Molecular evolution of meiosis in diploids and tetraploids of Arabidopsis arenosa

Abstract

Meióza je děj, který je funkčně konzervován přes celou říši eukaryot. Neočekává se tedy, že se bude měnit mezi druhy, natož mezi liniemi uvnitř jediného druhu. Studie z nedávné doby ale ukázaly, že tomu tak není u druhu Arabidopsis arenosa. Pomocí genomických skenů bylo zjištěno značné rozrůznění meiózních genů mezi diploidní a tetraploidní linií tohoto druhu, které bylo vysvětleno jako přizpůsobení meiózy k zdvojnásobení genomu u tetraploidní linie. Navíc bylo jisté rozrůznění patrné i mezi dvěma diploidními liniemi tohoto druhu. V předložené práci se proto zabývám rozborem vlivu pozitivní selekce na meiózní proteiny na úrovni populací a linií. Ukázala jsem, že pozitivní selekce působí na meiózní proteiny ve všech diploidních liniích, především však v linii z Panonské oblasti a z Jihovýchodních Karpat. Pozitivní selekce, kterou jsem pozorovala u diploidních linií ukazuje, že se meióza mohla na vnitrodruhové úrovni vyvíjet různými způsoby. Mohla tak odpovídat na nutnost lokální adaptace, nejspíš k rozdílné teplotě. Nejvíce aminokyselin, na které působila selekce, jsem detekovala v tetraploidní linii, což bylo v souladu s předchozími výsledky genomických skenů. Vzhledem k tomu, že některé interagující meiózní proteiny byly selektovány společně v jedné linii, se domnívám, že byly v procesu koevoluce,...

Meiosis is functionally conserved across eukaryotes, thus not expected to vary considerably among different species, and even less so among lineages within a species. However, recent studies showed that this is not necessarily the case in Arabidopsis arenosa. Genome scanning identified an excess differentiation in meiosis genes between A. arenosa diploids and tetraploids, interpreted as meiosis adaptation to the whole genome duplication in tetraploids and differentiation was also found between two diploid lineages. Thus, I present a population-based analysis of positive selection acting on meiosis proteins across multiple lineages of A. arenosa. I showed that meiosis proteins were under positive selection in all diploid lineages, mainly in the Pannonian and South-eastern Carpathian lineage. The evidence for positive selection in diploid lineages suggested differential pathways of meiosis adaptations in the species, probably reflecting the necessity to adapt to local environments, among all to temperature. The highest enrichment of amino acid substitutions (AASs) under positive selection was identified in tetraploids, in consistence with previous genome-scan results. As several interacting meiosis proteins were under positive selection in the same A. arenosa lineage, I hypothesize that the close...