TY  - THES
A1  - Riaño-Pachón, Diego Mauricio
T1  - Identification of transcription factor genes in plants
T1  - Identifizierung von Transkriptionsfaktorgenen in Pflanzen
N2  - In order to function properly, organisms have a complex control mechanism, in which a given gene is expressed at a particular time and place. One way to achieve this control is to regulate the initiation of transcription. This step requires the assembly of several components, i.e., a basal/general machinery common to all expressed genes, and a specific/regulatory machinery, which differs among genes and is the responsible for proper gene expression in response to environmental or developmental signals. This specific machinery is composed of transcription factors (TFs), which can be grouped into evolutionarily related gene families that possess characteristic protein domains. In this work we have exploited the presence of protein domains to create rules that serve for the identification and classification of TFs. We have modelled such rules as a bipartite graph, where families and protein domains are represented as nodes. Connections between nodes represent that a protein domain should (required rule) or should not (forbidden rule) be present in a protein to be assigned into a TF family. Following this approach we have identified putative complete sets of TFs in plant species, whose genome is completely sequenced: Cyanidioschyzon merolae (red algae), Chlamydomonas reinhardtii (green alga), Ostreococcus tauri (green alga), Physcomitrella patens (moss), Arabidopsis thaliana (thale cress), Populus trichocarpa (black cottonwood) and Oryza sativa (rice). The identification of the complete sets of TFs in the above-mentioned species, as well as additional information and reference literature are available at http://plntfdb.bio.uni-potsdam.de/. The availability of such sets allowed us performing detailed evolutionary studies at different levels, from a single family to all TF families in different organisms in a comparative genomics context. Notably, we uncovered preferential expansions in different lineages, paving the way to discover the specific biological roles of these proteins under different conditions. For the basic leucine zipper (bZIP) family of TFs we were able to infer that in the most recent common ancestor (MRCA) of all green plants there were at least four bZIP genes functionally involved in oxidative stress and unfolded protein responses that are bZIP-mediated processes in all eukaryotes, but also in light-dependent regulations. The four founder genes amplified and diverged significantly, generating traits that benefited the colonization of new environments. Currently, following the approach described above, up to 57 TF and 11 TR families can be identified, which are among the most numerous transcription regulatory families in plants. Three families of putative TFs predate the split between rhodophyta (red algae) and chlorophyta (green algae), i.e., G2-like, PLATZ, and RWPRK, and may have been of particular importance for the evolution of eukaryotic photosynthetic organisms. Nine additional families, i.e., ABI3/VP1, AP2-EREBP, ARR-B, C2C2-CO-like, C2C2-Dof, PBF-2-like/Whirly, Pseudo ARR-B, SBP, and WRKY, predate the split between green algae and streptophytes. The identification of putative complete list of TFs has also allowed the delineation of lineage-specific regulatory families. The families SBP, bHLH, SNF2, MADS, WRKY, HMG, AP2-EREBP and FHA significantly differ in size between algae and land plants. The SBP family of TFs is significantly larger in C. reinhardtii, compared to land plants, and appears to have been lost in the prasinophyte O. tauri. The families bHLH, SNF2, MADS, WRKY, HMG, AP2-EREBP and FHA preferentially expanded with the colonisation of land, and might have played an important role in this great moment in evolution. Later, after the split of bryophytes and tracheophytes, the families MADS, AP2-EREBP, NAC, AUX/IAA, PHD and HRT have significantly larger numbers in the lineage leading to seed plants. We identified 23 families that are restricted to land plants and that might have played an important role in the colonization of this new habitat. Based on the list of TFs in different species we have started to develop high-throughput experimental platforms (in rice and C. reinhardtii) to monitor gene expression changes of TF genes under different genetic, developmental or environmental conditions. In this work we present the monitoring of Arabidopsis thaliana TFs during the onset of senescence, a process that leads to cell and tissue disintegration in order to redistribute nutrients (e.g. nitrogen) from leaves to reproductive organs. We show that the expression of 185 TF genes changes when leaves develop from half to fully expanded leaves and finally enter partial senescence. 76% of these TFs are down-regulated during senescence, the remaining are up-regulated. The identification of TFs in plants in a comparative genomics setup has proven fruitful for the understanding of evolutionary processes and contributes to the elucidation of complex developmental programs.
N2  - Organismen weisen einen komplexen Steuerungsmechanismus auf, bei dem die Aktivität eines Gens räumlich und zeitlich reguliert wird. Eine Möglichkeit der Kontrolle der Genaktivität ist Regulation der Initiation der Transkription. Eine Voraussetzung für die Transkriptionsinitiation ist die Zusammenlagerung verschiedener Komponenten: eine allgemeine Maschinerie, die für alle exprimierten Gene gleich ist und eine spezifische Maschinerie, die sich von Gen zu Gen unterscheidet und die für die korrekte Genexpression in Abhängigkeit der Entwicklung und von Umweltsignalen verantwortlich ist. Diese spezifische Maschinerie besteht aus Transkriptionsfaktoren (TFs), welche in evolutionär verwandte Genefamilien eingeteilt werden können, die charakteristische Proteindomänen aufweisen. In dieser Arbeit habe ich die Proteindomänen genutzt, um Regeln aufzustellen, die die Identifizierung und Klassifizierung von TFs erlauben. Solche Regeln wurden als Graphen modelliert, in denen die Familien und Proteindomänen als Knoten repräsentiert wurden. Verbindungen zwischen den Knoten bedeuten, dass eine Proteindomäne in einem Protein entweder vorhanden sein sollte oder nicht vorhanden sein darf, damit das Protein einer TF-Familie zugeordnet wird. Mit Hilfe dieses Ansatzes wurden vermutlich vollständige Datensätze von TFs in Pflanzenspezies generiert, deren Genom komplett sequenziert wurde: C. merolae, C. reinhardtii, O. tauri, P. patens, A. thaliana, P. trichocarpa and O. sativa. Diese kompletten TF-Sätze sowie weitergehende Informationen und Literaturhinweise wurden unter der Internetadresse http://plntfdb.bio.uni-potsdam.de/ öffentlich zugänglich gemacht. Die Datensätze erlaubten es, detailliertere evolutionäre Studien mit unterschiedlichen Schwerpunkten durchzuführen. Diese reichten von der Analyse einzelner Familien bis hin zum genomweiten Vergleich aller TF-Familien in verschiedenen Organismen. Als Resultat besonders erwähnenswert ist, dass bevorzugt einige bestimmte TF-Familien in verschiedenen Spezies expandierten. Diese Studien ebnen den Weg, um die spezifische biologische Rolle dieser Proteine unter verschiedenen Bedingungen zu ergründen. Für die wichtige TF-Familie bZIP konnte gezeigt werden, dass der letzte gemeinsame Vorfahr aller Grünpflanzen mindestens vier bZIP Gene hatte, die funktionell in die Antwort auf oxidativen Stress eingebunden waren. Aus den vier Gründergene entstand durch Genverdopplung und –differenzierung eine große Familie, die Eigenschaften hervorbrachte, die die Besiedelung neuer Lebensräume ermöglichten. Mit Hilfe des oben beschriebenen Ansatzes können derzeit aus der Vielzahl der Transkriptionsregulatorfamilien in Pflanzen bis zu 57 TF und 11 TR Familien identifiziert werden. Drei Familien mutmaßlicher TFs markieren die Trennung zwischen Rhodophyta (Rotalgen) und Chlorophyta (Grünalgen): G2-like, PLATZ und RWPRK. Diese könnten eine besondere Rolle bei der Evolution eukaryotischer photosynthetisch aktiver Organismen gespielt haben. Neun zusätzliche Familien (ABI3/VP1, AP2-EREBP, ARR-B, C2C2-CO-like, C2C2-Dof, PBF-2-like/Whirly, Pseudo ARR-B, SBP und WRKY) kennzeichnen die Trennung zwischen Grünalgen und Streptophyten. Die Identifizierung putativer kompletter Listen an TFs erlaubte auch die Identifizierung abtammungsspezifischer regulatorischer Familien. Die Familien SBP, bHLH, SNF2, MADS, WRKY, HMG, AP2-EREBP und FHA unterscheiden sich signifikant in ihrer Größe zwischen Algen und Landpflanzen. Die SBP Familie ist in C. reinhardtii signifikant größer als in Landpflanzen. In der Parasinophyte O. tauri scheint diese Familie verloren gegangen zu sein. Die Familien bHLH, SNF2, MADS, WRKY, HMG, AP2-EREBP und FHA expandierten präferenziell mit der Kolonialisation an Land. Sie könnten eine wichte Rolle während dieses einschneidenden Ereignisses der Evolution gespielt haben. Später, nach der Trennung von Bryophyten und Tracheophyten sind die Familien MADS, AP2-EREBP, NAC, AUX/IAA, PHD und HRT stärker in den Linien, die zu Samenpflanzen führten, gewachsen. 23 TF-Familien wurden identifiziert, die es nur in Landpflanzen gibt. Sie könnten eine besondere Rolle bei der Besiedelung des neuen Lebensraum gespielt haben. Aufbauend auf die Transkriptionsfaktordatensätze, die in dieser Arbeit erstellt wurden, wurde mittlerweile damit begonnen, experimentelle Hochdurchsatz-Plattformen zu entwickeln (für Reis und für C. reinhardtii), um Änderungen in der Genaktivität der TF-Gene unter verschiedenen genetischen, Entwicklungs- oder Umweltbedingungen zu untersuchen. In dieser Arbeit wird die Analyse von TFs aus A. thaliana im Verlauf der Seneszenz vorgestellt. Seneszenz ist ein Prozess, der zur Zell- und Gewebeauflösung führt, um Nährstoffe aus den Blättern für den Transport in reproduktive Organe freizusetzen. Es wird gezeigt, dass sich die Expression von 187 TF Gene verändert, wenn sich die Blätter voll entfalten und schließlich teilweise in den Prozess der Seneszenz eintreten. 76% der TFs waren runterreguliert, die übrigen waren hochreguliert.
KW  - Transkriptionfaktorgenen
KW  - Regulation
KW  - Evolution
KW  - Datenbank
KW  - Pflanzen
KW  - transcription factor genes
KW  - regulation
KW  - evolution
KW  - plants
KW  - database
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-27009
ER  - 
TY  - THES
A1  - Romero Mujalli, Daniel
T1  - Ecological modeling of adaptive evolutionary responses to rapid climate change
T1  - Ökologische Modellierung anpassungsfähiger evolutionärer Reaktionen auf schnellen Klimawandel
N2  - A contemporary challenge in Ecology and Evolutionary Biology is to anticipate the fate of populations of organisms in the context of a changing world. Climate change and landscape changes due to anthropic activities have been of major concern in the contemporary history. Organisms facing these threats are expected to respond by local adaptation (i.e., genetic changes or phenotypic plasticity) or by shifting their distributional range (migration). However, there are limits to their responses. For example, isolated populations will have more difficulties in developing adaptive innovations by means of genetic changes than interconnected metapopulations. Similarly, the topography of the environment can limit dispersal opportunities for crawling organisms as compared to those that rely on wind. Thus, populations of species with different life history strategy may differ in their ability to cope with changing environmental conditions. However, depending on the taxon, empirical studies investigating organisms’ responses to environmental change may become too complex, long and expensive; plus, complications arising from dealing with endangered species. In consequence, eco-evolutionary modeling offers an opportunity to overcome these limitations and complement empirical studies, understand the action and limitations of underlying mechanisms, and project into possible future scenarios. In this work I take a modeling approach and investigate the effect and relative importance of evolutionary mechanisms (including phenotypic plasticity) on the ability for local adaptation of populations with different life strategy experiencing climate change scenarios. For this, I performed a review on the state of the art of eco-evolutionary Individual-Based Models (IBMs) and identify gaps for future research. Then, I used the results from the review to develop an eco-evolutionary individual-based modeling tool to study the role of genetic and plastic mechanisms in promoting local adaption of populations of organisms with different life strategies experiencing scenarios of climate change and environmental stochasticity. The environment was simulated through a climate variable (e.g., temperature) defining a phenotypic optimum moving at a given rate of change. The rate of change was changed to simulate different scenarios of climate change (no change, slow, medium, rapid climate change). Several scenarios of stochastic noise color resembling different climatic conditions were explored. Results show that populations of sexual species will rely mainly on standing genetic variation and phenotypic plasticity for local adaptation. Population of species with relatively slow growth rate (e.g., large mammals) – especially those of small size – are the most vulnerable, particularly if their plasticity is limited (i.e., specialist species). In addition, whenever organisms from these populations are capable of adaptive plasticity, they can buffer fitness losses in reddish climatic conditions. Likewise, whenever they can adjust their plastic response (e.g., bed-hedging strategy) they will cope with bluish environmental conditions as well. In contrast, life strategies of high fecundity can rely on non-adaptive plasticity for their local adaptation to novel environmental conditions, unless the rate of change is too rapid. A recommended management measure is to guarantee interconnection of isolated populations into metapopulations, such that the supply of useful genetic variation can be increased, and, at the same time, provide them with movement opportunities to follow their preferred niche, when local adaptation becomes problematic. This is particularly important for bluish and reddish climatic conditions, when the rate of change is slow, or for any climatic condition when the level of stress (rate of change) is relatively high.
N2  - Eine aktuelle Herausforderung in der Ökologie und Evolutionsbiologie besteht darin, das Schicksal von Populationen verschiedener Lebewesen im Kontext einer sich verändernden Welt zu antizipieren. Der Klimawandel und die durch anthropologische Aktivitäten verursachten Landschaftsveränderungen sind im Laufe der Geschichte von großer Bedeutung geworden. Von den Organismen, die sich diesen Veränderungen stellen, wird erwartet, dass sie durch lokale Anpassung (d.h. genetische Veränderungen oder phänotypische Plastizität) oder durch Verschiebung ihres Verbreitungsgebietes (Migration) darauf reagieren. Allerdings sind diese Reaktionen begrenzt. So werden beispielsweise isolierte Populationen mehr Schwierigkeiten bei der Entwicklung adaptiver Neuheiten mittels genetischer Variation haben als vernetzte Metapopulationen. Ebenso kann die Topographie der Umgebung die Ausbreitungsmöglichkeiten für zum Beispiel kriechende Organismen im Vergleich zu denen, die auf Wind angewiesen sind, einschränken. So können Populationen von Arten mit unterschiedlichen Lebensstrategien verschiedene Fähigkeiten haben, mit den sich ändernden Umweltbedingungen umzugehen. Empirische Studien, die die Reaktionen von Organismen auf Umweltveränderungen untersuchen, können jedoch, je nach Taxon, zu komplex, langwierig und teuer werden. Ebenso sollten Komplikationen im Umgang mit gefährdeten Arten nicht außer Acht gelassen werden. Die ökoevolutionäre Modellierung bietet jedoch die Möglichkeit, diese Einschränkungen zu überwinden und empirische Studien zu ergänzen, die Wirkung und Grenzen der zugrunde liegenden Mechanismen zu verstehen und mögliche Zukunftsszenarien zu erstellen. In dieser Arbeit untersuche ich mittels einer Modellierungsmethode die Wirkung und relative Bedeutung evolutionärer Mechanismen (einschließlich phänotypischer Plastizität) auf die Fähigkeit zur lokalen Anpassung von Populationen mit unterschiedlichen Lebensstrategien, die Szenarien des Klimawandels durchleben. Dazu habe ich in einem Review den Stand der Technik ökoevolutionärer individuenbasierender Modelle (Individual-Based Models; IBMs) zusammengefasst und Ansätze für eine zukünftige Forschung identifiziert. Die Erkenntnisse des Reviews nutzte ich, um ein ökoevolutionäres, individuelles Modellierungsprogramm zu entwickeln. Dieses analysiert die Rolle genetischer und plastischer Mechanismen zur Förderung der lokalen Anpassung organismischer Populationen mit unterschiedlichen Lebensstrategien, welche Szenarien des Klimawandels und der ökologischen Stochastik erfahren. Die Umweltbedingungen wurden durch eine klimatische Variable (z.B. Temperatur) simuliert, die ein phänotypisches Optimum definiert, das sich mit einer bestimmten Änderungsrate bewegt. Verschiedene Änderungsraten wurden angewandt, um unterschiedliche Szenarien des Klimawandels darzustellen (keine Veränderung, langsamer, mittlerer, schneller Klimawandel). Es wurden mehrere Szenarien stochastischen Farbrauschens untersucht, die verschiedene klimatische Bedingungen widerspiegeln. Die Ergebnisse zeigen, dass Populationen sexueller Arten hauptsächlich auf genetische Variation und phänotypische Plastizität hinsichtlich lokalen Anpassung angewiesen sind. Populationen von Arten mit relativ langsamer Wachstumsrate (z.B. große Säugetiere), und insbesondere die mit kleiner Populationsgröße, sind am anfälligsten, vor allem wenn ihre Plastizität begrenzt ist (d.h. spezialisierte Arten). Wenn Individuen dieser Populationen zu adaptiver Plastizität fähig sind, können sie Fitnessverluste unter „rötlichen“ Klimabedingungen ausgleichen. Zugleich können diese Populationen durch Anpassung der Plastizität auch unter bläulichen Umweltbedingungen zurecht kommen (z.B. Bed-Hedging-Strategie). Im Gegensatz dazu können sich Lebensstrategen mit hoher Reproduktionszahl auf nicht-adaptive Plastizität zur lokalen Anpassung an neue Umweltbedingungen verlassen, es sei denn, die Änderungsrate ist zu schnell. Eine empfohlene Handlungsmaßnahme ist es, die Eingliederung von isolierten Populationen in Metapopulationen zu gewährleisten, so dass die genetische Variation erhöht werden kann. Wenn eine lokale Anpassung problematisch wird, sollte ihnen gleichzeitig Migrationsfreiraum gegeben werden, um ihrer bevorzugten Nische zu folgen. Dies ist besonders wichtig für „bläuliche“ und „rötliche“ Klimabedingungen, bei denen die Änderungsrate langsam ist, oder für jede klimatische Bedingung, wenn die Belastung (Änderungsrate) relativ hoch ist.
KW  - climate change
KW  - local adaptation
KW  - plasticity
KW  - evolution
KW  - individual-based model
KW  - Klimawandel
KW  - lokale Anpassung
KW  - Plastizität
KW  - Evolution
KW  - Individuen-basierende Modelle
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-430627
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Sas, Claudia
A1  - Müller, Frank
A1  - Kappel, Christian
A1  - Kent, Tyler V.
A1  - Wright, Stephen I.
A1  - Hilker, Monika
A1  - Lenhard, Michael
T1  - Repeated inactivation of the first committed enzyme underlies the loss of benzaldehyde emission after the selfing transition in Capsella
T2  - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - The enormous species richness of flowering plants is at least partly due to floral diversification driven by interactions between plants and their animal pollinators [1, 2]. Specific pollinator attraction relies on visual and olfactory floral cues [3-5]; floral scent can not only attract pollinators but also attract or repel herbivorous insects [6-8]. However, despite its central role for plant-animal interactions, the genetic control of floral scent production and its evolutionary modification remain incompletely understood [9-13]. Benzenoids are an important class of floral scent compounds that are generated from phenylalanine via several enzymatic pathways [14-17]. Here we address the genetic basis of the loss of floral scent associated with the transition from outbreeding to selfing in the genus Capsella. While the outbreeding C. grandiflora emits benzaldehyde as a major constituent of its floral scent, this has been lost in the selfing C. rubella. We identify the Capsella CNL1 gene encoding cinnamate: CoA ligase as responsible for this variation. Population genetic analysis indicates that CNL1 has been inactivated twice independently in C. rubella via different novel mutations to its coding sequence. Together with a recent study in Petunia [18], this identifies cinnamate: CoA ligase as an evolutionary hotspot for mutations causing the loss of benzenoid scent compounds in association with a shift in the reproductive strategy of Capsella from pollination by insects to self-fertilization.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 904 
KW  - benzyl alcohol-dehydrogenase
KW  - floral scent
KW  - recent speciation
KW  - petunia flowers
KW  - genus capsella
KW  - evolution
KW  - biosynthesis
KW  - fragrance
KW  - purification
KW  - pollinators
KW  - benzaldehyde
KW  - selfing syndrome
KW  - shepherd’s purse
KW  - cinnamate:CoA ligase
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-438018
SN  - 1866-8372
IS  - 904
SP  - 3313
EP  - 3319
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Westbury, Michael V.
A1  - Hartmann, Stefanie
A1  - Barlow, Axel
A1  - Wiesel, Ingrid
A1  - Leo, Viyanna
A1  - Welch, Rebecca
A1  - Parker, Daniel M.
A1  - Sicks, Florian
A1  - Ludwig, Arne
A1  - Dalen, Love
A1  - Hofreiter, Michael
T1  - Extended and continuous decline in effective population size results in low genomic diversity in the world's rarest hyena species, the brown hyena
T2  - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - Hyenas (family Hyaenidae), as the sister group to cats (family Felidae), represent a deeply diverging branch within the cat-like carnivores (Feliformia). With an estimated population size of <10,000 individuals worldwide, the brown hyena (Parahyaena brunnea) represents the rarest of the four extant hyena species and has been listed as Near Threatened by the IUCN. Here, we report a high-coverage genome from a captive bred brown hyena and both mitochondrial and low-coverage nuclear genomes of 14 wild-caught brown hyena individuals from across southern Africa. We find that brown hyena harbor extremely low genetic diversity on both the mitochondrial and nuclear level, most likely resulting from a continuous and ongoing decline in effective population size that started similar to 1 Ma and dramatically accelerated towards the end of the Pleistocene. Despite the strikingly low genetic diversity, we find no evidence of inbreeding within the captive bred individual and reveal phylogeographic structure, suggesting the existence of several potential subpopulations within the species.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 589 
KW  - evolution
KW  - hyena
KW  - genomics
KW  - population genomics
KW  - diversity
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-414132
SN  - 1866-8372
IS  - 589
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Westbury, Michael V.
A1  - Hartmann, Stefanie
A1  - Barlow, Axel
A1  - Wiesel, Ingrid
A1  - Leo, Viyanna
A1  - Welch, Rebecca
A1  - Parker, Daniel M.
A1  - Sicks, Florian
A1  - Ludwig, Arne
A1  - Dalen, Love
A1  - Hofreiter, Michael
T1  - Extended and continuous decline in effective population size results in low genomic diversity in the world's rarest hyena species, the brown hyena
JF  - Molecular biology and evolution
N2  - Hyenas (family Hyaenidae), as the sister group to cats (family Felidae), represent a deeply diverging branch within the cat-like carnivores (Feliformia). With an estimated population size of <10,000 individuals worldwide, the brown hyena (Parahyaena brunnea) represents the rarest of the four extant hyena species and has been listed as Near Threatened by the IUCN. Here, we report a high-coverage genome from a captive bred brown hyena and both mitochondrial and low-coverage nuclear genomes of 14 wild-caught brown hyena individuals from across southern Africa. We find that brown hyena harbor extremely low genetic diversity on both the mitochondrial and nuclear level, most likely resulting from a continuous and ongoing decline in effective population size that started similar to 1 Ma and dramatically accelerated towards the end of the Pleistocene. Despite the strikingly low genetic diversity, we find no evidence of inbreeding within the captive bred individual and reveal phylogeographic structure, suggesting the existence of several potential subpopulations within the species.
KW  - evolution
KW  - hyena
KW  - genomics
KW  - population genomics
KW  - diversity
Y1  - 2018
U6  - https://doi.org/10.1093/molbev/msy037
SN  - 0737-4038
SN  - 1537-1719
VL  - 35
IS  - 5
SP  - 1225
EP  - 1237
PB  - Oxford Univ. Press
CY  - Oxford
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Zancolli, Giulia
A1  - Baker, Timothy G.
A1  - Barlow, Axel
A1  - Bradley, Rebecca K.
A1  - Calvete, Juan J.
A1  - Carter, Kimberley C.
A1  - de Jager, Kaylah
A1  - Owens, John Benjamin
A1  - Price, Jenny Forrester
A1  - Sanz, Libia
A1  - Scholes-Higham, Amy
A1  - Shier, Liam
A1  - Wood, Liam
A1  - Wüster, Catharine E.
A1  - Wüster, Wolfgang
T1  - Is hybridization a source of adaptive venom variation in rattlesnakes?
BT  - a test, using a crotalus scutulatus × viridis hybrid zone in southwestern New Mexico
T2  - Toxins
N2  - Venomous snakes often display extensive variation in venom composition both between and within species. However, the mechanisms underlying the distribution of different toxins and venom types among populations and taxa remain insufficiently known. Rattlesnakes (Crotalus, Sistrurus) display extreme inter-and intraspecific variation in venom composition, centered particularly on the presence or absence of presynaptically neurotoxic phospholipases A2 such as Mojave toxin (MTX). Interspecific hybridization has been invoked as a mechanism to explain the distribution of these toxins across rattlesnakes, with the implicit assumption that they are adaptively advantageous. Here, we test the potential of adaptive hybridization as a mechanism for venom evolution by assessing the distribution of genes encoding the acidic and basic subunits of Mojave toxin across a hybrid zone between MTX-positive Crotalus scutulatus and MTX-negative C. viridis in southwestern New Mexico, USA. Analyses of morphology, mitochondrial and single copy-nuclear genes document extensive admixture within a narrow hybrid zone. The genes encoding the two MTX subunits are strictly linked, and found in most hybrids and backcrossed individuals, but not in C. viridis away from the hybrid zone. Presence of the genes is invariably associated with presence of the corresponding toxin in the venom. We conclude that introgression of highly lethal neurotoxins through hybridization is not necessarily favored by natural selection in rattlesnakes, and that even extensive hybridization may not lead to introgression of these genes into another species.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 443 
KW  - adaptation
KW  - Crotalus
KW  - evolution
KW  - hybridization
KW  - introgression
KW  - Mojave toxin
KW  - molecular evolution
KW  - venom
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-407595
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Zancolli, Giulia
A1  - Baker, Timothy G.
A1  - Barlow, Axel
A1  - Bradley, Rebecca K.
A1  - Calvete, Juan J.
A1  - Carter, Kimberley C.
A1  - de Jager, Kaylah
A1  - Owens, John Benjamin
A1  - Price, Jenny Forrester
A1  - Sanz, Libia
A1  - Scholes-Higham, Amy
A1  - Shier, Liam
A1  - Wood, Liam
A1  - Wüster, Catharine E.
A1  - Wüster, Wolfgang
T1  - Is Hybridization a Source of Adaptive Venom Variation in Rattlesnakes? A Test, Using a Crotalus scutulatus x viridis Hybrid Zone in Southwestern New Mexico
JF  - Toxins
N2  - Venomous snakes often display extensive variation in venom composition both between and within species. However, the mechanisms underlying the distribution of different toxins and venom types among populations and taxa remain insufficiently known. Rattlesnakes (Crotalus, Sistrurus) display extreme inter-and intraspecific variation in venom composition, centered particularly on the presence or absence of presynaptically neurotoxic phospholipases A2 such as Mojave toxin (MTX). Interspecific hybridization has been invoked as a mechanism to explain the distribution of these toxins across rattlesnakes, with the implicit assumption that they are adaptively advantageous. Here, we test the potential of adaptive hybridization as a mechanism for venom evolution by assessing the distribution of genes encoding the acidic and basic subunits of Mojave toxin across a hybrid zone between MTX-positive Crotalus scutulatus and MTX-negative C. viridis in southwestern New Mexico, USA. Analyses of morphology, mitochondrial and single copy-nuclear genes document extensive admixture within a narrow hybrid zone. The genes encoding the two MTX subunits are strictly linked, and found in most hybrids and backcrossed individuals, but not in C. viridis away from the hybrid zone. Presence of the genes is invariably associated with presence of the corresponding toxin in the venom. We conclude that introgression of highly lethal neurotoxins through hybridization is not necessarily favored by natural selection in rattlesnakes, and that even extensive hybridization may not lead to introgression of these genes into another species.
KW  - adaptation
KW  - Crotalus
KW  - evolution
KW  - hybridization
KW  - introgression
KW  - Mojave toxin
KW  - molecular evolution
KW  - venom
Y1  - 2016
U6  - https://doi.org/10.3390/toxins8060188
SN  - 2072-6651
VL  - 8
PB  - MDPI
CY  - Basel
ER  -