The Genetic Basis of Adaptation and Speciation in Benthic and Limnetic Threespine Stickleback (Gasterosterus aculeatus)

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URI: http://hdl.handle.net/10900/83822
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:21-dspace-838229
http://dx.doi.org/10.15496/publikation-25212
Dokumentart: Dissertation
Date: 2018-08-27
Language: English
Faculty: 7 Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Department: Biologie
Advisor: Jones, Felicity (Dr.)
Day of Oral Examination: 2018-07-06
DDC Classifikation: 570 - Life sciences; biology
Keywords: Anpassung , Elementspeziesanalyse
Other Keywords:
Adaptation
Speciation
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Inhaltszusammenfassung:

Sympatrische benthische (am Grund des Sees lebende) und limnische (im offenen Wasser lebende) Stichlinge entwickelten sich unabhängig voneinander in fünf Seen in Britisch-Kolumbien, Kanada. Da sie sich an unterschiedliche Nischen in ihrem Lebensraum anpassten, divergierten der benthische und limnische Stichlingsökotyp in ihrer Morphologie. Diese Evolution des benthischen und limnischen Stichlingsökotyps fand parallel in allen fünf Seen statt. Die Stichlinge dieser Seen bieten somit ein exzellentes Modell zur Untersuchung, welche Rolle die natürlicher Selektion bei der Speziation und der Anpassung spielt. Obwohl die Ökologie der Speziation und der Anpassung der benthischen und limnischen Stichlinge ausführlich untersucht wurde, fehlen bislang die genetischen Grundlagen dieser Mechanismen. Ich verwendete Gesamt-Genom-Sequenzierung, um die Speziation und Anpassung von benthischen und limnischen Stichlingen in vier Seen (Paxton Lake, Priest Lake, Little Quarry Lake, Enos Lake) in Britisch-Kolumbien, Kanada, zu untersuchen. Benthische und limnische Stichlinge aller vier Seen zeigen parallele genetische Divergenz. Benthische und limnische Stichlingsökotypen waren stark divergierender natürlicher Selektion ausgesetzt, bei der abgeleitete und angestammte Allele in jeweils einer der Stichlingsökotypen selektiv favorisiert wurden. Im benthischen Ökotyp wurden erheblich mehr Genomregionen selektiert als im limnischen Ökotyp. Indem ich unterschiedliche statistische Ansätze kombinierte, identifizierte ich mit noch nie dagewesener Auflösung Genomregionen, die zur Anpassung des benthischen und limnischen Ökotyps beitragen. Dies ermöglicht mir die Identifizierung und Charakterisierung von Genen, die für die Anpassung der Ökotypen wichtige phänotypische Merkmale und biologische Prozesse kontrollieren. Durch die Verwendung von high-density genetischen Markern, die durch die Sequenzierung des gesamten Genoms generiert wurden, untersuchte ich die Abstammung der benthischen und limnischen Ökotypen und leitete daraus ein demographisches Modell für die benthischen und limnischen Stichlinge im Paxton Lake ab. Die benthischen und limnischen Stichlinge im Paxton Lake entstanden durch allopratrische Speziation gefolgt xii von sekundärem Kontakt, wobei die Populationsgröße jeweils vor 5.000 und 7.000 Jahren reduziert wurde. Ich verwendete RNA-Sequenzierung, um die Divergenz in der Genexpression zwischen dem benthischen und limnischen Ökotyp im Paxton Lake zu erforschen und deckte auf, dass genetische Veränderungen in cis-regulierenden Elementen eine wichtige Rolle in der Anpassung von benthischen und limnischen Ökotypen spielte. Bisherige Studien zeigten, dass benthische und limnische Stichlingsökotypen im Enos Lake auf Grund von erhöhter Hybridisierung in einen Hybridschwarm „kollabiert“ waren. Die genetischen Grundlagen dieses Prozess sind jedoch größtenteils unbekannt. Durch Untersuchung der Gesamt-Genom-Sequenzierdaten zeigte ich, dass der Zusammenfall des Artenpaars im Enos Lake früher begann als bisher vorhergesagt wurde. Einige Genomregionen wurden bei diesem Prozess homogenisiert, andere nicht. Letzteres ist möglicherweise auf anhaltende divergente Selektion und/oder geringe Rekombinationsraten dieser Regionen zurückzuführen.

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