TY - JOUR A1 - Kiemel, Katrin A1 - De Cahsan, Binia A1 - Paraskevopoulou, Sofia A1 - Weithoff, Guntram A1 - Tiedemann, Ralph T1 - Mitochondrial genomes of the freshwater monogonont rotifer Brachionus fernandoi and of two additional B. calyciflorus sensu stricto lineages from Germany and the USA (Rotifera, Brachionidae) JF - Mitochondrial DNA. Part B-Resources N2 - The Brachionus calyciflorus species complex was recently subdivided into four species, but genetic resources to resolve phylogenetic relationships within this complex are still lacking. We provide two complete mitochondrial (mt) genomes from B. calyciflorus sensu stricto (Germany, USA) and the mt coding sequences (cds) from a German B. fernandoi. Phylogenetic analysis placed our B. calyciflorus sensu stricto strains close to the published genomes of B. calyciflorus, forming the putative sister species to B. fernandoi. Global representatives of B. calyciflorus sensu stricto (i.e. Europe, USA, and China) are genetically closer related to each other than to B. fernandoi (average pairwise nucleotide diversity 0.079 intraspecific vs. 0.254 interspecific). KW - Mitogenome KW - cryptic species KW - Brachionus calyciflorus s KW - Brachionus KW - fernandoi KW - monogonont rotifer Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1080/23802359.2022.2060765 SN - 2380-2359 VL - 7 IS - 4 SP - 646 EP - 648 PB - Routledge, Taylor & Francis Group CY - Abingdon ER - TY - JOUR A1 - Schälicke, Svenja A1 - Heim, Silvia A1 - Martin-Creuzburg, Dominik A1 - Wacker, Alexander T1 - Inter- and intraspecific differences in rotifer fatty acid composition during acclimation to low-quality food JF - Philosophical transactions of the Royal Society of London : B, Biological sciences N2 - Biochemical food quality constraints affect the performance of consumers and mediate trait variation among and within consumer species. To assess inter- and intraspecific differences in fatty acid retention and conversion in freshwater rotifers, we provided four strains of two closely related rotifer species,Brachionus calyciflorussensustricto andBrachionus fernandoi, with food algae differing in their fatty acid composition. The rotifers grazed for 5 days on eitherNannochloropsis limneticaorMonoraphidium minutum, two food algae with distinct polyunsaturated fatty acid (PUFA) profiles, before the diets were switched to PUFA-freeSynechococcus elongatus, which was provided for three more days. We found between- and within-species differences in rotifer fatty acid compositions on the respective food sources and, in particular, highly specific acclimation reactions to the PUFA-free diet. The different reactions indicate inter- but also intraspecific differences in physiological traits, such as PUFA retention, allocation and bioconversion capacities, within the genusBrachionusthat are most likely accompanied by differences in their nutritional demands. Our data suggest that biochemical food quality constraints act differently on traits of closely related species and of strains of a particular species and thus might be involved in shaping ecological interactions and evolutionary processes. This article is part of the theme issue 'The next horizons for lipids as 'trophic biomarkers': evidence and significance of consumer modification of dietary fatty acids'. KW - Brachionus KW - fatty acids KW - food quality KW - PUFA composition KW - rotifer KW - strains KW - trait variation Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1098/rstb.2019.0644 SN - 0962-8436 SN - 1471-2970 VL - 375 IS - 1804 PB - Royal Society CY - London ER - TY - THES A1 - Paraskevopoulou, Sofia T1 - Adaptive genetic variation and responses to thermal stress in brachionid rotifers N2 - The importance of cryptic diversity in rotifers is well understood regarding its ecological consequences, but there remains an in depth comprehension of the underlying molecular mechanisms and forces driving speciation. Temperature has been found several times to affect species spatio-temporal distribution and organisms’ performance, but we lack information on the mechanisms that provide thermal tolerance to rotifers. High cryptic diversity was found recently in the freshwater rotifer “Brachionus calyciflorus”, showing that the complex comprises at least four species: B. calyciflorus sensu stricto (s.s.), B. fernandoi, B. dorcas, and B. elevatus. The temporal succession among species which have been observed in sympatry led to the idea that temperature might play a crucial role in species differentiation. The central aim of this study was to unravel differences in thermal tolerance between species of the former B. calyciflorus species complex by comparing phenotypic and gene expression responses. More specifically, I used the critical maximum temperature as a proxy for inter-species differences in heat-tolerance; this was modeled as a bi-dimensional phenotypic trait taking into consideration the intention and the duration of heat stress. Significant differences on heat-tolerance between species were detected, with B. calyciflorus s.s. being able to tolerate higher temperatures than B. fernandoi. Based on evidence of within species neutral genetic variation, I further examined adaptive genetic variability within two different mtDNA lineages of the heat tolerant B. calyciflorus s.s. to identify SNPs and genes under selection that might reflect their adaptive history. These analyses did not reveal adaptive genetic variation related to heat, however, they show putatively adaptive genetic variation which may reflect local adaptation. Functional enrichment of putatively positively selected genes revealed signals of adaptation in genes related to “lipid metabolism”, “xenobiotics biodegradation and metabolism” and “sensory system”, comprising candidate genes which can be utilized in studies on local adaptation. An absence of genetically-based differences in thermal adaptation between the two mtDNA lineages, together with our knowledge that B. calyciflorus s.s. can withstand a broad range of temperatures, led to the idea to further investigate shared transcriptomic responses to long-term exposure to high and low temperatures regimes. With this, I identified candidate genes that are involved in the response to temperature imposed stress. Lastly, I used comparative transcriptomics to examine responses to imposed heat-stress in heat-tolerant and heat-sensitive Brachionus species. I found considerably different patterns of gene expression in the two species. Most striking are patterns of expression regarding the heat shock proteins (hsps) between the two species. In the heat-tolerant, B. calyciflorus s.s., significant up-regulation of hsps at low temperatures was indicative of a stress response at the cooler end of the temperature regimes tested here. In contrast, in the heat-sensitive B. fernandoi, hsps generally exhibited up-regulation of these genes along with rising temperatures. Overall, identification of differences in expression of genes suggests suppression of protein biosynthesis to be a mechanism to increase thermal tolerance. Observed patterns in population growth are correlated with the hsp gene expression differences, indicating that this physiological stress response is indeed related to phenotypic life history performance. N2 - Obwohl die kryptische Diversität von Rotatorien (Rädertierchen) und die daraus resultierenden ökologischen Konsequenzen inzwischen sehr gut verstanden sind, sind die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen und die Artbildungsprozesse bisher weitgehend unbekannt. Bekannt ist, dass die Temperatur eine bedeutende Rolle in den raum-zeitlichen Verbreitungsmustern der Arten sowie der Leistungsfähigkeit der Organismen, spielt. Es fehlen jedoch konkrete Informationen über die der Thermotoleranz zugrundeliegenden Mechanismen bei Rotatorien. Vor kurzem wurde hohe kryptische Diversität in der unter anderem in Süßwasser vorkommenden Art „Brachionus calyciflorus“ gefunden, so dass diese nun in mindestens vier Arten (B. calyciflorus sensu stricto (s.s.), B. fernandoi, B. dorcas und B. elevatus) unterteilt wurde. Beobachtungen von in Sympatrie vorkommenden Arten haben gezeigt, dass eine zeitliche Suksession innerhalb dieser Arten existiert, was vermuten lässt, dass Temperatur eine entscheidende Rolle bei der Artbildung gespielt haben könnte. Ziel dieser Arbeit ist es, Thermotoleranzunterschiede zwischen Arten des früheren B. calyciflorus-Artenkomplexes durch den Vergleich von phänotypischen und molekularen (Genexpression) Reaktionen auf Temperatur festzustellen. Die in dieser Untersuchung ermittelte kritische Maximaltemperatur wurde als Schätzer für zwischenartliche Hitzetoleranz verwendet. Mit Hilfe eines zweidimensionalen Verfahrens, welches sowohl die Dauer als auch die Stärke des Hitzestresses detektiert, konnte festgestellt werden, dass B. calyciflorus s.s. im Vergleich zu B. fernandoi hitzetoleranter ist. Auf Basis der innerartlichen genetischen Variation erfolgte eine tiefergehende Untersuchung zweier unterschiedlicher maternaler (mtDNA) Evolutionslinien der hitzetoleranteren Art B. calyciflorus s.s mit dem Ziel, unter divergenter Selektion stehende SNPs und Gene zu identifizieren, welche die Anpassung an verschiedene Temperaturen widerspiegeln könnten. Mit Hilfe dieses Experimentes war es möglich, potentiell positiv selektiere Kandidatengene zu identifizieren, welche im Zusammenhang mit dem „Lipidmetabolismus“, dem „Metabolismus und Abbau von Xenobiotika“ sowie dem „Sensorischen System“ stehen. Diese Kandidatengene lassen Rückschlüsse auf lokale Anpassungen zu. Es konnten keine genetischen Unterschiede gefunden werden, die im Zusammenhang mit der Temperaturanpassung der beiden untersuchten Evolutionslinien stehen. Um molekulare Grundlagen für die Toleranz von B. calyciflorus s.s für einen großen Temperaturbereich zu identifizieren, wurde das Transkriptom untersucht. Mit Hilfe der erhobenen Daten konnten Kandidatengene identifiziert werden, die für die Temperaturtoleranz von Bedeutung sind. Der letzte Teil dieser Arbeit konzentrierte sich auf die Untersuchung der Hitzestressantwort in einer hitzetoleranten und einer hitzesensitiven Brachionus Art. Diese Untersuchung konnte erhebliche Unterschiede in den Genexpre-ssionsmustern der beiden Arten aufzeigen. Die deutlichsten Unterschiede der Genexpression wurden hierbei in der Expression von Genen detektiert, die für die sogenannten Hitze-Schock-Proteinen (Heat-shock-proteins: hsp) codieren. In der hitzetoleranten Art B. calyciflorus s.s wurde ein signifikanter Anstieg der hsp-Genexpression bei geringen Temperaturen festgestellt, während bei der hitzesensitiven Art B. fernandoi ein signifikanter Anstieg bei hohen Temperaturen detektiert wurde. Die in dieser Arbeit gefundenen Unterschiede in der Genexpression zeigen, dass Temperaturstress eine Hemmung der Proteinbiosynthese bewirken kann, was zu einer erhöhten Thermotoleranz führt. Darüber hinaus ist Populationswachstum mit der Expression von Hitze-Schock-Proteingenen korreliert. Dies deutet darauf hin, dass die hier beschriebene physiologische Temperaturstressantwort tatsächlich mit den beobachteten phänotypischen Fitnessparametern im Zusammenhang steht. KW - Brachionus KW - zooplankton KW - temperature KW - RNA-seq KW - transcriptome KW - adaptation Y1 - 2019 ER -