Phylogeography and historical introgression in Stickleback fishes

Näytä kaikki kuvailutiedot

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4085-2
Julkaisun nimi: Phylogeography and historical introgression in Stickleback fishes
Tekijä: Wang, Cui
Muu tekijä: Helsingin yliopisto, bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta, biotieteiden laitos
Opinnäytteen taso: Väitöskirja (artikkeli)
Tiivistelmä: Pleistocene glaciations have profoundly influenced the genetic diversity of organsims in the Northern Hemisphere. Large ice sheets covered vast areas of the Eurasian continent, driving species southward to different isolated refugia, often resulting in deep divergences within species. Phylogeographic studies carried out on Pungitius species based on mitochondrial DNA (mtDNA) support profound intraspecific genetic divergence in refugia during glaciation cycles. However, compared to species distributed at lower latitudes, those distributed at higher latitudes may have also occurred in cryptic refugia in periglacial areas during glaciations, complicating the inferences of the phylogeographic patterns of the fish species with a circumpolar distribution, such as the Pungitius sticklebacks. Moreover, comprehensive phylogenetic studies of Pungitius species have been lacking in the sense that not all extant species have been included into analyses. In this dissertation, I carried out phylogeographic studies on seven Pungitius species using both mtDNA and genome-wide nuclear SNP markers, with worldwide sampling of populations to shed light on intra- and interspecific divergence in this genus, as well as to study their historical demography and interspecific hybridization. By sequencing five mtDNA regions, I found six highly divergent Pungitius lineages including those corresponding to P. pungitius, P. platygaster, P. tymensis and P. kaibarae, and two independent monophyletic lineages of P. laevis. I also found a third lineage of P. laevis that clustered together with P. pungitius. To understand whether this clustering of the P. laevis lineage III and P. pungitius mtDNA was a result of convergence or interspecific introgression, I conducted phylogeographic and population genetic analyses using both mtDNA and nuclear gene sequences. The results indicated asymmetric mitochondrial introgression from P. pungitius to P. laevis and genetic admixture of these species. Hence, the results suggest that the P. laevis lineage III has experienced historical hybridization. Deep intraspecific mitochondrial divergence was found within P. laevis in central and southern France, coinciding with major drainages, suggesting that these areas correspond to distinct glacial refugia for the species explaining the observed intraspecific divergence. To further clarify evolutionary relationships between different Pungitius species and populations, as well as to study the prevalence and extent of introgression among recognized species, phylogenomic datasets were constructed from restriction-site associated DNA in combination with mitochondrial genomes. All divergences in the Western Palearctic were estimated to have occurred during the Pleistocene (≤ 2.6 Ma). The phylogenetic patterns suggest a major split in Pungitius genus occurred early in history, resulting in an East Asian group (P. kaibarae, P. tymensis, P. sinensis) and European - North America group (P. hellenicus, P. platygaster, P. laevis and P. pungitius). The genus probably originated from the Western Pacific and spread to Europe and North America through the Arctic Ocean in several waves after the opening of the Bering Strait. Four cases of incongruence between nuclear and mtDNA-based trees revealed evidence for frequent hybridizations and mitogenome capture during the evolutionary history of this genus. Further analyses of these four cases of cytonuclear incongruence also revealed evidence for nuclear introgression, but the estimated levels of autosomal introgression were low.Pleistoseenijääkausilla oli suuri vaikutus eliöiden geneettiseen monimuotoisuuteen pohjoisella pallonpuoliskolla. Suurien jäämassojen kattaessa laajoja alueita Euraasian mantereesta, eliöt olivat pakotettuja vetäytymään etelämmäksi refugioihin, missä tapahtui lajin sisäistä geneettistä erilaistumista. Näin tapahtui myös Pungitius-piikkikalojen kohdalla: mitokondrio-DNA (mtDNA) analyysit indikoivat että eteläisiin refugioihin eristäytyneet populaatiot erilaistuivat toisistaan geneettisesti jääkausien aikana. On kuitenkin mahdollista, että Pungitius-suvun lajeja on voinut esiintyä myös pohjoisemmassa lähellä mannerjään reunaa, ns. periglasiaalisissa refugioissa. Tätä ei ole kuitenkaan tutkittu ja aiemmat fylogeografiset tutkimukset suvussa ovat pohjanneet rajalliseen määrään merkkigeenejä, sekä varsin puutteelliseen otantaan niin lajin sisäisissä kuin myös lajien välisissä vertailuissa. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena oli tutkia Pungitius-suvun fylogeniaa, fylogeografiaa ja erilaistumista mtDNA:n ja nukleääristen merkkigeenien avulla pohjaamalla analyysit kattavaan maailmanlaajuiseen otantaan. Sekvensoimalla viittä mtDNA-aluetta, löysin kuusi selkeästi erilaistunutta Pungitius-lajia mukaan lukien P. pungitius, P. platygaster, P. tymensis ja P. kaibarae, sekä kaksi erillistä monofyleettistä P. laevis- haaraa. Löysin myös kolmannen P. laevis –haaran (linja III), joka ryhmittyi yhteen P. pungitiuksen kanssa. Saadakseni selville oliko tämä linjan III ja P. pungitius mtDNA:n samankaltaisuus seuraamusta lajien välisestä risteytymisestä (introgressiosta), tein jatkotutkimuksia nukleäärisillä merkkigeeneillä. Tulokset todensivat epäsymmetrisen mitokondrio-introgression P. pungitiuksesta P. laevikseen, mikä viittaa historialliseen risteytymiseen lajien välillä. Eri P. laevis linjojen voimakas geneettinen erilaistuminen Ranskassa indikoi alkuperää useammissa periglasiaalisissa refugioissa, sekä mahdollisuutta että P. laevis koostuu itse asiassa useammasta kuin yhdestä erillisestä lajista. Eri Pungitius-lajien ja populaatioiden evoluutiivisten sukulaisuus-suhteiden ja historian selkeyttämiseksi analysoin myös geneettistä erilaistumista nukleotidimuuntelussa koko genomin tasolla isossa maailmanlaajuisessa otoksessa Pungitius-näytetteitä. Tulokset viittaavat siihen, että Pungitius-suku on lähtöisin Länsi-Tyynenmereltä, ja kolonisoi Pohjois-Atlantin ja Euroopan useassa eri aallossa Jäämeren kautta Beringin salmen avautumisen jälkeen. Fylogeeneettiset anaalyysit erottelivat varhain erkaantuneen Itä-Aasian ryhmän (P. kaibarae, P. tymensis, P. sinensis) nuoremmista Euroopan ja Pohjois-Amerikan ryhmistä (P. hellenicus, P. platygaster, P. laevis ja P. pungitius). Euroopassa tavattavien lajien erkaantuminen on tapahtunut Pleistoseeni-kauden (≤ 2.6 miljoonaa vuotta) aikana. Analyysit paljastivat myös neljä tapausta joissa nukleäärinen ja mtDNA fylogeniat olivat keskenään konfliktissa: nämä tulkittiin seuraamuksiksi lajien välistä historiallisista risteymistä. Näiden tapausten yksityiskohtaisemmat analyysit paljastivat, että mtDNA:ta lukuun ottamatta, risteymissä lajista toiseen oli siirtynyt hyvin vähän geneettistä ainesta.
URI: URN:ISBN:978-951-51-4085-2
http://hdl.handle.net/10138/232381
Päiväys: 2018-03-09
Avainsanat:
Tekijänoikeustiedot: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Tiedostot

Latausmäärä yhteensä: Ladataan...

Tiedosto(t) Koko Formaatti Näytä
phyleoge.pdf 1.461MB PDF Avaa tiedosto

Viite kuuluu kokoelmiin:

Näytä kaikki kuvailutiedot