TY  - JOUR
A1  - Cui, Xiao
A1  - Lv, Yang
A1  - Chen, Miaolin
A1  - Nikoloski, Zoran
A1  - Twell, David
A1  - Zhang, Dabing
T1  - Young Genes out of the Male: An Insight from Evolutionary Age Analysis of the Pollen Transcriptome
JF  - Molecular plant
N2  - The birth of new genes in genomes is an important evolutionary event. Several studies reveal that new genes in animals tend to be preferentially expressed in male reproductive tissues such as testis (Betran et al., 2002; Begun et al., 2007; Dubruille et al., 2012), and thus an "out of testis' hypothesis for the emergence of new genes has been proposed (Vinckenbosch et al., 2006; Kaessmann, 2010). However, such phenomena have not been examined in plant species. Here, by employing a phylostratigraphic method, we dated the origin of protein-coding genes in rice and Arabidopsis thaliana and observed a number of young genes in both species. These young genes tend to encode short extracellular proteins, which may be involved in rapid evolving processes, such as reproductive barriers, species specification, and antimicrobial processes. Further analysis of transcriptome age indexes across different tissues revealed that male reproductive cells express a phylogenetically younger transcriptome than other plant tissues. Compared with sporophytic tissues, the young transcriptomes of the male gametophyte displayed greater complexity and diversity, which included a higher ratio of anti-sense and inter-genic transcripts, reflecting a pervasive transcription state that facilitated the emergence of new genes. Here, we propose that pollen may act as an "innovation incubator' for the birth of de novo genes. With cases of male-biased expression of young genes reported in animals, the "new genes out of the male' model revealed a common evolutionary force that drives reproductive barriers, species specification, and the upgrading of defensive mechanisms against pathogens.
KW  - pollen
KW  - evolution
KW  - young genes
KW  - transcriptome
Y1  - 2015
U6  - https://doi.org/10.1016/j.molp.2014.12.008
SN  - 1674-2052
SN  - 1752-9867
VL  - 8
IS  - 6
SP  - 935
EP  - 945
PB  - Cell Press
CY  - Cambridge
ER  - 
TY  - THES
A1  - Castro Prieto, Aines del Carmen
T1  - Immunogenetics of free-ranging felids on Namibian farmlands
T1  - Immungenetik freilebender Raubkatzen in landwirtschaftlich genutzten Regionen Namibias
N2  - Genetic variation is crucial for the long-term survival of the species as it provides the potential for adaptive responses to environmental changes such as emerging diseases. The Major Histocompatibility Complex (MHC) is a gene family that plays a central role in the vertebrate’s immune system by triggering the adaptive immune response after exposure to pathogens. MHC genes have become highly suitable molecular markers of adaptive significance. They synthesize two primary cell surface molecules namely MHC class I and class II that recognize short fragments of proteins derived respectively from intracellular (e.g. viruses) and extracellular (e.g. bacteria, protozoa, arthropods) origins and present them to immune cells. High levels of MHC polymorphism frequently observed in natural populations are interpreted as an adaptation to detect and present a wide array of rapidly evolving pathogens. This variation appears to be largely maintained by positive selection driven mainly by pathogenic selective pressures. For my doctoral research I focused on MHC I and II variation in free-ranging cheetahs (Acinonyx jubatus) and leopards (Panthera pardus) on Namibian farmlands. Both felid species are sympatric thus subject to similar pathogenic pressures but differ in their evolutionary and demographic histories. The main aims were to investigate 1) the extent and patterns of MHC variation at the population level in both felids, 2) the association between levels of MHC variation and disease resistance in free-ranging cheetahs, and 3) the role of selection at different time scales in shaping MHC variation in both felids. Cheetahs and leopards represent the largest free-ranging carnivores in Namibia. They concentrate in unprotected areas on privately owned farmlands where domestic and other wild animals also occur and the risk of pathogen transmission is increased. Thus, knowledge on adaptive genetic variation involved in disease resistance may be pertinent to both felid species’ conservation. The cheetah has been used as a classic example in conservation genetics textbooks due to overall low levels of genetic variation. Reduced variation at MHC genes has been associated with high susceptibility to infectious diseases in cheetahs. However, increased disease susceptibility has only been observed in captive cheetahs whereas recent studies in free-ranging Namibian cheetahs revealed a good health status. This raised the question whether the diversity at MHC I and II genes in free-ranging cheetahs is higher than previously reported. In this study, a total of 10 MHC I alleles and four MHC II alleles were observed in 149 individuals throughout Namibia. All alleles but one likely belong to functional MHC genes as their expression was confirmed. The observed alleles belong to four MHC I and three MHC II genes in the species as revealed by phylogenetic analyses. Signatures of historical positive selection acting on specific sites that interact directly with pathogen-derived proteins were detected in both MHC classes. Furthermore, a high genetic differentiation at MHC I was observed between Namibian cheetahs from east-central and north-central regions known to differ substantially in exposure to feline-specific viral pathogens. This suggests that the patterns of MHC I variation in the current population mirrors different pathogenic selective pressure imposed by viruses. Cheetahs showed low levels of MHC diversity compared with other mammalian species including felids, but this does not seem to influence the current immunocompetence of free-ranging cheetahs in Namibia and contradicts the previous conclusion that the cheetah is a paradigm species of disease susceptibility. However, it cannot be ruled out that the low MHC variation might limit a prosperous immunocompetence in the case of an emerging disease scenario because none of the remaining alleles might be able to recognize a novel pathogen. In contrast to cheetahs, leopards occur in most parts of Africa being perhaps the most abundant big cat in the continent. Leopards seem to have escaped from large-scale declines due to epizootics in the past in contrast to some free-ranging large carnivore populations in Africa that have been afflicted by epizootics. Currently, no information about the MHC sequence variation and constitution in African leopards exists. In this study, I characterized genetic variation at MHC I and MHC II genes in free-ranging leopards from Namibia. A total of six MHC I and six MHC II sequences were detected in 25 individuals from the east-central region. The maximum number of sequences observed per individual suggests that they likely correspond to at least three MHC I and three MHC II genes. Hallmarks of MHC evolution were confirmed such as historical positive selection, recombination and trans-species polymorphism. The low MHC variation detected in Namibian leopards is not conclusive and further research is required to assess the extent of MHC variation in different areas of its geographic range. Results from this thesis will contribute to better understanding the evolutionary significance of MHC and conservation implications in free-ranging felids. Translocation of wildlife is an increasingly used management tool for conservation purposes that should be conducted carefully as it may affect the ability of the translocated animals to cope with different pathogenic selective pressures.
N2  - Genetische Variabilität ist entscheidend für das langfristige Überleben von Arten, denn es ermöglicht dem Organismus sich Umweltveränderungen, wie z.B. neu aufkommende Krankheiten, schneller anzupassen. Der Haupthistocompatibilitätskomplex (MHC) ist eine Familie von Genen, der eine zentrale Rolle im Immunsystem von Wirbeltieren zukommt, da sie nach Pathogenkontakt das adaptive Immunsystem aktivieren. Zudem sind MHC Gene geeignete molekulare Marker um Anpassungsfähigkeiten aufzuzeigen. MHC Gene kodieren primär für Zelloberflächenmoleküle, die kurze Peptidfragmente erkennen und den Immunzellen präsentieren, die im Falle der Klasse I Gene intrazellulären (z.B. von Viren) oder im Falle der Klasse II Gene extrazellulären (z.B. von Bakterien, Protozoen, Arthropoden) Ursprungs sein können. In der Regel wird in natürlich vorkommenden Populationen ein hoher Grad an Polymorphismus im MHC beobachtet, was als Anpassung an das Erkennen und Präsentieren einer großen Anzahl sich schnell entwickelnder Pathogene interpretiert wird. Das Bestehen vieler MHC Varianten über große Zeiträume hinweg wird hauptsächlich durch positive Selektion bewirkt, der ein pathogengetriebener Selektionsdruck zugrunde liegt. In meiner Doktorarbeit habe ich mich mit der Variation von MHC I and MHC II in freilebenden Geparden (Acinonyx jubatus) und Leoparden (Panthera pardus) in Farmgebieten innerhalb Namibias beschäftigt. Beide Felidenarten leben sympatrisch und sind so demselben Pathogendruck ausgesetzt, sie unterscheiden sich allerdings in ihrem evolutionären und demographischen Hintergrund. Mein Hauptziel war es 1) das Ausmaß und Muster der MHC Variation auf Populationsebene beider Feliden zu untersuchen; 2) einen möglichen Zusammenhang zwischen dem Grad der MHC Variation und der Krankheitsresistenz in frei lebenden Geparden aufzudecken und 3) zu untersuchen, welche Rolle der Selektion auf die MHC Variabilität beider Arten in der Vergangenheit wie auch gegenwärtig zukommt. Geparden und Leoparden repräsentieren die größten frei lebenden Carnivoren Namibias. Beide Arten kommen hauptsächlich in Farmgebieten vor, die sich in Privatbesitz befinden, und können dort mit anderen Wild- aber auch Haustieren zusammentreffen und potentiell Krankheitserreger austauschen. Die Kenntnis über die adaptive genetische Variation, die für Krankheitsresistenzen mitverantwortlich ist, kann für den Schutz beider Felidenarten von Bedeutung sein. Geparden werden häufig in Lehrbüchern als klassische Beispiele für eine Tierart mit einer generell geringen genetischen Diversität verwendet. Neben neutralen Markern ist bei Geparden auch eine geringe Variabilität der MHC Gene beschrieben worden, die als Ursache einer hohen Anfälligkeit für infektiöse Krankheiten gesehen wird. Bisher wurde allerdings eine erhöhte Krankheitsanfälligkeit nur bei Geparden aus Gefangenschaft beschrieben, wohingegen neuste Studien an frei lebenden Geparden diesen einen guten Gesundheitsstatus attestierten. Dadurch stellt sich die Frage, ob die MHC I und II Diversität in frei lebenden Geparden nicht höher sein könnte als bisher angenommen. In dieser Arbeit konnten insgesamt 10 MHC I und vier MHC II Allele in 149 frei lebenden Geparden aus ganz Namibia nachgewiesen werden. Die Zugehörigkeit zu funktionellen MHC Genen wurde durch Expressionsanalysen bei allen Allelen, außer einem, bestätigt. Durch phylogenetische Analysen konnten die Allele vier MHC I und drei MHC II Genen zu geordnet werden. Das Wirken von positiver Selektion in der Vergangenheit konnte an spezifischen Aminosäuren des Proteins, die in direktem Kontakt zu den pathogenen Antigenen stehen, festgestellt werden. Dies traf für beide MHC Klassen zu. Des Weiteren konnte eine starke genetische Differenzierung des MHC I zwischen Geparden aus einer nord-zentralen und einer ost-zentralen Region festgestellt werden, von denen auch bekannt ist, dass sie unterschiedlichen, felidenspezifischen, viralen Pathogenen ausgesetzt sind. Das lässt vermuten, dass die unterschiedlichen Muster der MHC I Variation in der gegenwärtigen Population den unterschiedlichen pathogengetriebenen Selektionsdruck durch Viren in den beiden Regionen widerspiegelt. Verglichen mit anderen Säugetierarten, insbesondere andere Feliden, zeigen Geparden einen geringen Grad an MHC Diversität, doch das scheint die derzeitige Immunkompetenz frei lebender Geparden in Namibia nicht einzuschränken und widerspricht der bisherigen Meinung dass Geparden ein typisches Beispiel für eine krankheitsanfällige Tierart sind. Es kann allerdings nicht ausgeschlossen werden, dass bei neu auftauchenden Krankheiten die geringe MHC Variation eine erfolgreiche Immunkompetenz verhindert, da möglicherweise keines der gegenwärtigen Allele die Fähigkeit besitzt neue Pathogene zu erkennen. Im Gegensatz zu Geparden kommen Leoparden in allen Teilen Afrikas vor und sind wahrscheinlich die am weitverbreiteste Großkatze des afrikanischen Kontinents. Es scheint, dass Leoparden, im Gegensatz zu anderen afrikanischen Großkatzen, einer ausgedehnten Dezimierung durch Tierseuchen in der Vergangenheit, der einige Populationen afrikanischer Großkatzen ausgesetzt waren, entkommen sind. Bisher fehlten Information über die MHC Variabilität in afrikanischen Leoparden. In dieser Studie konnte ich die genetische Variation der MHC I und MHC II Gene frei lebender namibischer Leoparden charakterisieren. In 25 Tieren aus einer Population der ost-zentralen Region konnten sechs MHC I sowie sechs MHC II Sequenzen nachgewiesen werden. Aus der maximalen Anzahl Allele pro Tier kann auf drei MHC I und auf drei MHC II Gene geschlossen werden. Außerdem konnten die typischen Kennzeichen einer variationserhaltenden MHC Evolution betätigt werden, wie positive Selektion in der Vergangenheit, Rekombination und über Artgrenzen hinaus bestehender Polymorphismus. Der geringe Grad an MHC Variation in namibischen Leoparden ist jedoch noch nicht endgültig und weitere Untersuchungen in unterschiedlichen Regionen aus der gesamten geographischen Verbreitung des Leoparden sind notwendig um die MHC Variation der Leoparden in Gänze einschätzen zu können. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden zu einem besseren Verständnis des evolutionären Stellenwerts des MHC und in Folge zu einem besseren Schutz von frei lebenden Feliden beitragen. Die Umsiedelung von Wildtieren ist ein zunehmend angewendetes Hilfsmittel im Natur- und Artenschutz, welches jedoch mit Sorgfalt eingesetzt werden sollte, da die umgesiedelten Tiere möglicherweise einem anderen pathogenen Selektionsdruck ausgesetzt sind, dem sie nichts entgegenzusetzen haben.
KW  - MHC
KW  - genetische Vielfalt
KW  - Evolution
KW  - Acinonyx jubatus
KW  - Panthera Pardus
KW  - MHC
KW  - genetic diversity
KW  - evolution
KW  - Acinonyx jubatus
KW  - Panthera pardus
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-55505
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Beermann, Jan
A1  - Westbury, Michael V.
A1  - Hofreiter, Michael
A1  - Hilgers, Leon
A1  - Deister, Fabian
A1  - Neumann, Hermann
A1  - Raupach, Michael J.
T1  - Cryptic species in a well-known habitat
BT  - applying taxonomics to the amphipod genus Epimeria (Crustacea, Peracarida)
T2  - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - Taxonomy plays a central role in biological sciences. It provides a communication system for scientists as it aims to enable correct identification of the studied organisms. As a consequence, species descriptions should seek to include as much available information as possible at species level to follow an integrative concept of 'taxonomics'. Here, we describe the cryptic species Epimeria frankei sp. nov. from the North Sea, and also redescribe its sister species, Epimeria cornigera. The morphological information obtained is substantiated by DNA barcodes and complete nuclear 18S rRNA gene sequences. In addition, we provide, for the first time, full mitochondrial genome data as part of a metazoan species description for a holotype, as well as the neotype. This study represents the first successful implementation of the recently proposed concept of taxonomics, using data from high-throughput technologies for integrative taxonomic studies, allowing the highest level of confidence for both biodiversity and ecological research.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1059 
KW  - multiple sequence alignment
KW  - Oxidase Subunit-I
KW  - mitochondrial genome
KW  - control region
KW  - Ribosomal-RNA
KW  - asellota crustacea
KW  - gammarus crustacea
KW  - deep-sea
KW  - DNA
KW  - evolution
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-460792
SN  - 1866-8372
IS  - 1059
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Baunach, Martin
A1  - Chowdhury, Somak
A1  - Stallforth, Pierre
A1  - Dittmann-Thünemann, Elke
T1  - The landscape of recombination events that create nonribosomal peptide diversity
JF  - Molecular biology and evolution : MBE
N2  - Nonribosomal peptides (NRP) are crucial molecular mediators in microbial ecology and provide indispensable drugs. Nevertheless, the evolution of the flexible biosynthetic machineries that correlates with the stunning structural diversity of NRPs is poorly understood. Here, we show that recombination is a key driver in the evolution of bacterial NRP synthetase (NRPS) genes across distant bacterial phyla, which has guided structural diversification in a plethora of NRP families by extensive mixing andmatching of biosynthesis genes. The systematic dissection of a large number of individual recombination events did not only unveil a striking plurality in the nature and origin of the exchange units but allowed the deduction of overarching principles that enable the efficient exchange of adenylation (A) domain substrates while keeping the functionality of the dynamic multienzyme complexes. In the majority of cases, recombination events have targeted variable portions of the A(core) domains, yet domain interfaces and the flexible A(sub) domain remained untapped. Our results strongly contradict the widespread assumption that adenylation and condensation (C) domains coevolve and significantly challenge the attributed role of C domains as stringent selectivity filter during NRP synthesis. Moreover, they teach valuable lessons on the choice of natural exchange units in the evolution of NRPS diversity, which may guide future engineering approaches.
KW  - evolution
KW  - recombination
KW  - structural diversity
KW  - natural products
KW  - nonribosomal peptide synthetases
KW  - microbial ecology
Y1  - 2021
U6  - https://doi.org/10.1093/molbev/msab015
SN  - 0737-4038
SN  - 1537-1719
VL  - 38
IS  - 5
SP  - 2116
EP  - 2130
PB  - Oxford Univ. Press
CY  - Oxford
ER  - 
TY  - THES
A1  - Autenrieth, Marijke
T1  - Population genomics of two odontocetes in the North Atlantic and adjacent waters
BT  - Evolutionary history and conservation implications
N2  - Due to continuously intensifying human usage of the marine environment worldwide ranging cetaceans face an increasing number of threats. Besides whaling, overfishing and by-catch, new technical developments increase the water and noise pollution, which can negatively affect marine species. Cetaceans are especially prone to these influences, being at the top of the food chain and therefore accumulating toxins and contaminants. Furthermore, they are extremely noise sensitive due to their highly developed hearing sense and echolocation ability. As a result, several cetacean species were brought to extinction during the last century or are now classified as critically endangered. This work focuses on two odontocetes. It applies and compares different molecular methods for inference of population status and adaptation, with implications for conservation. The worldwide distributed sperm whale (Physeter macrocephalus) shows a matrilineal population structure with predominant male dispersal. A recently stranded group of male sperm whales provided a unique opportunity to investigate male grouping for the first time. Based on the mitochondrial control region, I was able to infer that male bachelor groups comprise multiple matrilines, hence derive from different social groups, and that they represent the genetic variability of the entire North Atlantic. The harbor porpoise (Phocoena phocoena) occurs only in the northern hemisphere. By being small and occurring mostly in coastal habitats it is especially prone to human disturbance. Since some subspecies and subpopulations are critically endangered, it is important to generate and provide genetic markers with high resolution to facilitate population assignment and subsequent protection measurements. Here, I provide the first harbour porpoise whole genome, in high quality and including a draft annotation. Using it for mapping ddRAD seq data, I identify genome wide SNPs and, together with a fragment of the mitochondrial control region, inferred the population structure of its North Atlantic distribution range. The Belt Sea harbors a distinct subpopulation oppose to the North Atlantic, with a transition zone in the Kattegat. Within the North Atlantic I could detect subtle genetic differentiation between western (Canada-Iceland) and eastern (North Sea) regions, with support for a German North Sea breading ground around the Isle of Sylt. Further, I was able to detect six outlier loci which show isolation by distance across the investigated sampling areas. In employing different markers, I could show that single maker systems as well as genome wide data can unravel new information about population affinities of odontocetes. Genome wide data can facilitate investigation of adaptations and evolutionary history of the species and its populations. Moreover, they facilitate population genetic investigations, providing a high resolution, and hence allowing for detection of subtle population structuring especially important for highly mobile cetaceans.
N2  - Mit der immer stärker zunehmenden Nutzung des marinen Lebensraumes durch den Menschen, häufen sich auch die Bedrohungen, wie beispielsweise Lebensraumzerstörungen, denen Cetacea ausgesetzt sind. Die Folgen aus Walfang, Überfischung und Beifang, wie auch die stärkere Verschmutzung der Meere sowie die Zunahme des generellen Lärmpegels, haben negative Effekte auf eine Vielzahl mariner Arten. Cetacea sind besonders anfällig für diese Störungen, da sie einerseits am Ende der Nahrungskette stehen und somit besonders Schadstoffe, wie bspw. PBEs, in ihren Körpern akkumulieren und andererseits durch ihr hoch angepasstes Gehör äußerst sensibel gegenüber Geräuschstörungen sind. Im Laufe des letzten Jahrhunderts wurden einige marine Säugetiere bereits ausgerottet oder fast bis an den Rand des Aussterbens gebracht. Diese Arbeit konzentriert sich auf zwei Zahnwalarten, die in ihrer Biologie und Populationsstruktur sehr verschieden sind. Sie bieten die Möglichkeit, verschiedene Methoden der Naturschutz- und Populationsgenetik anzuwenden und zu vergleichen. Der weltweit verbreitete Pottwal ist matrilineal organisiert mit Weibchen, die in sozialen Gruppen in der Nähe des Äquators leben, und Männchen, die in kleinen Gruppen zu den Polen migrieren. Zum Jahresbeginn 2016 strandete eine Gruppe junger männlicher Pottwale entlang der Nordsee. Dieses Ereignis bot die einzigartige Chance, erstmals die genetische Zusammensetzung einer männlichen Pottwalgruppe zu untersuchen. Basierend auf der mitochondrialen Kontrollregion, konnte ich zeigen, dass sie von mehreren Matrilinien abstammen und in ihrer Gesamtheit die genetische Vielfalt der nordatlantischen Gesamtpopulation repräsentieren. Der Schweinswal ist innerhalb der nördlichen Hemisphäre weit verbreitet. Durch seine kleine Körpergrösse und die Präferenz für küstennahe Habitate ist er besonders anfällig gegenüber negativen anthropogenen Einflüssen. Da sowohl eine seiner Unterarten als auch einige Subpopulationen durch die IUCN als stark bedroht klassifiziert sind, ist es besonders wichtig die genetische Struktur dieser Art und ihrer Populationen zu erfassen und hochauflösende Markersysteme zu generieren, um verlässliche Informationen zum Status lokaler Populationen für weiterführende Naturschutzmaßnahmen bereitzustellen. In dieser Arbeit konnte ich die erste komplette Genomsequenz des Schweinwal in hoher Qualität bereitstellen und sie für die Analyse von ddRAD-Daten als Referenz nutzen. Mittles genomweit verteilter SNPs, sowie einem Abschnitt der mitochondrialen Kontrollregion zeigte sich, dass die Schweinswale in der Beltsee eine eigenständige Population bilden, mit einer Transitionszone zum Nord-Atlantik im Kattegat. Innerhalb des Nord-Atlantiks zeigten sich Unterschiede zwischen West (Kanada-Island) und Ost (Nordsee), sowie eine Abgrenzung deutscher Schweinswale um die Insel Sylt. Außerdem konnte ich sechs SNPs identifizieren, welche die populationsgenetische Auflösung im Nordatlantik und geographischen Distanz wiederspiegeln. Durch den Vergleich verschiedener Markersysteme konnte ich zeigen, dass sowohl einzelne Marker als auch genomweite Marker neue Erkenntnisse zu Populationsstrukturen und Anpassungen von Zahnwalen liefern. Durch die hohe Mobilität und den schwer zugänglichen Lebensraum mariner Säugetiere sind hochauflösende genetische Markersysteme der Schlüssel für ein besseres Verständnis und den Schutz dieser Arten.
KW  - genomics
KW  - population genetics
KW  - conservation
KW  - evolution
KW  - whole genome
KW  - toothed whales
KW  - Genomik
KW  - Populationsgenetik
KW  - Naturschutz
KW  - Evolution
KW  - Zahnwale
Y1  - 2020
ER  -