Projekt

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Genome evolution under sexual and asexual reproduction

Titel Englisch Genome evolution under sexual and asexual reproduction
Gesuchsteller/in Schwander Tanja
Nummer 160723
Förderungsinstrument Sinergia
Forschungseinrichtung Département d'Ecologie et d'Evolution Faculté de Biologie et de Médecine Université de Lausanne
Hochschule Universität Lausanne - LA
Hauptdisziplin Genetik
Beginn/Ende 01.04.2016 - 31.03.2019
Bewilligter Betrag 1'385'198.00
Alle Daten anzeigen

Alle Disziplinen (2)

Disziplin
Genetik
Zoologie

Keywords (5)

transcriptomics; sexual reproduction; evolution; genome evolution; asexuality

Lay Summary (Französisch)

Lead
L’évolution du génome, avec ou sans sexe ?
Lay summary

Le sexe allie méiose et fécondation pour donner un nouvel individu possédant 50% des gènes de chacun de ses deux parents. Mais plusieurs organismes ont évolués vers une reproduction sans sexe. La reproduction végétative, par exemple, ne fait ni appel à la méiose, ni à la fécondation. Les descendants sont des clones de leurs parents. La parthénogenèse est un autre mode de reproduction asexuée, où il y a parfois méiose mais pas fécondation. Le nouvel individu n’hérite alors que des gènes de sa mère et n’a pas de père.

Bien que moins fréquente, la reproduction asexuée semble plus simple, plus rapide et moins couteuse que la reproduction sexuée. En effet, il n’y a pas besoin de perdre du temps et de l’énergie pour trouver le bon partenaire sexuel, moins de risques de transmission de maladies. Alors, pourquoi ne pas se cloner comme les anémones de mer ou faire de la parthénogenèse comme les phasmes? Les raisons du maintien du sexe ou d’une évolution vers une reproduction asexuée sont aujourd’hui encore mal connues. Le sexe offrirait un avantage puisqu’il peut générer d’avantage de diversité génétique que la reproduction asexuée. Cette dernière est importante quand il s’agit de s’adapter lorsque l’environnement change ou lorsqu’il faut faire face à des nouveaux prédateurs ou des parasites. Il semble donc que le sexe pourrait être la clé, la source de la diversité nécessaire à la sélection naturelle, le moteur de l’évolution. Mais alors, comment font les populations asexuées pour évoluer, s’adapter et persister, sans brassage génétique?

En étudiant le génome de six lignées asexuées d’arthropodes, qui ont indépendamment évoluées de lignées sexuées (insectes, crustacés, acariens),  nous comptons éclaircir ces points encore obscurs : Quels sont les gènes qui ont changé lors du passage de la reproduction sexuée vers l’asexuée? Y-a-t-il un “génome type” qui signifie asexualité? Et plus globalement, pourquoi le sexe est-il si omniprésent  alors que la reproduction asexuée présente des avantages considérables?

 

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 18.01.2016

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Publikationen

Publikation
Consequences of Asexuality in Natural Populations: Insights from Stick Insects
Bast Jens, Parker Darren J., Dumas Zoé, Jalvingh Kirsten M., Tran Van Patrick, Jaron Kamil S, Figuet Emeric, Brandt Alexander, Galtier Nicolas, Schwander Tanja (2018), Consequences of Asexuality in Natural Populations: Insights from Stick Insects, in Molecular Biology and Evolution.

Zusammenarbeit

Gruppe / Person Land
Formen der Zusammenarbeit
Stefan Scheu/ U Goettingen Deutschland (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Austausch von Mitarbeitern
Isa Schön/ Royal Belgian Institute of Natural Sciences Belgien (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
Jean-François Flot Belgien (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten

Wissenschaftliche Veranstaltungen

Aktiver Beitrag

Titel Art des Beitrags Titel des Artikels oder Beitrages Datum Ort Beteiligte Personen
JMonod Conference on the evolution of sex and reproductive systems Vortrag im Rahmen einer Tagung Various (multiple people gave talks/ posters) 23.04.2018 Roscoff, Frankreich Jaron Kamil; Parker Darren; Tran Van Patrick; Schwander Tanja; Bast Jens; François Clémentine;


Selber organisiert

Titel Datum Ort
Sinergia Group Meeting#4 26.03.2018 Leysin, Schweiz
Sinergia Group Meeting#3 03.07.2017 Montpellier, Frankreich
Sinergia Group Meeting#2 31.01.2017 Lyon, Frankreich
Sinergia Group Meeting 07.07.2016 Givrine, Schweiz

Verbundene Projekte

Nummer Titel Start Förderungsinstrument
139013 Processes underlying the transition from sexual reproduction to asexuality 01.02.2013 SNF-Förderungsprofessuren
173048 The evolution of function in organs and genes in light of expression patterns 01.02.2018 Projektförderung (Abt. I-III)
115585 Evolution and genetic basis of pathenogenesis in Timema walking sticks 01.05.2007 Stipendien für angehende Forschende
155311 Asexual genomics 01.06.2014 International Exploratory Workshops

Abstract

Asexual reproduction in animals is viewed as an evolutionary dead end because the lack of recombination, segregation, and genetic exchange between individuals hampers the elimination of deleterious mutations and may be unfavorable during adaptation. Challenging these views, a few animals are suspected to be ancient asexuals, raising the question of what singularities may have allowed them to persist and diversify in the absence of sex. Here, we aim at exploring mechanisms of genome evolution and adaptation in asexual animal lineages. Genome and transcriptome data from six independently-evolved, asexual lineages from distinct groups of arthropods (insects, crustaceans and mites) will be generated and used to identify evolutionary convergences and common trends of genomic changes caused by asexuality. Comparisons with related sexual lineages will further allow disentangling differences in the genomic selection landscapes caused by differences in reproductive modes from lineage-specific characteristics. We will first test a number of theoretically predicted consequences of asexuality at the genome scale, including the reduced efficacy of selection, increased individual-level heterozygosity, transposable element dynamics and genome rearrangements. These tests, based on population genomic approaches, will require the modification of methods and programs for SNP-calling, gene conversion and adaptive rate analysis specific of asexual species. We will then evaluate whether mechanisms of genome evolution that differ between sexual and asexual species translate into functional consequences. For instance, since meiotic recombination constrains allele- and gene copy-number divergence in sexual species, we expect that asexuals should harbor more highly divergent alleles and more extensive gene-copy variation than sexuals. We will test whether highly divergent alleles tend to be differentially expressed across tissues or developmental stages and whether gene families with extensive copy number variation also tend to vary in their expression patterns. Finally, we will also quantify the amount of horizontally acquired genes (expressed and unexpressed) to test whether asexuality facilitates integration of foreign genome portions. Across all these analyses, the level of parallelism in genomic and transcriptomic changes across the six independent transitions from sexual to asexual reproduction will be of particular interest. Are there common changes in genome structure and organization following the loss of recombination? Which gene sets and pathways, if any, shifted repeatedly after the evolution of asexuality? Can asexuality be inferred from specific genome structures?In addition to insights into the level of parallelism and convergence under asexuality, our project will also shed new light on the overwhelming success of sex in the animal kingdom. Progress in understanding the benefits of sex in natural populations has thus far been hampered by a lack of information on how genetic variation arises and responds to selection in sexual and asexual organisms. By generating insights into how different types of selection shape the distribution of genetic variation in sexual and asexual lineages, our project will also allow us to gain novel insights into one of the major questions in evolutionary biology: why have sex?
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