Tilbake til søkeresultatene

FRIMEDBIO-Fri prosj.st. med.,helse,biol

TRANSPOSE: Transposable elements as agents of genome evolution and adaptation following a recent whole genome duplication

Alternativ tittel: TRANSPOSE: Transposable elementer og genomevolusjon i laksefisk

Tildelt: kr 12,5 mill.

Transposable elementer (TEer) er vanlig forekommende mobile sekvenser som kan ha stor evolusjonær betydning for en art. Nyere forskning har vist at de kan endre regulering av genuttrykk og forårsake større strukturelle endringer i genomet. Laksefiskene en bred utbredelse og har tilpasset seg svært ulike miljøforhold. De representerer derfor et godt modellsystem for å forstå hvordan repetert DNA inkludert TEer medvirker til evolusjon av genomenes struktur og funksjon, og dermed hvordan de er med på å skape nye egenskaper og tilpasninger. I tillegg har laksefisk et spesielt kjønnsbestemmende gen som kan være plassert på ulike kromosomer fordi det er «pakket inn» i repetert DNA. Dette utnytter vi i TRANSPOSE til å studere evolusjon av kjønnskromosomer. For å forstå evolusjonær betydning av repetert DNA i laksefisk, laget vi 34 høykvalitets genomsekvenser fra 14 forskjellige arter; Atlantisk laks, brunørret, regnbueørret, coho, røye, hvitflekket røye, Donau laks, sibirsk taimen, Sakhalin taimen, Lenok spp., harr, Amur harr, sik og Bonneville Cisco. For Atlantisk laks konstruerte vi ikke bare en genomsekvens, men en sammensatt representasjon av 11 genom, også kalt pan-genom, fra fisk samlet inn fra hele utbredelsesområdet til Atlantisk laks. Dette pan-genomet er det første av sitt slag på Atlantisk laks og representerer en stor forbedring sammenlignet med tidligere genomiske ressurser. Pan-genomet ble brukt til å kartlegge mer enn >1 millioner strukturelle varianter (SVer) som til sammen utgjør 367 Mb med sekvens tilsvarende ca. tre hele kromosomer. Mange av disse SVene overlapper kodende sekvens til gener, noe som indikerer at de direkte påvirker genfunksjoner. Assosiasjonsanalyser med 366 villaks sekvensert med Illumina teknologi og graf-genomanalyser detekterte mange SVer som bidrar til tilpasning ulikt miljø. Laksens pan-genom ble også brukt til å oppdage flere store inversjoner i Atlantisk laks og undersøke mekanismene som fører til dannelse av ‘supergen’ og for studere betydningen av repetert DNA rundt det kjønnsbestemmende genet (sdY). For regnbueørret konstruerte vi en genomsekvens som gjorde det mulig å karakterisere en stor (54 Mb) dobbel inversjon (supergen) som inneholder en rekke gener koblet til livshistorieegenskaper til regnbueørret. Den doble inversjonen påvirker fiskens evne til å vandre ut i havet eller forbli i elva. Evolusjon av genregulering ved TE-aktivitet ble også studert. Disse studiene viste at genduplikater som hadde lavere genuttrykk etter genomduplikasjonen til laksefiskene hadde også akkumulert mer TEer i promotersekvenser. Videre kunne vi vise at ca. 20% av regulatoriske sekvenser overlappet TE-sekvenser og at det hadde vært en sterkere seleksjon mot å ha TEer som regulatoriske sekvenser i hjerne enn i lever.

The TRANSPOSE project has generated results that are of interest to the wider community beyond salmonid research and have been disseminated in top open access peer-reviewed scientific journals that satisfy FAIR requirements. TRANSPOSE has provided a step-change in salmonid genomic resources, including construction of high-quality assemblies and pan-genomes, as well as characterization and annotation of SVs and large inversion supergenes. These resources accelerate a transition away from the use of linear reference genomes for the global salmonid research community and open-up as yet untapped possibilities for understanding, for example, how genotypes are translated to phenotypes and fundamentally how populations and genomes evolve. The pan-genome and identification of SVs for Atlantic salmon are of direct relevance to conservation managers and stakeholders in wild salmon and salmon industries. TRANSPOSE has also contributed extensive new functional genomics dataset for salmonid species, including RNA-Seq and ATAC-Seq in different tissues and stages of ontogeny, which will be shared with the research community via the European AQUA-FAANG project that Lien coordinates. All the results and raw data generated in this project have been made publicly available through open access publications and/or deposition of data to international databases such as ENA and array-express. Genomic resources have also been made available through the salmobase.org infrastructure (www.salmobase.org).

In recent years, transposable elements (TEs) have emerged as key factors affecting genome regulation. A pressing challenge now is to understand the biological consequences of TEs reshaping the genome: how important are TEs as sources of adaptive innovations, and what are the long-term implications of TE-activity in eukaryote evolution? To answer these questions we need to (i) construct highly contiguous genome assemblies that fully incorporate repetitive TEs and (ii) use computational and experimental approaches to evaluate adaptive biological effects of TE-derived evolutionary innovations. Excitingly, with the evolution of single-molecule long-read sequencing, novel computational methods to distinguish adaptive and neutral innovations in genome regulation, and the opportunities CRISPR/Cas9 brings for functional validation, these past challenges and limitations can now be addressed. TRANSPOSE will use salmonid fishes, which have a high load of TEs in their genome, as a model system to understand the functional roles of TEs in vertebrate evolution. We will explore how TEs have shaped 1) rediploidization following the salmonid whole genome duplication, 2) remodeling of gene expression evolution, 3) micro-rearrangements and local adaptation, and 4) the evolution of dynamic sex chromosome systems. Using cutting-edge long-read sequencing technology to generate reference genome assemblies for 11 salmonid lineages and 2 outgroup species, we will resolve the importance of TE-mediated structural chromosome evolution to adaptive evolution, determine the role of translocations in adaptive divergence and identify the drivers of dynamics of sex chromosome turnover. In addition, we will generate extensive functional omics datasets and apply novel computational methods in an explicit phylogenetic framework to bridge the gap between TEs, genome evolution and the evolution of gene regulation. TRANSPOSE will significantly advance our understanding of how TEs matter.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

FRIMEDBIO-Fri prosj.st. med.,helse,biol

Finansieringskilder