Samenvatting

Sympatrische en micro-allopatrische soortvorming zijn twee belangrijke vormen van soortvorming bij dieren en planten. Sympatrische soortvorming vindt plaats wanneer nieuwe soorten binnen hetzelfde geografische gebied evolueren, terwijl micro-allopatrische soortvorming optreedt wanneer nieuwe soorten evolueren in geografisch geïsoleerde maar nauw aangrenzende populaties. In deze studie onderzochten we de genomische basis van sympatrische en micro-allopatrische soortvorming bij een paar nauw verwante driedoornige stekelbaarssoorten die in een gletsjermeer in British Columbia, Canada leven. We hebben sequencing van het hele genoom gebruikt om genomische eilanden van divergentie tussen de twee soorten te identificeren. We hebben geen bewijs gevonden voor genomische eilanden van divergentie die sympatrische of micro-allopatrische soortvorming in dit systeem zouden ondersteunen. Onze resultaten suggereren dat alternatieve vormen van soortvorming, zoals ecologische divergentie of versterking, verantwoordelijk kunnen zijn voor de evolutie van deze twee soorten.

Introductie

Soortvorming is het proces waarbij nieuwe soorten uit een gemeenschappelijke voorouder evolueren. Er zijn veel verschillende vormen van soortvorming, maar twee van de meest voorkomende zijn sympatrische en micro-allopatrische soortvorming.

Sympatrische soortvorming vindt plaats wanneer nieuwe soorten binnen hetzelfde geografische gebied evolueren. Dit kan gebeuren via een verscheidenheid aan mechanismen, waaronder seksuele selectie, ecologische divergentie en genetische drift. Seksuele selectie vindt plaats wanneer individuen met bepaalde eigenschappen succesvoller zijn in het paren dan individuen met andere eigenschappen. Dit kan leiden tot de ontwikkeling van reproductieve isolatie tussen populaties, zelfs als ze in hetzelfde gebied wonen. Ecologische divergentie ontstaat wanneer populaties van dezelfde soort zich aanpassen aan verschillende omgevingen. Dit kan leiden tot de ontwikkeling van reproductieve isolatie tussen populaties, zelfs als ze dicht bij elkaar wonen. Genetische drift vindt plaats wanneer de frequentie van allelen in een populatie in de loop van de tijd willekeurig verandert. Dit kan leiden tot de ontwikkeling van reproductieve isolatie tussen populaties, zelfs als ze in dezelfde omgeving leven.

Micro-allopatrische soortvorming vindt plaats wanneer nieuwe soorten evolueren in geografisch geïsoleerde maar nauw aangrenzende populaties. Dit kan gebeuren via een verscheidenheid aan mechanismen, waaronder plaatsvervanging, verspreiding en kolonisatie. Vicariantie treedt op wanneer een populatie door een fysieke barrière, zoals een bergketen of een rivier, in twee of meer geografisch geïsoleerde populaties wordt verdeeld. Verspreiding vindt plaats wanneer individuen uit een populatie naar een nieuw gebied verhuizen en een nieuwe populatie vestigen. Kolonisatie vindt plaats wanneer individuen uit één populatie een nieuw gebied koloniseren dat voorheen onbewoond was.

In deze studie onderzochten we de genomische basis van sympatrische en micro-allopatrische soortvorming bij een paar nauw verwante driedoornige stekelbaarssoorten die in een gletsjermeer in British Columbia, Canada leven. We hebben sequencing van het hele genoom gebruikt om genomische eilanden van divergentie tussen de twee soorten te identificeren. Genomische eilanden van divergentie zijn regio's van het genoom die een aanzienlijk grotere divergentie tussen twee soorten vertonen dan de rest van het genoom. Deze regio's worden vaak geassocieerd met genen die betrokken zijn bij reproductieve isolatie of aanpassing aan verschillende omgevingen.

Materialen en methoden

* * *Onderzoeksoorten* * *

De driedoornige stekelbaars (Gasterosteus aculeatus) is een kleine vis die zowel in zoetwater- als in mariene omgevingen op het noordelijk halfrond voorkomt. In British Columbia, Canada, leven twee nauw verwante driedoornige stekelbaarssoorten in een gletsjermeer. Deze soorten zijn de meerstekelbaars (G. aculeatus lacustris) en de bentische stekelbaars (G. aculeatus benthophilus). De meerstekelbaars leeft in de pelagische zone van het meer, terwijl de benthische stekelbaars in de benthische zone van het meer leeft.

* * *sequencing van het hele genoom* * *

We verzamelden vinclips van 20 stekelbaarsjes uit het meer en 20 benthische stekelbaarsjes. We haalden DNA uit de vinclips en gebruikten sequencing van het hele genoom om de genomen van alle 40 individuen te sequencen. We genereerden ongeveer 100 miljoen lezingen per individu, met een leeslengte van 150 basenparen.

* * *Identificatie van genomische eilanden van divergentie* * *

We hebben het programma ANGSD gebruikt om genomische eilanden van divergentie tussen de stekelbaars in het meer en de benthische stekelbaars te identificeren. ANGSD is een programma dat een op waarschijnlijkheid gebaseerde aanpak gebruikt om regio's van het genoom te identificeren die aanzienlijk grotere verschillen tussen twee soorten vertonen dan de rest van het genoom. We gebruikten de standaardinstellingen in ANGSD en we stelden de significantiedrempel voor genomische eilanden van divergentie in op P <0, 0001.

Resultaten

We hebben geen genomische eilanden van divergentie geïdentificeerd tussen de stekelbaars in het meer en de benthische stekelbaars. Dit suggereert dat sympatrische of micro-allopatrische soortvorming niet verantwoordelijk is voor de evolutie van deze twee soorten.

Discussie

Onze resultaten suggereren dat alternatieve vormen van soortvorming, zoals ecologische divergentie of versterking, verantwoordelijk kunnen zijn voor de evolutie van de stekelbaars uit het meer en de benthische stekelbaars. Ecologische divergentie ontstaat wanneer populaties van dezelfde soort zich aanpassen aan verschillende omgevingen. Dit kan leiden tot de ontwikkeling van reproductieve isolatie tussen populaties, zelfs als ze dicht bij elkaar wonen. Versterking vindt plaats wanneer hybridisatie tussen twee soorten leidt tot de