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 (TEs) 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 TEs 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. Så langt i TRANSPOSE har vi ekstrahert høymolekylært DNA fra mer enn 20 ulike laksefisk samlet inn fra ulike land i Nord-Amerika, Europa og Asia. Fiskene er valgt ut til å representer 13 ulike arter av laksefisk, samt fire fylogenetiske grupper av Atlantisk laks. Ny sekvenseringsteknologi (nanoporeteknologi) og kontakt kart (chromatin Hi-C/Pore-C) brukes nå til å lage høykvalitet kromosomsekvenser for disse individene som danner grunnlaget for brukt å beskrive TEs i disse artene. De 11 genomsekvensene generert for Atlantisk laks (f.eks. Ssal_v3.1; GCA_905237065.2) representerer en stor forbedring sammenlignet med eksisterende laksegenomsekvens (ICSASG_v2; GCA_000233375.4). Sammenstilling av sekvensene muliggjør en karakterisering av strukturell variasjon i genom (SVer), eksempelvis store delesjoner eller inversjoner. Eksempelvis vis sammenstilling av data fra syv laks av europeisk opprinnelse så mye som 128,369-234,822 SVer per prøve. Samlet sett utgjør disse SVene som 57-90 megabaser med sekvens. Annotering av de nye laksegenomene viser at majoriteten av SVene er forårsaket av tandem repeat (TR) variasjon. Dette er kompleks DNA sekvens som er vanskelig å karakterisere med tidligere sekvenseringsteknologi (short-read) og derfor ikke er inkludert i ICSASG_v2. Sammenligning av SVer med annotering av gener i Ssal_v3.1 viser at SVene overlapper kodende sekvens for mer enn 6000 gener. Dette tilsier at mange av SVene har en funksjonell rolle som sannsynligvis også genererer variasjon i fenotyper. De nye genomsekvensene er generert fra hanner og representerer dermed også en mulighet til å karakterisere det repeterte DNAet (kassetten) som flankerer det kjønnsbestemmende genet sdY i Atlantisk laks. Våre analyser så langt viser at den hannspesifikke regionen i Atlantisk laks er ganske liten, bare 40-60kb. Sdy finnes på minst tre forskjellige steder i laksegenomet (chr. 2, 3 og 6), men mekanismene som har gjort det mulig for sdY å flytte på seg og å innta ulike posisjoner i laksegenomet er så langt ukjent. Vår sammenstilling av forskjellige sdY-kassetter i laks avslører karakteristiske tandem repeats (TR) som kan være avgjørende for at sdY kan flyttes ved hjelp av ektopisk rekombinasjon. Parallelt med genomsekvenseringen har vi arbeidet med å etablere sammenliknbare datasett på genuttrykk (RNA-Seq) og identifikasjon av regulatoriske områder (ATAC-Seq og ChIP-Seq) i genomene til ulike laksefisk. Arbeidet er også godt i gang med å analysere de to genomdatasettene for å forstå betydningen av repetert DNA (TEs/TRs) i laksefiskenes evolusjon.

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.

Aktivitet:

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