The role of the FAR5 gene in alpine adaptation of Arabidopsis arenosa

Abstract

Opakovaná adaptace představuje jedinečnou příležitost ke studiu mechanismů evoluce v rámci přirozeného experimentu s několika opakováními. Již dříve byla studována opakovaná adaptace Arabidopsis arenosa, divokého příbuzného modelového organismu Arabidopsis thaliana, na vysokohorské prostředí. Genomická analýza pomocí selekčních skenů odhalila sadu kandidátních alel. Zde uvádím navazující funkční studii kandidátní horské adaptivní alely FAR5. Mé konkrétní otázky byly: Jaké jsou vlastnosti horské (A) alely ve srovnání s nížinnou (F) alelou? Existuje nějaký fenotypový projev těchto dvou různých alel FAR5? Jaké faktory prostředí utvářejí distribuci horské alely FAR5 mezi populacemi A. arenosa? Nejprve ukazuji, že přirozená variabilita genu FAR5 hrála roli v adaptaci na vysokohorské prostředí: identifikovala jsem čtyři SNP, které byly pozitivně selektovány v horských populacích při všech pěti vysokohorských kolonizacích A. arenosa. Tři z těchto SNP jsou kódující a jsou spolu svázány, čímž tvoří jasně odlišitelnou horskou alelu proteinu FAR5. Pomocí unikátního křížení založeného na přirozené dostupné variabilitě (standing variation) dvou identifikovaných alel FAR5 jsem připravila jedince nesoucí nepůvodní alely na genomovém pozadí nížinných a horských populací. Poté jsem provedla transplantační...

The repeated adaptation presents a unique opportunity to study the mechanisms of evolution in natural replicates. Repeated adaptation of Arabidopsis arenosa, a wild relative of the model organism Arabidopsis thaliana, to the alpine environment was previously studied. Genomic analysis by selection scans revealed a set of candidate alleles. Here, I present a functional follow-up study of a candidate alpine-adaptive allele of FAR5. Specifically, I asked: What are the characteristics of the alpine (A) allele compared to the foothill (F) allele? Is there any phenotypic effect of the two different alleles of FAR5? What are the environmental factors shaping the distribution of the alpine allele of FAR5 among the populations of A. arenosa? I first demonstrated that natural variation in FAR5 played a role in adaptation to the alpine environment: I identified four SNPs that were positively selected in the alpine populations across all five high altitude colonizations of A. arenosa. Three of these SNPs are coding and are linked together, forming a distinct alpine allele of the FAR5 protein. Using a unique crossing design based on a natural standing variation of the two identified FAR5 alleles, I prepared carriers of the non-native alleles on the genomic background of foothill and alpine populations. I then...