Detection of genomic regions that associate with morphological differences in Arctic charr

Abstract

Identifying genomic regions associated with morphological and ecological differences can help understand the processes of evolution and speciation. Single nucleotide polymorphisms (SNPs) from genomic data can be analyzed, using a large sample size per group, to help find regions that differ between groups. In Lake Þingvallavatn, four closely related ecomorphs of Arctic charr (Salvelinus alpinus), two benthic, the small benthivorous (SB), and the large benthivorous (LB), as well as two limnetic, planktivorous (PL) and piscivorous (PI). They diverged into these forms in the last 10,000 years. This study aimed to study the genetic differences between these four morphs, to find regions of separation and identify which linkage group the sex-determining gene was on. A morph specific analysis using one-to-all comparisons showed that most significant SNPs were associated with SB-, PL- and LB-charr, with the fewest linked with PI-charr. The significant SNPs were found on almost all linkage groups, and in some cases, they could pinpoint certain genomic regions. Pairwise comparisons between all the morphs showed that the highest number of SNPs was between the SB and the limnetic morphs, while only a few significant SNPs were between PL and PI. Although, most of the significant SNPs were shared between four comparisons, confirming early split among the benthic-limnetic morphs in the Lake. In continuation, a limnetic-benthic comparison provided a high number of significant SNPs, most of them grouped on few LGs. A male-female comparison was done both on the entire dataset and within each morph. The morph specific analyses showed a high number of significant SNPs on known sex-related LGs in the PL- and PI-charr. This may reflect technical differences or biological. In the future, the RADseq data will be aligned to WGS data to observe if significant regions in the two datasets intersect, which preliminary data suggest they do in some cases. This project provides insights into the genetic components related to morphological and ecological differentiation between sympatric Arctic charr morphs.

Með því að finna svæði í erfðamengjum sem tengjast form- og vistfræðilegum breytileika meðal hópa lífvera er hægt að skilja betur ferli þróunar og tegundamyndunar. Nú til dags er hægt að útbúa stór gagnasett, með þúsundum einkirna breytileika, sem spanna forvitnilega hópa. Í Þingvallavatni eru fjögur náskyld afbrigði bleikju, tvö afbrigðanna eru undirmynnt, dvergbleikjan og kuðungableikjan, og tvö jafnmynnt, murtan og sílableikjan. Afbrigðin eru talin hafa aðskilist fyrir 10 þúsund árum. Markmið verkefnisins var að greina erfðafræðilegan breytileika milli þessarra fjögurra afbrigða, finna svæði í erfðamenginu sem aðskilja þau og kortleggja kynákvarðandi genið í erfðamengi íslenskra bleikja. Samanburður á erfðamun milli eins afbrigðis við hin þrjú, og á milli afbrigðapara staðfesti mun á milli dvergbleikju, kuðungableikju og murtu. Greiningarnar staðfestu einnig eldri niðurstöður, sem benda til að sílableikjan sé náskyld murtu, en hafi e.t.v. orðið fyrir genaflæði frá kuðungableikju. Fjöldi sameiginlegra marktækra einkirna breytileika var mestur milli fjögurra samanburða og sýndi í raun aðskilnað milli jafnmynntra og undirmynntra afbrigða. Þessi munur var einnig staðfestur með samanburði á jafnmynntum og undirmynntum afbrigðum. Einkirna breytileikarnir með mun á milli afbrigða voru staðsettir vítt og breytt um erfðamengið og voru að finna á öllum tengslahópum nema hópi 21. Þyrpingar af þeim er hægt að greina á nokkrum tengslahópum og ætlunin er að kanna þær betur með því að samþætta við heilraðgreiningargögn. Að lokum var gerður samanburður milli kynja, yfir öll afbrigði og innan þeirra. Leit að kynákvarðandi geninu gaf fjölda marktækra einkirna breytileika á þremur tengslahópum sem höfðu áður verið bendlaðir við kyn. Sterkust voru tengslin í murtu og sílableikju. Munur á milli afbrigða í tengslum við breytileika á kyni gæti stafað af tæknilegum- eða líffræðilegum þáttum. Þetta verkefni veitir dýpri skilning á erfðafræðilegum þáttum sem tengjast form- og vistfræðilegum aðskilnaði bleikjuafbrigða.