Evolution of visual sensory system in the common barbel (Barbus barbus)

Abstract

Vertebrates inherited five visual opsin classes from their common ancestor expressed in the rod and cone cells. While many vertebrate groups reduced the number of visual pigments they possess, opsins of teleost fishes have diversified. Today, teleosts outstand among all vertebrates in the number of visual pigments and photoreceptor types. This extraordinary development was also facilitated by the teleost- specific whole genome duplication that occurred approximately 350 Mya. Here I explored teleost species that recently underwent subsequent whole genome duplication - the common barbel (Barbus barbus). This event was accompanied by hybridization (i.e., it was allopolyploidization) and resulted in 14 opsin genes found in the genome, an unusually high number even among teleosts. In this thesis, I studied the effects of such an expanded opsin repertoire on the visual abilities of the common barbel. Based on the whole genome, I have completed the reference sequences of all opsin genes and revealed their positions on the chromosomes. I analysed retinal transcriptomes and constructed developmental series of opsin expression profiles. All opsin genes were preserved functional in the genome, even though one of them (green-sensitive, named RH2-4 in this thesis) was not found in the transcriptome and showed...

Obratlovci od společného předka zdědili pět tříd zrakových pigmentů (opsinů), které jsou exprimovány v tyčinkách a čípcích. Zatímco u mnoha skupin obratlovců došlo k redukci počtu opsinů, opsiny kostnatých ryb se rozrůznily a kostnaté ryby tak vynikají mezi obratlovci v počtu zrakových pigmentů i typů fotoreceptorů. Tomuto výjimečnému rozvoji napomohla též celogenomová duplikace specifická pro kostnaté ryby, k níž došlo přibližně před 350 miliony let. Zde se zabývám kostnatou rybou, která v nedávné době prošla další celogenomovou duplikací - parmou obecnou (Barbus barbus). Tato událost byla spojena s hybridizací (šlo tedy o allopolyploidizaci) a vedla ke vzniku 14 genů pro opsiny přítomných v genomu parmy, což je neobvykle vysoký počet i mezi kostnatými rybami. V této práci jsem zkoumala vliv takto rozvinutého repertoáru opsinů na zrakové schopnosti parmy obecné. Doplnila jsem referenční sekvence všech genů pro opsiny na základě celogenomových dat a odhalila jejich pozice na chromozomech. Analyzovala jsem transkriptomy sítnice a vytvořila vývojovou řadu expresních profilů opsinů. Geny všech opsinů byly v genomu zachovány funkční, ačkoliv jeden z nich (citlivý na zelené světlo, v této práci nazvaný RH2-4) nebyl nalezen v žádném transkriptomu a vykazoval zvýšenou substituční rychlost na nesynonymních...