To be or not to be a Queen : Caste-specific gene expression patterns in ants

Visa fullständig post



Permalänk

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1327-6
Titel: To be or not to be a Queen : Caste-specific gene expression patterns in ants
Författare: Morandin, Claire
Medarbetare: Helsingfors universitet, bio- och miljövetenskapliga fakulteten, biovetenskapliga institutionen
Utgivare: Helsingin yliopisto
Datum: 2015-09-11
Språk: en
Permanenta länken (URI): http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1327-6
http://hdl.handle.net/10138/156122
Nivå: Doktorsavhandling (sammanläggning)
Abstrakt: Understanding how the interaction of genotypes and environment may result in distinct phenotypes from similar sets of genes is a central theme in evolutionary biology. Social insects have been important study organisms for this question, with sociality evolving in parallel in unrelated taxa. The defining feature of advanced sociality, the separate reproductive queen and non-reproductive worker castes of social insects, is central to social evolution. Queens and workers share, most of the time, a similar genome, suggesting that the basis of this dimorphism must result from differences in expression of the same genes. Furthermore, workers forgo their own reproduction to help raise the offspring of the queen, thus queen and worker genes are expected to experience natural selection in unique ways. Yet, the regulatory architecture that governs queen and worker phenotypes remains largely unknown in social insects. This thesis demonstrates the plasticity of caste-biased expression patterns in ants at several levels. It shows that few genes retain their caste-biased expression patterns across closely related species, lineages, or development stages. For the first time, this thesis shows that biological functions, through conserved sets of genes, are strongly associated with caste phenotypic differences across the ant phylogeny. These sets of genes also appear to be co-opted for other types of key social phenotypes and likely serve as building blocks of phenotypic innovation. My thesis furthermore focuses on the interactions between caste-biased expression patterns and rates of molecular evolution to comprehend the origins and results of caste-biases. The work presented in this thesis shows that evolutionary constraints strongly affect evolutionary rates of protein-coding genes, gene expression evolutionary stability, and the ability of a gene to become caste-biased. These constraints are significant features that have been greatly under-appreciated in previous studies. The work in this thesis takes advantage of the power of genomic methodologies and technologies to provide new insights into mechanisms of social evolution, and the evolution of plastic gene expression in a more general framework. It builds on existing knowledge to provide the field of social insect research with novel concepts (e.g. co-expressed network) to understand the molecular mechanisms behind the origin and the maintenance of the two female castes.Genotyypin ja ympäristön yhteisvaikutusten kyky tuottaa samasta genotyypistä erilaisia ilmiasuja on evoluutiobiologian keskeinen teema. Sosiaalisuuden toistunut evoluutio eri hyönteisryhmissä on ollut tärkeä malli tämän ymmärtämiseen. Sosiaalisten hyönteisten erilaistuneet työläis- ja kuningatarkastit ovat tämän prosessin keskeinen osa. Työläiset ja kuningattaret ovat yleensä geneettisesti identtisiä, joten kastierot syntyvät geenien säätelyn ja ekspression seurauksena. Koska työläiset eivät itse lisäänny vaan kasvattavat kuningattaren jälkeläisiä, vaikuttaa luonnonvalinta kasteihin eri tavoin, mutta kastien eroavien ilmiasujen geneettisen säätelyn evoluutio on kuitenkin puutteellisesti tunnettua. Väitökirjatyöni osoittaa kastien välisten geeniekspressioerojen vaihtelevan monella eri tasolla. Hyvin harvat geenit ilmenevät samalla lailla kastispesifisti eri sosiaalisessa hyönteisryhmissä. Tämän lisäksi vaihtelu on suurta myös lähisukuisten muurahaislajien välillä, ja jopa saman lajin eri elämänvaiheiden välillä. Työni osoittaa ensimmäistä kertaa että kastien välisiä eroja säätelevät geenien toimintaa on syytä tarkastella evolutiivisesti konservoituneina ekspressioverkoistoina. Nämä verkostot korreloivat myös muurahaisten muiden sosiaalisten piirteiden kanssa, ja näyttelevät sitenmahdollisesti merkittävää osaa uusien sosiaalisten fenotyyppien synnyssä, eli ns. evolutiivisissa innovaatioissa. Tämän lisäksi työni auttaa ymmärtämään geenien ekspression ja evoluutionopeuden yhteyksiä, ja kastispesifin ekspression syitä ja seurauksia. Geenien evoluutionopeutta sekvenssitasolla rajoittavat tekijät vaikuttavat myös kastispesifin ekspression syntyyn ja senevolutiiviseen vakauteen lajien välillä. Näiden tärkeiden yhteisvaikutusten ymmärrys on aiemmin ollut hyvin rajallista. Työni hyödyntää moderneja genomiikan menetelmiä plastisten ilmiasujen geneettisen säätelyn ymmärtämisessä yleisellä tasolla, ja erityisesti sosiaalisen evoluution mekanismien tasolla. Se tarjoaa sosiaalisen evoluution tutkimukselle aiempien käsitteiden ja metodien oheen uusia, sosiaalisten hyönteisten tutkimuksessa aiemmin hyödyntämättömiä työkaluja (kuten geenien ekspressioverkostot) ja edistää näin työläis- ja kuningatakastien synnyn ja toiminnan ymmärtämistä.
Subject: ecology and Evolution
Licens: Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden.


Filer under denna titel

Totalt antal nerladdningar: Laddar...

Filer Storlek Format Granska
tobeorno.pdf 5.339Mb PDF Granska/Öppna

Detta dokument registreras i samling:

Visa fullständig post