Het genoom van de groene anole hagedis en een vergelijkende analyse met vogels en zoogdieren

De amniote lijn verdeelde zich in de voorouderlijke lijnen van zoogdieren en reptielen ∼320 miljoen jaar geleden. Vandaag de dag zijn de overlevende leden van deze lijnen zoogdieren, die ∼4.500 soorten omvatten, en reptielen, die ∼17.000 soorten omvatten. Binnen de reptielen divergeerden de twee belangrijkste clades ∼280 miljoen jaar geleden: de lepidosauriërs, die hagedissen (inclusief slangen) en de tuatara omvatten; en de archosauriërs, die krokodilachtigen en vogels omvatten (de plaats van de schildpadden blijft onduidelijk)6. Voor het gemak verwijzen we hier naar lepidosauriërs als hagedissen (fig. 1).

Figuur 1: Fylogenie van amnioten op basis van synonieme sites voor proteïnen, met de belangrijkste kenmerken van de evolutie van amnioten.
figure1

De belangrijkste kenmerken van de evolutie van amnioten, waaronder homogenisering van de GC-inhoud, een hoge turnover van geslachtschromosomen en een hoge mate van herhaalinsertie, worden weergegeven. Geslachtschromosoom uitvindingen zijn aangegeven in rood. Taklengte is evenredig met dS (de synonieme substitutiesnelheid); dS van elke tak is boven de lijn aangegeven.

PowerPoint slide

De studie van de belangrijkste genomische gebeurtenissen die gepaard gingen met de overgang naar een volledig terrestrische levenscyclus is ondersteund door de sequentiebepaling van verschillende zoogdieren (K.L.-T. et al., manuscript ingediend) en drie vogelgenomen2,3,4. Het genoom van de hagedis A. carolinensis vult dus een belangrijke leemte in de dekking van amniotes, het splitsen van de lange tak tussen zoogdieren en vogels en het mogelijk maken van meer robuuste evolutionaire analyse van amnote genomen.

Bijvoorbeeld, bijna alle reptiel genoom bevatten microchromosomen, maar deze zijn alleen bestudeerd op een sequentie-niveau in vogels 2,7, waardoor de vraag of de aviaire microchromosomen eigenaardige sequentie kenmerken universeel zijn over reptiel microchromosomen8. Een ander voorbeeld is de studie van de evolutie van geslachtschromosomen. Bijna alle placenta- en buidelzoogdieren hebben homologe geslachtschromosomen (XY)9 en alle vogels hebben ZW-geslachtschromosomen. Hagedissen vertonen echter genetische of temperatuurafhankelijke geslachtsbepaling10. Karakterisering van hagedissen geslachtschromosomen zou de studie van voorheen onbekende geslachtschromosomen en de vergelijking van onafhankelijke geslachtschromosoom systemen in nauw verwante soorten mogelijk te maken.

Anolis hagedissen omvatten een diverse clade van ∼400 beschreven soorten verspreid over de Neotropische gebieden. Deze hagedissen zijn uitgestraald, vaak convergent, naar een verscheidenheid van ecologische niches met bijbehorende morfologische aanpassingen, en vormen daarmee een van de beste voorbeelden van adaptieve radiatie. Met name hun diversificatie in meerdere repliceerbare niches op diverse Caraïbische eilanden via interspecifieke competitie en natuurlijke selectie is in detail gedocumenteerd11. A. carolinensis is de enige anolis die inheems is in de USA en kan gevonden worden van Florida en Texas tot in North Carolina. We kozen deze soort voor genoom sequencing omdat het op grote schaal wordt gebruikt als een reptiel model voor experimentele ecologie, gedrag, fysiologie, endocrinologie, epizootics en, in toenemende mate, genomics.

Het groene anole genoom werd gesequenced en geassembleerd (AnoCar 2.0) met behulp van DNA van een vrouwelijke A. carolinensis hagedis (Supplementary Tables 1-4). Fluorescentie in situ hybridisatie (FISH) van 405 bacteriële kunstmatige chromosoom (BAC) klonen (van een mannetje) konden de assemblage steigers worden verankerd aan chromosomen (Supplementary Table 5 en Supplementary Fig. 1). De A. carolinensis genoom is gemeld dat een karyotype van n = 18 chromosomen, bestaande uit zes paren van grote macrochromosomen en 12 paren van kleine microchromosomen 12 hebben. De voorlopige genoomsequentie is 1,78 Gb groot (zie aanvullende tabel 3 voor assemblagestatistieken) en houdt het midden tussen genoomassemblages van vogels (0,9-1,3 Gb) en zoogdieren (2,0-3,6 Gb).

Wij vinden dat er weinig chromosomale herschikkingen hebben plaatsgevonden in de 280 miljoen jaar sinds de anol en de kip uit elkaar zijn gegaan, zoals was gesuggereerd door eerdere vergelijkingen met Xenopus en kip13. Er zijn 259 syntenische blokken (gedefinieerd als opeenvolgende syntenische ankers die consistent zijn in volgorde, oriëntatie en spatiëring, bij een resolutie van 1 Mb) tussen hagedis en kip (Supplementaire Tabel 6 en Supplementaire Fig. 2). Interessant is dat 19 van de 22 verankerd kip chromosomen zijn elk syntenisch met een enkele A. carolinensis chromosoom over hun gehele lengte (Fig. 2a), daarentegen, slechts 6 (van 23) menselijke chromosomen zijn syntenisch met een enkele opossum chromosoom over hun gehele lengte, ook al zijn de soorten slechts 148 miljoen jaar geleden gescheiden 14. Segmentale duplicaties volgen trends gezien in andere amniote genomen (Supplementary Note, Supplementary Table 7 en Supplementary Fig. 3).

Figure 2: A. carolinensis -chicken synteny map onthult synteny van reptiel microchromosomen maar ongelijke GC en repeat inhoud.
figure2
a, Er zijn zeer weinig herschikkingen opgetreden in de 280 miljoen jaar sinds A. carolinensis en de kip uit elkaar zijn gegaan. De microchromosomen van A. carolinensis zijn uitsluitend syntenisch met de microchromosomen van de kip. Horizontale gekleurde balken tonen de zes macrochromosomen van A. carolinensis (1-6) en de zes (van de 12) microchromosomen van A. carolinensis waaraan sequentie is verankerd die syntenisch is met het kippengenoom (7, 8, 9, X, LGg, LGh). Chromosomen die op grootte konden worden gerangschikt, kregen een nummer; de kleinere microchromosomen die niet op grootte konden worden onderscheiden, kregen een kleine letter. Elke kleur komt overeen met een ander kippenchromosoom, zoals aangegeven in de sleutel. Elk deel van een A. carolinensis-chromosoom dat syntenisch is met een microchromosoom van de kip wordt aangegeven met ‘m’. b, Microchromosomen van de kip hebben zowel een hoger GC-gehalte als een lager herhalingsgehalte dan macrochromosomen van de kip, terwijl chromosomen van A. carolinensis niet variëren in GC- of herhalingsgehalte per chromosoomgrootte. Grote cirkels geven de GC-percentage van elk chromosoom in de kip en hagedis genomen met meer dan 100 kb van de sequentie verankerd aan het. Kleine cirkels geven het percentage van het genoom aan dat bestaat uit repetitieve sequentie van elk chromosoom in de kippen- (blauwe cirkels) en hagedissengenomen (rode cirkels).

PowerPoint slide

Bijna 30% van het genoom van A. carolinensis-genoom bestaat uit mobiele elementen, die een veel grotere verscheidenheid aan actieve herhaalfamilies omvatten dan bij de genomen van vogels2 of zoogdieren15 het geval is. De meest actieve klassen zijn lange afgewisselde (LINE) elementen (27%) en korte afgewisselde (SINE) elementen (16%)16 (supplementaire tabel 8). De meeste LINE herhalingen behoren tot vijf groepen (L1, L2, CR1, RTE en R4) en lijken recente invoegingen te zijn op basis van hun sequentie-overeenkomst (divergentie varieert van 0,00-0,76%; ref. 17). Dit staat in contrast met de waarnemingen van de genomen van zoogdieren, waar slechts één enkele familie van LINEs-L1 gedurende tientallen miljoenen jaren de overhand heeft gehad. De DNA-transposons omvatten ten minste 68 families die tot vijf superfamilies behoren: hAT, Chapaev, Maverick, Tc/Mariner en Helitron18. Net als bij de retrotransposons lijkt de meerderheid van de DNA-transposon families relatief jong te zijn, in tegenstelling tot het extreem geringe aantal recent actieve DNA-transposons dat in andere amniote genomen gevonden wordt (supplementaire tabel 9). Over het geheel genomen hebben mobiele elementen van A. carolinensis een significant hoger GC-gehalte (43,5%, P < 10-20) dan het genoombrede gemiddelde van 40,3%. Naast mobiele elementen vertoont A. carolinensis een hoge dichtheid (3.5%) van tandem herhalingen, met een lengte- en frequentieverdeling die vergelijkbaar is met die van humaan microsatelliet DNA15. We weten nu dat er ten minste drie soorten amniote-genomen zijn: zoogdiergenomen zijn verrijkt met L1-elementen en hebben een hoge mate van accumulatie van mobiele elementen, vogelgenomen zijn repeatarm met zeer weinig activiteit van mobiele elementen, terwijl het hagedisgenoom een extreem grote diversiteit aan actieve mobiele-elementenfamilies bevat, maar een lage mate van accumulatie heeft, die doet denken aan het mobiele-elementenprofiel van teleosteanvissen19.

De meeste reptielengenomen bevatten microchromosomen, maar het aantal varieert per soort; het genoom van A. carolinensis bevat 12 paren microchromosomen12, terwijl het kippengenoom 28 paren bevat. Vogel microchromosomen hebben zeer onderscheidende eigenschappen in vergelijking met vogel macrochromosomen, zoals hogere GC en lagere repeat inhoud2, terwijl hagedis microchromosomen vertonen deze kenmerken niet (Fig. 2b). Opmerkelijk is dat alle sequentie verankerd aan microchromosomen in A. carolinensis ook uitlijnt met microchromosomen in het kippengenoom, en op één na alle A. carolinensis microchromosomen syntenisch zijn met slechts één corresponderend kippenmicrochromosoom (Fig. 2a). Microchromosomen die geconserveerd zijn tussen A. carolinensis en de kip zouden dus kunnen zijn ontstaan in de reptielen-voorouder, terwijl de resterende kippen-microchromosomen zouden kunnen zijn ontstaan in de vogellijn.

Het genoom van A. carolinensis heeft verrassend weinig regionale variatie in GC-gehalte, aanzienlijk minder dan eerder is waargenomen voor vogels en zoogdieren; het is het enige bekende amniotische genoom waarvan de nucleotidensamenstelling zo homogeen is als het genoom van de kikker5 (aanvullende Figs 4 en 5). Figuur 3 illustreert hoe lokaal GC-gehalte evolutionair geconserveerd is tussen humaan chromosoom 14 en kippenchromosoom 5, maar in veel mindere mate met A. carolinensis chromosoom 1. Aangezien alle gerangschikte amniote genomen behalve die van A. carolinensis deze homologe variërende niveaus van GC-gehalte (‘isochores’)20 bevatten, is het waarschijnlijk dat de voorouderlijke amniote GC heterogeniteit in de lineage van deze hagedis naar homogeniteit is geërodeerd. Er is voorgesteld dat isochoren met een hoog GC-gehalte een gevolg zijn van hogere percentages GC-gebaseerde genconversie in regio’s met hogere recombinatie2. De grotere GC-homogeniteit in het anolegenoom kan dus een weerspiegeling zijn van meer uniforme recombinatiesnelheden, of anders van een aanzienlijk verminderde bias naar GC tijdens de resolutie van genconversiegebeurtenissen in de A. carolinensis-lijn (voor een discussie, zie ref. 5).

Figuur 3: In het genoom van A. carolinensis ontbreken isochoren.
figure3

Het genoom van A. carolinensis vertoont slechts zeer lokale variatie in GC-gehalte, in tegenstelling tot het menselijke en het kippengenoom, die ook grotere trends in GC-variatie vertonen, soms isochores genoemd. Syntenische regio’s van menselijk chromosoom 14, kippenchromosoom 5 en A. carolinensis chromosoom 1 worden getoond. De menselijke en kip regio’s zijn omgekeerd en herschikt om uit te lijnen met de A. carolinensis regio. Blauwe lijnen tonen GC percentage in 20-kb vensters. De paarse lijn geeft het genoomgemiddelde aan. Groene lijnen geven voorbeelden van syntenische ankers tussen de drie genomen.

PowerPoint slide

Zowel temperatuurafhankelijke geslachtsbepaling als genetische XY geslachtsbepaling zijn gevonden bij Iguania10. Binnen het geslacht Anolis zijn er soorten met heteromorfe XY-chromosomen (waaronder die met meervoudige X- en Y-chromosomen), en andere met volledig homomorfe chromosomen12. Van A. carolinensis is bekend dat hij een genetische geslachtsbepaling heeft21, maar de vorm van zijn geslachtschromosomen (ZW of XY) is tot nu toe onbekend gebleven door een gebrek aan duidelijk heteromorfe chromosomen.

Diepgaand onderzoek van mannelijke en vrouwelijke cellen met behulp van FISH stelde ons in staat het microchromosoom dat eerder als ‘b’ werd aangeduid, te identificeren als het X-chromosoom van A. carolinensis; het is aanwezig in twee kopieën bij vrouwtjes en in één bij mannetjes. Dit chromosoom is syntenisch met microchromosoom 15 van de kip. Elf BACs toegewezen aan twee scaffolds, 154 (3,3 Mb) en chrUn0090 (1,8 Mb), hybridiseren via FISH aan de p-armen van de twee X-chromosomen bij wijfjes, en hybridiseren aan de p-arm van het enkele X-chromosoom bij mannetjes (Fig. 4 en supplementaire Fig. 1). A. carolinensis vertoont dus een patroon dat representatief is voor een mannelijk heterogametisch systeem van genotypische geslachtsbepaling. We hebben het Y-chromosoom niet geïdentificeerd, maar we veronderstellen dat A. carolinensis zowel X- als Y-chromosomen bezit, aangezien zowel mannelijke als vrouwelijke cellen hetzelfde aantal chromosomen bevatten.

Figuur 4: Het genoom van A. carolinensis bevat een nieuw ontdekt X-chromosoom.
figure4
a, b, Het X-chromosoom, een microchromosoom, wordt in één kopie aangetroffen bij mannelijke A. carolinensis (a) en in twee kopieën bij vrouwelijke A. carolinensis (b). De BAC 206M13 (CHORI-318 BAC-bibliotheek) is met FISH gehybridiseerd aan de p-arm van het X-chromosoom in zowel mannelijke als vrouwelijke metafase-uitzaaiingen. 206M13 en tien andere BAC’s vertoonden dit geslachtsspecifieke patroon in cellen afkomstig van vijf mannelijke en vijf vrouwelijke individuen. Originele vergroting, × 1.000.

PowerPoint slide

De 5,1 Mb sequentie die aan het X-chromosoom is toegewezen, bevat 62 eiwitcoderende genen (aanvullende tabel 10); Gene Ontology (GO)-termen die met deze genen zijn geassocieerd, vertonen geen significante verrijking. Het is zeer waarschijnlijk dat er meer X-chromosoom sequentie die momenteel is gelabeld als niet-verankerde scaffolds in de AnoCar 2.0 assemblage. Identificatie van het A. carolinensis geslachtsbepalingsgen zal aanzienlijke functionele biologie vereisen, maar we merken op dat het kippen geslachtsbepalingsgen DMRT1 op A. carolinensis chromosoom 2 ligt en dat SOX3 (de X-chromosoom paraloog van het geslachtsbepalingsgen van therische zoogdieren SRY) op een niet-verankerde A. carolinensis scaffold ligt; het is dus onwaarschijnlijk dat deze genen het A. carolinensis geslachtsbepalingsgen zijn.

Alle tien A. carolinensis individuen (afkomstig uit South Carolina en Tennessee) die gebruikt zijn voor FISH mapping vertoonden grote pericentromerische inversies in één of meer van de chromosomen 1-4, zonder correlatie tussen verschillende chromosomale inversies of met het geslacht van de hagedis (zie Aanvullende Nota, Aanvullende Tabel 11 en Aanvullende Fig.

Er werden in totaal 17.472 eiwit-coderende genen en 2.924 RNA genen voorspeld uit de A. carolinensis genoom-assemblage (Ensembl release 56, september 2009). We bouwden een fylogenie voor alle A. carolinensis genen en hun homologe genen in acht andere gewervelde soorten (mens, muis, hond, opossum, vogelbekdier, kip, zebravink en kogelvis), waardoor we een conservatieve set van 3.994 één-op-één orthologe genen konden identificeren, dat wil zeggen genen die in geen van deze gewervelde dieren zijn gedupliceerd of verwijderd sinds hun laatste gemeenschappelijke voorouder. Deze genfylogenieën werden ook gebruikt om genen te identificeren die ontstonden door duplicatie in de hagedislijn na de splitsing met de aviaire lijn en, afzonderlijk, die welke verloren gingen in de zoogdierlijn na de zoogdier-reptiel splitsing (Fig. 1, Supplementary Note, Supplementary Fig. 7 en aanvullende tabel 12).

We vonden 11 A. carolinensis opsine-genen die geen zoogdier-orthologen hebben (maar wel invertebraten, vissen en kikkers), en die dus verloren lijken te zijn gegaan tijdens de zoogdier-evolutie (aanvullende tabel 13). Het grote repertoire aan opsines kan bijdragen tot het uitstekende kleurenzicht van anolissen – met inbegrip van het vermogen om in het ultraviolette bereik te zien – en kan ook bijdragen tot hun hyperdiversiteit door de evolutie van diverse, soortspecifieke kleuren van de keelhuid mogelijk te maken, die een belangrijke rol spelen bij de seksuele selectie en de soortherkenning11. Evenzo zijn olfactorische receptor en β-keratine genen sterk gedupliceerd in A. carolinensis (Supplementary Note en Supplementary Fig. 9).

Veel reptielen, waaronder groene anolissen, verschillen van placentale zoogdieren doordat ze ovipaar zijn (eieren leggen). Levendbarend in placentale zoogdieren is een afgeleide staat, weerspiegeld in hun verlies van een aantal ei-gerelateerde genen. We gebruikten massaspectrometrie om eiwitten te identificeren die aanwezig zijn in het onrijpe ei van A. carolinensis, aangezien de meeste ei-eiwitten in het lichaam van de moeder worden geproduceerd en vervolgens naar het onrijpe ei worden getransporteerd. We ontdekten dat, in tegenstelling tot zoogdieren, reptielen lineage-specifieke gen duplicaties hebben, inclusief in vitellogenins (VTGs), apovitellenin-1, ovomucin-α en drie homologen van ovocalyxin-36, een kip eierschaal matrix eiwit.

Onze resultaten tonen een snelle evolutie van ei-eiwit genen onder amniotes. In het bijzonder vonden we eiwitten van 276 A. carolinensis genen in onrijpe A. carolinensis eieren (supplementaire tabellen 14 en 15), waarvan slechts 50 zijn bevestigd om aanwezig te zijn in kippeneieren door massaspectrometrie22,23. Deze genen omvatten VTG’s, een lysozym, vitellinemembraan buitenste laag proteïne 1 (VMO1) paralogen, proteaseremmers, natterine en nothepsine. Door genen die één-op-één ortholoog zijn in A. carolinensis en kip op één lijn te brengen, vonden we dat ei-eiwitten aanzienlijk sneller evolueren dan niet-eiwitten (gemiddelde dN/dS-waarden (verhouding van de snelheid van niet-synonieme substituties tot de snelheid van synonieme substituties) van respectievelijk 0,186 en 0,135; P = 1.2 × 10-5), wat duidt op verminderde zuiverende selectie en/of frequentere episodes van adaptieve evolutie.

Met behulp van meerdere vertebrate genoomsequenties hebben we drie VMO1-paralogen geïdentificeerd (die we α, β en γ noemen) waarvan we afleiden dat ze aanwezig zijn geweest in de laatste gemeenschappelijke voorouder van alle reptielen en zoogdieren. Terwijl ten minste één van de VMO1-α, VMO1-β en VMO1-γ in alle andere amniote-genomen verloren is gegaan, bevat het genoom van A. carolinensis vertegenwoordigers van alle drie de paralogen. Bovendien is de A. carolinensis-specifieke VMO1-α familie gegroeid tot 13 leden en heeft positieve selectie van aminozuursubstituties ondergaan binnen een negatief geladen, waarschijnlijk substraat-bindende holte; veranderingen die, vermoedelijk, de lysozym-achtige transferase activiteit wijzigen (Supplementary Note, Supplementary Fig. 8 en Supplementary Tables 16 en 17).

Het uitgebreide en actieve herhaalrepertoire van A. carolinensis heeft ons in staat gesteld om de oorsprong van verschillende zoogdier geconserveerde elementen te ontdekken. Door het proces van exaptatie (een belangrijke verandering in de functie van een sequentie tijdens de evolutie), zijn bepaalde mobiele elementen die actief waren in de amniote voorouder, geconserveerd, en vermoedelijk functioneel, in zoogdieren, terwijl ze actieve mobiele elementen in A. carolinensis blijven. De oorsprong van deze geconserveerde zoogdiersequenties in mobiele elementen was niet herkenbaar zonder vergelijking met een ver verwijderde en herhaalde genoomsequentie24. We identificeerden 96 van dergelijke exapted elementen (zie aanvullende tabel 18) in het menselijk genoom terug te voeren op mobiele elementen aanwezig in de amniote voorouder die nog steeds aanwezig zijn in A. carolinensis, met name de CR1, L2 en gypsy families.

Hoewel de meeste exapted elementen niet-coderend zijn en waarschijnlijk een regulerende functie hebben, hebben wij ook een eiwit-coderend exon geïdentificeerd dat geëxapted werd uit een L2-achtige LINE, en dat nu exon 2 vormt in een zoogdier-specifieke N-terminale regio van het MIER1 (mesoderm induction early response 1) eiwit. Dit exon is zeer goed geconserveerd in 29 zoogdieren en vertegenwoordigt daarom waarschijnlijk een zoogdier innovatie sinds de amniote voorouder.

GO termen geassocieerd met de transcriptie start site het dichtst bij elk exapted element in het menselijk genoom vertonen verrijking voor neurologische genen (zie Methoden), waarbij “ephrin receptor binding”, “zenuwstelsel ontwikkeling” en “synaptische transmissie” sterk verrijkt zijn (alle P waarden < 5 × 10-3). Deze verrijkingen zijn consistent met adaptieve veranderingen in de neurologische ontwikkeling tijdens het ontstaan van zoogdieren.

Anolis hagedissen zijn een schoolvoorbeeld van adaptieve radiatie, die zich onafhankelijk diversifieerden op elk eiland in de Grote Antillen en in de Neotropen, en een grote variëteit aan ecologisch en morfologisch gedifferentieerde soorten voortbrachten, met wel 15 gevonden op een enkele lokaliteit11. Hoewel anolissen veel gebruikt worden als modelsysteem voor vergelijkende fylogenetische studies, is het moeilijk om de evolutionaire verwantschappen tussen de belangrijkste anolische clades te bepalen ten gevolge van de snelle evolutionaire radiaties die gepaard gaan met de toegang tot nieuwe ecologische mogelijkheden. Het succesvol oplossen van de relatief korte vertakkingen geassocieerd met een dergelijke radiatie vereist een schat aan gegevens van loci die evolueren met een passende snelheid.

We gebruikten de genoomsequentie van A. carolinensis om een nieuwe fylogenomische dataset te ontwikkelen, bestaande uit 20 kb sequentiegegevens afkomstig uit de genomen van 93 soorten anolissen (Supplementaire Tabellen 19 en 20). Analyses van deze dataset leiden tot een goed ondersteunde fylogenie die de adaptieve en biogeografische geschiedenis van anolissen versterkt en verduidelijkt (Fig. 5, details in supplementaire Fig. 10). Ten eerste bevestigt onze fylogenomische analyse eerdere moleculaire en morfologische studies, die erop wijzen dat vergelijkbare anolische habitatspecialisten onafhankelijk van elkaar zijn geëvolueerd op elk van de vier grote Grote Antilliaanse eilanden. Ten tweede suggereren onze analyses een complex biogeografisch scenario met een beperkt aantal dispersie gebeurtenissen tussen eilanden en uitgebreide in situ diversificatie binnen eilanden. De nauwste verwanten van Anolis komen voor op het vasteland en de fylogenie bevestigt het bestaan van twee kolonisaties, één in de zuidelijke Kleine Antillen en de tweede die de diverse adaptieve radiaties in de rest van het Caribisch gebied voortbracht. Binnen deze laatste clade diversifieerden de anolissen aanvankelijk vooral op de twee grotere Grote Antilliaanse eilanden (hoewel Puerto Rico er ook bij betrokken schijnt te zijn geweest), voordat zij vervolgens secundaire radiaties ondergingen op alle eilanden en uiteindelijk terugkeerden naar het vasteland, waar deze terugkolonisatie een uitgebreide evolutionaire radiatie heeft voortgebracht. De fylogenie geeft ook aan dat er in de evolutie van de Grote Antillen heel weinig dispersie tussen de eilanden heeft plaatsgevonden. De Groot-Antilliaanse faunasoorten, die bekend staan om de mate waarin dezelfde ecomorfen op elk eiland worden aangetroffen, zijn in de eerste plaats het resultaat van convergente evolutie25.

Figuur 5: Een fylogenie van 93 Anolis-soorten verduidelijkt de biogeografische geschiedenis van anolissen.
figure5

Anolis ecomorfs zijn het resultaat van convergente evolutie en niet van frequente migratie tussen eilanden. Met behulp van geconserveerde primerparen verspreid over het genoom van A. carolinensis, verkrijgen we sequenties van 46 genomisch diverse loci die evolueren met verschillende evolutiesnelheden en die zowel eiwitcoderende als niet-coderende regio’s vertegenwoordigen. Maximum likelihood analyses van deze nieuwe dataset van 20 kb uitgelijnde nucleotiden leiden bijna alle eerder vastgestelde anolische verwantschappen af en lossen ook gedeeltelijk de basale verwantschappen op die eerdere studies hebben geplaagd. Open cirkels geven bootstrap (bs) waarden aan <70; grijs gearceerde cirkels, 70< bs <95; gevulde cirkels, bs >95.

PowerPoint slide

De genoomsequentie van A. carolinensis maakt een dieper begrip van de evolutie van amnioten mogelijk. Het vullen van deze belangrijke reptielknoop met een gesequenteerd genoom heeft afgeleide staten onthuld in elke belangrijke amnote tak en heeft geholpen om de amnote voorouder te belichten. Toch is de boom van gesequenteerde reptielgenomen nog steeds uiterst schaars, en de sequentiebepaling van bijkomende niet-aviaanse reptielen zou nodig zijn om volledig te begrijpen hoe typisch A. carolinensis en de gesequenteerde vogelgenomen zijn voor de gehele reptielenclade.

Naast het nut van de genoomsequentie van A. carolinensis als vertegenwoordiger van niet-aviaanse reptielen, zijn Anolis-soorten een unieke bron voor de studie van adaptieve radiatie en convergente evolutie. Met hun invasies en latere radiaties op Caraïbische eilanden, bieden anolissen een terrestrische analogie met stekelbaarzen en cichliden, die adaptieve evolutie ondergingen in aparte aquatische milieus. Net zoals genomisch onderzoek bij stekelbaarzen de studie van aquatische ecologische speciatie heeft verdiept, zou een grootschalig genomisch fylogenetisch onderzoek van de Caraïbische anolissen een kans bieden voor een gedetailleerde studie van adaptieve evolutie bij een landdier26 ; in het bijzonder omdat anolgenomen grote aantallen actieve mobiele elementen bevatten waarvan wij speculeren dat ze substraten zouden kunnen vormen voor exaptatie van nieuwe regulatorische elementen.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.