Evoluce hemoglobinu u vrubozubcovitých ryb

Abstract

Cichlids are among the most species-rich vertebrate families and, owing to their capacity for rapid diversification across available trophic niches, represent an exceptional model for evolutionary research. One outcome of diversifying selection is the colonization of deep-water habitats, which requires phenotypic adaptations to reduced light availability and low oxygen conditions. Hemoglobins, the primary oxygen-transport proteins in vertebrates, are therefore likely targets of natural selection during early stages of ecological divergence. Vertebrate hemoglobin is a tetrameric protein composed of two α and two β globin subunits that reversibly bind oxygen. The evolution of the α₂β₂ quaternary structure enabled cooperative oxygen binding and allosteric regulation and is thought to have arisen following an ancestral gene duplication early in vertebrate evolution. In this thesis, I investigated the evolution of hemoglobin gene repertoires in teleost fishes, with a particular focus on cichlids. In Chapter 1, comparative genomic analyses of high-quality genome assemblies revealed that hemoglobin gene clusters have followed distinct evolutionary trajectories across major vertebrate lineages. Whereas hemoglobin clusters are relatively conserved in tetrapods, teleosts, and cichlids in particular, exhibit...

Cichlidy patří mezi druhově nejbohatší čeledi obratlovců a díky své schopnosti rychlé diverzifikace do dostupných trofických nik představují výjimečný model pro evoluční výzkum. Jedním z možných důsledků je kolonizace hlubokovodních prostředí, která vyžaduje fenotypové adaptace na sníženou dostupnost světla a nízké koncentrace kyslíku. Hemoglobiny, hlavní proteiny zajišťující transport kyslíku u obratlovců, proto představují pravděpodobný cíl přírodního výběru v raných fázích ekologické divergence. Hemoglobin obratlovců je tetramerní protein složený ze dvou α a dvou β globinových podjednotek, který reverzibilně váže kyslík. Vznik kvaternární struktury α₂β₂ umožnil kooperativní vazbu kyslíku a alosterickou regulaci a pravděpodobně vznikl v důsledku ancestrální genové duplikace na počátku evoluce obratlovců. V této disertační práci jsem se zabýval evolucí repertoárů hemoglobinových genů u kostnatých ryb, se zvláštním zaměřením na cichlidy. V kapitole 1 moje komparativní genomické analýzy vysoce kvalitních genomových sestav ukázaly, že genové klastry hemoglobinu sledovaly odlišné evoluční trajektorie napříč hlavními liniemi obratlovců. Zatímco u čtvernožců jsou hemoglobinové genové klastry relativně konzervované, u kostnatých ryb, a zejména u cichlid, vykazují vysoce dynamickou evoluci, kterou nelze...