinensis)。照片由Karla Moeller提供。

集成发布71 包括许多更新 Carolinensis,包括增加了亚利桑那州立大学(ASU) Anole基因组计划 注释最近发布于  BMC基因组学  (Eckalbar等,2013)。此版本包括更新的Ensembl基因集和来自许多组织的对齐的RNA-Seq数据,这些组织包括胚胎,肺,肝,心脏,去皮,骨骼肌,肾上腺,卵巢和大脑,这些已添加到跟踪查看器中。这些RNA-Seq数据来自各个组织以及ASU重新注释或“Anole Genome Project”可以在Ensembl基因轨道的正下方查看,如 这个例子 .

Anoles(和短吻鳄)对脊椎动物的进化提供了新的观点

脊椎动物的关键特征之一是骨干,它是在发育过程中通过称为“体发生”的钟状分割过程形成的。我们对控制体细胞发生的基因了解的大部分内容仅来自对4种脊椎动物的研究-小鼠,鸡,非洲爪蛙(非洲爪蟾)和斑马鱼。到目前为止,从非禽类爬行动物的角度来看,我们还没有一个很好的了解体发生的进化的窗口。绿色anole( Anolis   卡罗莱那州 )现在以5 分子发育研究的模型系统。

在最近发表的论文中(Eckalbar等, 发展生物学, 2012),我们已经证明,绿色的Anole胚胎与小鼠和鸡一样,也具有羊膜,具有共同的体细胞发生的分子特征。出乎意料的是,绿色小圆环还保留了与非羊膜物种匹配的表达模式,  非洲爪蟾  和斑马鱼,它们已经丢失在老鼠和小鸡中。美国短吻鳄(密西西比鳄鱼皮),与鸟类一起归类为Archosauria,在肛门和鸡之间的体细胞发生特征中处于中间。这些发现改变了我们对羊膜祖先的骨干发育中发生的事情的看法,羊膜祖先是第一只完全适应陆地生命的脊椎动物。

对于那些在anole研究界的人来说,RNA-Seq转录组数据集(Illumina HiSeq2000; 28和38个somite-pair阶段)已经与本文一起发布。转录组数据链接可在以下网址找到:  基因组  门户,也可以直接从 NIH基因表达综合。我们旨在获得更多的转录组序列  Anolis  2012年的研究社区。

Genbank 上的Anoles

随着最近 的顺序 Carolinensis 基因组  and 汤姆’s recent post 关于其他物种的资源,我想知道有多少DNA序列可用于肛门?为了回答这个问题,我从 Anolis 和其他属现在被认为是 Anolis (Norops,Chamaeleolis,Chamaelinorops, 霸王龙)在NCBI上’s popular GenBank 数据库。我找到  Genbank ‘的核苷酸数据库包含29个以上的独特anole序列。毫不奇怪,最多的序列(25,973)来自 卡罗林。其余序列分为216种Anole物种。卡罗来纳州之后的顶级物种是: 克鲁吉 (433), Distichus (378), 萨格里 (351)和 cristatellus (328)。其他人会对这些总数感到惊讶吗?我会猜到的 萨格里 将是第二。我认为 A.distichus 在未来几年内至少会翻番,部分是因为我’我本人从这个物种上做了很多测序。

仅29种物种由10多个序列表示,GenBank中216种物种的一半由单个(通常是线粒体)序列表示。这些数据的可用性凸显了我们在其余的其余的阳极多样性问题上提出进化和生态问题的前景,同时也凸显了如果我们有兴趣进行广泛的属类比较,那么未来的工作量很大。诚然,Genebank落后于当前的研究,因为我们大多数人仅在发表时发布序列(在未来几年中,我们将添加数百个序列)。

当您结合三只蜥蜴和一只鸡时,您会得到什么?

Carolinensis (http://www.birderslounge.com/2008/07/green-anole-amore/), A. marmoratus (from willy.ramaekers flickr: http://www.flickr.com/photos/27048739@N02/), 沙 (from Pierson Hills flickr: http://www.flickr.com/photos/nclarkii/), chickens (from http://ww.animalpicturesarchive.com/)

用于从中测序核基因座的新引物 Anolis !

长期以来,基因组基因座可用于测序一直是非模型分类单元进化推理的主要绊脚石。例如,在肛门中,几十年的工作几乎完全依赖于线粒体DNA。作为Anole基因组测序计划的一部分,我的实验室小组与Broad 在 stitute合作,鉴定了保守引物,这些引物可用于从各个基因扩增核基因座 Anolis 。我们最终测试了200多个引物对,其中大多数是通过比较 Carolinensis 来自两个相关蜥蜴的基因组数据(mar)和鸡肉(其他人来自 杰克曼实验室的最新工作 )。

Anole基因组论文的媒体报道

大卫·斯科特(David E.Scott)/南卡罗来纳州艾肯市萨凡纳河生态实验室摄

We’ll尝试使这篇文章保持最新状态,并提供指向Anole基因组论文的链接(请使用注释告诉我们新文章的出现!):

评论:   科学2.0 为什么进化是真的 性质 国家地理, 尘迹 myFDL (您对进化论持怀疑态度吗?)

新闻稿和摘要: 博大研究所新闻稿 彭博社 , 哈佛宪报 重轨 , 国际商业时报 (and 一些有趣的chat不休 关于这篇文章),  真相潜水 , io9, R&D Daily, GenomeWeb日报

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