Incipient sympatric speciation in blind mole rat, Spalax galili, in Israel, caused by sharp ecological divergence of abutting chalk-basalt ecologies, has been proposed previously based on mitochondrial and whole-genome nuclear DNA. Here, we present new evidence, including transcriptome, DNA editing, microRNA, and codon usage, substantiating earlier evidence for adaptive divergence in the abutting chalk and basalt populations. Genetic divergence, based on the previous and new evidence, is ongoing despite restricted gene flow between the two populations. The principal component analysis, neighbor-joining tree, and genetic structure analysis of the transcriptome clearly show the clustered divergent two mole rat populations. Gene-expression level analysis indicates that the population transcriptome divergence is displayed not only by soil divergence but also by sex. Gene ontology enrichment of the differentially expressed genes from the two abutting soil populations highlights reproductive isolation. Alternative splicing variation of the two abutting soil populations displays two distinct splicing patterns. L-shaped FST distribution indicates that the two populations have undergone divergence with gene flow. Transcriptome divergent genes highlight neurogenetics and nutrition characterizing the chalk population, and energetics, metabolism, musculature, and sensory perception characterizing the abutting basalt population. Remarkably, microRNAs also display divergence between the two populations. The GC content is significantly higher in chalk than in basalt, and stress-response genes mostly prefer nonoptimal codons. The multiple lines of evidence of ecological–genomic and genetic divergence highlight that natural selection overrules the gene flow between the two abutting populations, substantiating the sharp ecological chalk–basalt divergence driving sympatric speciation.
Titre de l'article
Transcriptome, séquençage génétique et divergence de microARN justifient la spéciation sympatrique chez le rat-taupe, Spalax.
Transcriptome, séquençage génétique et divergence de microARN justifient la spéciation sympatrique chez le rat-taupe, Spalax.
Introduction à l'article
Les auteurs de l'article étudient le génome de deux populations de rat-taupes vivant dans la même zone géographique (située en Israël) mais exploitant des milieux différents. Les rat-taupes sont des animaux fouisseurs qui vivent dans le sous-sol, dans le cas de nos deux populations, l'une préfère le sol basaltique et l'autre le sol crayeux. Des précédentes études basées sur l'analyse de l'ADN mitochondrial ont mis en avant le début d'une spéciation sympatrique causé par ces différences écologiques. Ici, les auteurs utilisent des méthodes de transcriptome et de séquençage de l'ARN pour conforter ces observations. Ce qui est intéressant, c'est qu'avec ces nouvelles analyses ils ont découvert que la divergence entre les deux populations n'était pas seulement due aux types d'écologie mais était aussi lié à l'expression du génome. Il apparait que l’expression des gènes est différente entre les deux populations conduisant à une isolation reproductrice.
Les auteurs de l'article étudient le génome de deux populations de rat-taupes vivant dans la même zone géographique (située en Israël) mais exploitant des milieux différents. Les rat-taupes sont des animaux fouisseurs qui vivent dans le sous-sol, dans le cas de nos deux populations, l'une préfère le sol basaltique et l'autre le sol crayeux. Des précédentes études basées sur l'analyse de l'ADN mitochondrial ont mis en avant le début d'une spéciation sympatrique causé par ces différences écologiques. Ici, les auteurs utilisent des méthodes de transcriptome et de séquençage de l'ARN pour conforter ces observations. Ce qui est intéressant, c'est qu'avec ces nouvelles analyses ils ont découvert que la divergence entre les deux populations n'était pas seulement due aux types d'écologie mais était aussi lié à l'expression du génome. Il apparait que l’expression des gènes est différente entre les deux populations conduisant à une isolation reproductrice.
Expériences de l'article
Les principales expériences réalisées sont des analyses sur les séquences génétiques des deux populations. L'ADN mitochondrial et nucléaire ayant déjà été analysées dans de précédentes études, celle-ci s'est concentrée sur le séquençage de l'ARN (transcriptome). Les séquençages ont ensuite été soumis à différents tests statistiques sur lesquels les auteurs s'appuient pour présenter leur résultats.
Les principales expériences réalisées sont des analyses sur les séquences génétiques des deux populations. L'ADN mitochondrial et nucléaire ayant déjà été analysées dans de précédentes études, celle-ci s'est concentrée sur le séquençage de l'ARN (transcriptome). Les séquençages ont ensuite été soumis à différents tests statistiques sur lesquels les auteurs s'appuient pour présenter leur résultats.
Résultats de l'article
Les analyses génétiques montrent une divergence des deux populations. Le milieu crayeux est un environnement où on y trouve peu de ressources et où la température est élevé. Ce stress important conduit à obtenir des populations plus petites et éparses dans ce milieu. Cela induit une plus grande force de sélection et donc une plus grande diversité génétique. Les analyses d’estimation d’ancêtres montrent qu’il y a un flow génique faible entre les deux populations. Les petites parties du génome qui divergent (DEG) correspondent à des gènes nécessaires au développement des cellules (ZGLP1 et APLP2) ce qui suggère que ces DEG jouent un rôle dans l’isolation reproductrice. Au niveau de la séquence ARN, les analyses montrent que le codon miR-184 est exclusif à la population du milieu crayeux. Celui-ci joue un rôle dans la prolifération et la différenciation des cellules neurales. En somme, ces divergences biologiques traduisent les effets d'une spéciation conduisant à la formation de deux espèces.
Les analyses génétiques montrent une divergence des deux populations. Le milieu crayeux est un environnement où on y trouve peu de ressources et où la température est élevé. Ce stress important conduit à obtenir des populations plus petites et éparses dans ce milieu. Cela induit une plus grande force de sélection et donc une plus grande diversité génétique. Les analyses d’estimation d’ancêtres montrent qu’il y a un flow génique faible entre les deux populations. Les petites parties du génome qui divergent (DEG) correspondent à des gènes nécessaires au développement des cellules (ZGLP1 et APLP2) ce qui suggère que ces DEG jouent un rôle dans l’isolation reproductrice. Au niveau de la séquence ARN, les analyses montrent que le codon miR-184 est exclusif à la population du milieu crayeux. Celui-ci joue un rôle dans la prolifération et la différenciation des cellules neurales. En somme, ces divergences biologiques traduisent les effets d'une spéciation conduisant à la formation de deux espèces.
Rigueur de l'article
De manière général l'article est bien écrit, il s'inscrit dans la continuité de précédents travaux sur le même sujet.
De manière général l'article est bien écrit, il s'inscrit dans la continuité de précédents travaux sur le même sujet.
Ce que cet article apporte au débat
L'apparition de nouvelles espèces est un processus tout aussi difficile à cerner que d'en donner la définition. Ici, l'article nous donne un exemple de processus de spéciation au sein d'une population de mammifère. Il permet également de nous montrer comment une barrière reproductrice peut se mettre en place. Dans le cas des rat-taupes celle-ci n'est pas encore fixée mais les divergences écologiques dans les deux communautés ont réduit considérablement le flux génique entre les individus des deux colonies. De plus, il permet de montrer qu'en plus d'une barrière écologique, la dérive génétique qui s'effectue dans chaque communauté conduit à des mutations indépendantes et parfois très importantes physiologiquement. Cette différenciation au niveau génomique devenant considérable, on pourrait donc observer une barrière génétique se mettre en place entre les deux populations.
L'apparition de nouvelles espèces est un processus tout aussi difficile à cerner que d'en donner la définition. Ici, l'article nous donne un exemple de processus de spéciation au sein d'une population de mammifère. Il permet également de nous montrer comment une barrière reproductrice peut se mettre en place. Dans le cas des rat-taupes celle-ci n'est pas encore fixée mais les divergences écologiques dans les deux communautés ont réduit considérablement le flux génique entre les individus des deux colonies. De plus, il permet de montrer qu'en plus d'une barrière écologique, la dérive génétique qui s'effectue dans chaque communauté conduit à des mutations indépendantes et parfois très importantes physiologiquement. Cette différenciation au niveau génomique devenant considérable, on pourrait donc observer une barrière génétique se mettre en place entre les deux populations.
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