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Evolutionary modeling and the genomic basis of clownfish adaptive radiation

English title Evolutionary modeling and the genomic basis of clownfish adaptive radiation
Applicant Salamin Nicolas
Number 185223
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Département de biologie computationnelle Faculté de biologie et de médecine Université de Lausanne
Institution of higher education University of Lausanne - LA
Main discipline Zoology
Start/End 01.07.2019 - 30.06.2023
Approved amount 759'360.00
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All Disciplines (3)

Discipline
Zoology
Molecular Biology
Genetics

Keywords (6)

adaptive radiation; genomics; macro-evolution; hybridisation; phylogenetics; evolutionary modeling

Lay Summary (French)

Lead
La distribution de la biodiversité entre différents groupes d'organismes est très inégale et la connaissance détaillée des mécanismes évolutifs permettant la création de nouvelles espèces est encore incomplète. Dans ce projet, nous allons étudier les poissons clowns pour mieux comprendre comment ce groupe d'espèces a évolué au cours du temps et en particulier comment la diversité d'espèces actuelle a pu se développer en acquérant la capacité de vivre dans les anémones de mer. Cela donnera un nouvel éclairage aux facteurs importants permettant l'évolution et le maintien de la biodiversité.
Lay summary
L’accumulation de la biodiversité au fil du temps peut être associée à plusieurs processus évolutifs. Un des processus les plus connus est ce qu'on appelle les radiations adaptatives, où une seule espèce ancestrale se diversifie en de nombreuses espèces adaptées à des conditions écologiques différentes. Il existe plusieurs exemples bien connus de radiations adaptatives, mais de nombreuses questions sont encore sans réponses pour comprendre leur déroulement.

Dans ce projet, nous allons combiner le développement de nouvelles méthodes avec l'acquisition de nouvelles données génomiques pour mieux comprendre les mécanismes à l'origine de la diversification des poissons clowns, qui est un exemple de radiations adaptatives récemment décrit. Le but est d'étudier en détail l'évolution du génome des poissons clowns pour caractériser les facteurs qui ont façonné la diversification de ce groupe depuis leur acquisition du mutualisme avec les anémones de mer. Nous avons déjà montré que cette première étape a été cruciale dans la mise en place de cette radiation adaptative, mais nous ne savons toujours pas quels sont les mécanismes génétiques responsables de la poursuite de ce processus. Pour le déterminer, nous allons combiner le développement de nouvelles approches de modélisation mathématique et informatique avec l’analyse de données génomiques. Cela va nous permettre de comprendre le rôle joué par l'écologique dans la constitution de la biodiversité dans un environnement marin et de caractériser les éléments du génome qui ont permis cette adaptation à travers les différentes espèces de poissons clown.

Au final, le projet devrait permettre d'identifier les processus évolutifs à l'origine de la radiation adaptative de ce groupe de poissons et donc améliorera notre connaissance des mécanismes impliqués dans la création de la diversité des espèces. Il fournira de plus des informations importantes sur l’origine des espèces et leur résilience aux modifications de leur environnement, ce qui revêt une importance primordiale compte tenu des changements climatiques actuels et de la perte de biodiversité dans le monde.
Direct link to Lay Summary Last update: 09.04.2019

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
163428 Modeling phenotypic and genomic changes across evolutionary scales 01.11.2015 Project funding (Div. I-III)

Abstract

The build up of biodiversity through time is through to be associated with several different evolutionary processes. Among them, adaptive radiations, where a single species diversifies into many descendant lineages adapted to a wide range of ecological conditions, is often proposed as a key process. There are now several well-known examples of adaptive radiations, but much remains to be understood about the genomic mechanism of adaptive radiations.Here, we will combine theoretical developments with empirical genomic data to better understand the mechanisms driving the adaptive radiation of clownfishes. We will first study in details the genomic architecture of the radiation to characterize the drivers that have been shaping the evolution of clownfishes since the acquisition of the mutualism with sea anemones. Although this first step has been critical to create the new ecological opportunities necessary for starting up the adaptive radiation, we still do not know what are the genetic mechanisms responsible for driving this processes. Using a combination of genomic and evolutionary modeling, the goals of this project is to fully understand the current diversity of shape, color and specialization levels in clownfishes. Being able to identify the mechanisms behind this diverse group of fishes will also provide new insights into i) the role played by ecological speciation in the build up of biodiversity in a marine environment and ii) the characterization of the genomic architecture enabling the speciation process to occur despite little barrier to gene flow and the presence of hybridization. Finally, the analyses of such data reinforce the needs to develop novel models of evolution that can bridge between evolutionary scale and thus enable testing new hypotheses to advance our understanding of the origin of biodiversity.We propose in this project to fully comprehend the clownfish adaptive radiation with the aims of strengthening our knowledge of the processes determining species diversity. We will do this by combining two of the main expertise of my research group, which will lead to the development of computationally innovative and challenging approaches to analyze high-throughput genomic data. The project represents an integrative study of the evolutionary processes driving the adaptive radiation of this group that will enhance our knowledge of the processes determining species diversity and will give important insights to better understand the origin of species and the build-up of biodiversity through time. The latter aspect has essential consequences on our understanding of species formation and their resilience, which is of prime importance given the current environmental changes and biodiversity loss worldwide.
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