DNA methylation and its role in regulating seasonal timing of reproduction and phenotypic plasticity

Å forstå hvordan individ og populasjoner er tilpasset miljøet de befinner seg i og hvordan de kan tilpasse seg miljøendringer er en av de største utfordringer i biologien i dag. Fenotypisk plastisitet, dvs hvordan en genotype endrer sin fenotype i forhold til miljøfaktorer, er en viktig mekanisme. Vi vet derimot lite om hvilke genetiske faktorer som regulerer fenotypisk plastisitet men DNA metylering kan spille en viktig rolle. Formålet med dette prosjektet har vært å se nærmere på hvilken rolle DNA metylering har i regulering av fenotypisk plastisitet i fenologi av hekketidspunkt og plastisitet i hekketidspunkt. Vi har brukt eksperiment på seleksjonslinjer av kjøttmeis til å undersøke endringer i DNA metylering over tid og hvordan endring i DNA metylering er koplet til endring i gen uttrykk, samt hvordan disse er linket til når kjøttmeisen reproduserer. Resultatene våre peker på at DNA metylering i tidligere kjente gener som er involvert i reproduksjon kan være viktige for gen regulering. Vi har også studert DNA metylering i naturlige populasjoner av gråspurv hvor vi også har undersøkt om det er endringer i DNA metylering i forhold til når de hekker. Gråspurven er en interessant art fordi den har opptil 3 kull per år og vi forrventer dermed sterkere sesongvariasjon i metylering enn i kjøttmeis som har vanligvis bare ett. Våre resultat viser at DNA metylering er en viktig mekanisme som sammen med genetisk variasjon er med og styrer når en art reproduserer. Dette er viktig informasjon fordi hekketidspunkt er et av de trekkene som er mest påvirket av klimaendringer og vi trenger derfor en bedre forståelse av hvilke mekanismer som styrer dette.

Dette prosjektet har identifisert DNA metylering som en genetisk mekanisme som er med på å regulere når i sesongen kjøttmeis reproduserer. Dette er viktig informasjon fordi vi har en dårlig forståelse for hvilke genetiske faktorer som er med på å regulere fenotypisk plastiske trekk slik som hekke tidspunkt. Vi viser att endringer i DNA metylering på kjente gener som styrer reproduksjon kan endre gen uttrykket og dermed når egg produseres.

Understanding how populations are adapted to the environment they occupy and how they can remain adapted if the environment change is a fundamental goal in evolutionary biology. Recent studies have highlighted the importance of phenotypic plasticity, the change in phenotype in different environments of a genotype, as one of the main mechanisms for adapting to changes in the environment. While phenotypic plasticity is often considered a non-genetic response, recent studies have demonstrated that the degree to which individuals can adjust their phenotype to match the environment can have a genetic component. Growing evidence suggests that epigenetic mechanisms such as DNA methylation, which are chemical marks added to the DNA, may play a important role in phenotypic plasticity. Despite the central role of phenotypic plasticity in allowing adaptation in natural populations epigenetic studies of plasticity are lacking. The main goal of this project is to fill this gap. I will do this using a unique approach combining experimental work in the wild with novel genomic techniques in the form of methylation tiling arrays to examine the importance of methylation in phenotypic plasticity. These experiments will use two avian model species (house sparrow and great tit) with well-characterized ecological information and genetic/genomic resources (SNP arrays and genome sequence). The combination of genomic approaches and traditional experimental techniques to examine the role of epigenetic effects on phenotypic plasticity in non-model organisms puts the research at the forefront of the emerging field of ecological epigenetics. The proposed research should therefore greatly contribute to our understanding of the role of epigenetic factors in phenotypic plasticity and hence the adaptive potential of species to cope with environmental change. The outcome of the study will therefore be of great interest toe be of great interest to the scientific community, public and policy makers.