Drivers and dynamics of sex chromosome evolution in African cichlid fishes

非洲慈鲷性染色体进化的驱动因素和动态

基本信息

项目摘要

The mechanisms of sex determination are diverse despite their unifying function in defining male and female sex within a species. They range from an array of environmental factors over different genetic sex determination systems to a complex interplay of extrinsic and intrinsic factors. These mechanisms are ultra-conserved in some organismal groups (e.g. all mammals share the same sex chromosomal system), however, in other groups even sister species vary in their way how sex is determined. This project focuses on the exploration of genetic sex determination or -in other words- the investigation of sex chromosomes in a model system of evolutionary biology, the African cichlid fishes. Within the Lake Tanganyika radiation of these fishes, I previously identified an outstandingly high rate of sex chromosome turnover, i.e. change in the actual chromosome used as sex chromosome. This project will investigate sex chromosome evolution from three new perspectives. The first objective submerges deeper into the sex chromosome history of African cichlids with the aim to include representatives of all major African lineages. Identification of sex chromosomes in this pan-african dataset allows investigating if the speed and pattern of sex chromosome evolution varies along the cichlid phylogeny. This will answer if rapid sex chromosome evolution is restricted to radiating lake lineages or a general feature of cichlids.The second project part zooms into particular species of Lake Tanganyika in which I previously identified sex chromosomes. One focus is here on chromosomes, which repeatedly evolved as sex chromosomes in representatives of distinct lineages with the aim to disentangle if changes in the same genes drove sex chromosome evolution convergently. Within this project line, we will also compare genomic sequences and perform crosses between species that have different sex chromosomal systems to identify genomic signatures underlying transitions between sex chromosomes.The third project line investigates the degree of sexual plasticity in correspondence to the presence of sex chromosomes. Within a particular lineage of the Lake Tanganyika cichlid radiation, the so-called Ectodini, we were surprised to see that only a handful of species has sex chromosomes. We suspect that these fish have an increased level of sexual plasticity: Species that do not have sex chromosomes were observed to change sex from female to male. This project line investigates if when raised under the same conditions, species without sex chromosomes change sex more easily than species with sex chromosomes. To understand how sex change is achieved at the molecular level, we will compare gene expression as well as the regulatory signatures activating and silencing gene expression between males and females of species that change sex to those that do not.
性别决定的机制是多种多样的,尽管它们在定义一个物种内的雄性和雌性性别方面具有统一的功能。它们的范围从一系列的环境因素在不同的遗传性别决定系统的外在和内在因素的复杂的相互作用。这些机制在某些生物群体中是超保守的(例如所有哺乳动物都有相同的性染色体系统),然而,在其他群体中,即使是姐妹物种也会以不同的方式决定性别。该项目的重点是探索遗传性别决定或-换句话说-在进化生物学的模型系统,非洲慈鲷鱼的性染色体的调查。在坦噶尼喀湖辐射的这些鱼,我以前确定了一个非常高的性染色体周转率,即在实际的染色体作为性染色体的变化。该项目将从三个新的角度研究性染色体的进化。第一个目标是深入研究非洲慈鲷的性染色体历史,目的是包括所有主要非洲血统的代表。在这个泛非洲数据集中的性染色体的鉴定允许调查性染色体进化的速度和模式是否随丽鱼科鱼类的进化而沿着变化。这将回答快速的性染色体进化是否仅限于辐射状的湖泊谱系或慈鲷科的一般特征。第二个项目部分放大到坦噶尼喀湖的特定物种,我以前在其中发现了性染色体。这里的一个焦点是染色体,它在不同谱系的代表中反复进化为性染色体,目的是解开相同基因的变化是否驱使性染色体进化趋同。在该项目线中,我们还将比较基因组序列,并在具有不同性染色体系统的物种之间进行杂交,以确定性染色体之间转换的基因组签名。第三个项目线研究性染色体存在时的性可塑性程度。在坦噶尼喀湖慈鲷辐射的一个特定谱系中,所谓的Ectodini,我们惊讶地发现只有少数物种具有性染色体。我们怀疑这些鱼具有更高的性可塑性:没有性染色体的物种被观察到从雌性变成雄性。这个项目线调查,如果在相同的条件下,没有性染色体的物种比有性染色体的物种更容易改变性别。为了了解性别改变是如何在分子水平上实现的,我们将比较基因表达以及调节签名激活和沉默性别改变的物种的雄性和雌性之间的基因表达。

项目成果

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