Tomas Carrasco

• Transposable elements (TEs) are loci that can replicate and multiply within the genome of their host. Within the host, TEs through transposition are responsible for variation on genomic architecture and gene regulation across all vertebrates. Genome assemblies have increased in numbers in recent years. However, to explore in deep the variations within different genomes, such as SNPs (single nucleotide polymorphism), INDELs (Insertion-deletion), satellites and transposable elements, we need high-quality genomes. Studies of molecular markers in the past 10 years have limitations to correlate with biological differences because molecular markers rely on the accuracy of the genomic resources. This has generated that a substantial part of the studies of TE in recent years have been on high quality genomic resources such as Drosophila, zebrafinch and maize. As testudine have a slow mutation rate lower only to crocodilians, with more than 300 species, adapted to different environments all across the globe, the testudine clade can help us toTransposable elements (TEs) are loci that can replicate and multiply within the genome of their host. Within the host, TEs through transposition are responsible for variation on genomic architecture and gene regulation across all vertebrates. Genome assemblies have increased in numbers in recent years. However, to explore in deep the variations within different genomes, such as SNPs (single nucleotide polymorphism), INDELs (Insertion-deletion), satellites and transposable elements, we need high-quality genomes. Studies of molecular markers in the past 10 years have limitations to correlate with biological differences because molecular markers rely on the accuracy of the genomic resources. This has generated that a substantial part of the studies of TE in recent years have been on high quality genomic resources such as Drosophila, zebrafinch and maize. As testudine have a slow mutation rate lower only to crocodilians, with more than 300 species, adapted to different environments all across the globe, the testudine clade can help us to study variation. Here we propose Testudines as a clade to study variation and the abundance of TE on different species that diverged a long time ago. We investigated the genomic diversity of sea turtles, identifying key genomic regions associated to gene family duplication, specific expansion of particular TE families for Dermochelyidae and that are important for phenotypic differentiation, the impact of environmental changes on their populations, and the dynamics of TEs within different lineages. In chapter 1, we identify that despite high levels of genome synteny within sea turtles, we identified that regions of reduced collinearity and microchromosomes showed higher concentrations of multicopy gene families, as well as genetic distances between species, indicating their potential importance as sources of variation underlying phenotypic differentiation. We found that differences in the ecological niches occupied by leatherback and green turtles have led to contrasting evolutionary paths for their olfactory receptor genes. We identified in leatherback turtles a long-term low population size. Nonetheless, we identify no correlation between the regions of reduced collinearity with abundance of TEs or an accumulation of a particular TE group. In chapter 2, we identified that sea turtle genomes contain a significant proportion of TEs, with differences in TE abundance between species, and the discovery of a recent expansion of Penelope-like elements (PLEs) in the highly conserved sea turtle genome provides new insights into the dynamics of TEs within Testudines. In chapter 3, we compared the proportion of TE across the Testudine clade, and we identified that the proportion of transposable elements within the clade is stable, regardless of the quality of the assemblies. However, we identified that the proportion of TEs orders has correlation with genome quality depending of their expanded abundancy. For retrotransposon, a highly abundant element for this clade, we identify no correlation. However, for DNA elements a rarer element on this clade, correlate with the quality of the assemblies. Here we confirm that high-quality genomes are fundamental for the study of transposable element evolution and the conservation within the clade. The detection and abundance of specific orders of TEs are influenced by the quality of the genomes. We identified that a reduction in the population size on D. coriacea had left signals of long-term low population sizes on their genomes. On the same note we identified an expansion of TE on D. coriacea, not present in any other member of the available genomes of Testudines, strongly suggesting that it is a response of deregulation of TE on their genomes as consequences of the low population sizes. Here we have identified important genomic regions and gene families for phenotypic differentiation and highlighted the impact of environmental changes on the populations of sea turtles. We stated that accurate classification and analysis of TE families are important and require high-quality genome assemblies. Using TE analysis we manage to identify differences in highly syntenic species. These findings have significant implications for conservation and provide a foundation for further research into genome evolution and gene function in turtles and other vertebrates. Overall, this study contributes to our understanding of evolutionary change and adaptation mechanisms.…
• Transponierbare Elemente (TEs) sind Loci, die sich im Genom ihres Wirts replizieren und vermehren können. Innerhalb des Wirts sind TEs durch Transposition für die Variation der genomischen Architektur und der Genregulation bei allen Wirbeltieren verantwortlich. In den letzten Jahren hat die Zahl der Genomassemblies zugenommen. Um jedoch die Variationen innerhalb verschiedener Genome, wie SNPs, INDELs, Satelliten und transponierbare Elemente, eingehend zu untersuchen, benötigen wir qualitativ hochwertige Genome. Studien über molekulare Marker in den letzten 10 Jahren haben nur begrenzt mit biologischen Unterschieden korreliert, da molekulare Marker von der Genauigkeit der genomischen Ressourcen abhängen. Dies hat dazu geführt, dass ein großer Teil der TE-Studien der letzten Jahre an qualitativ hochwertigen genomischen Ressourcen wie Drosophila, Zebrafinken und Mais durchgeführt wurde. Da die Testudinen eine langsame Mutationsrate haben, die nur bei Krokodilen niedriger ist, aber mehr als 300 Arten umfassen, die an verschiedeneTransponierbare Elemente (TEs) sind Loci, die sich im Genom ihres Wirts replizieren und vermehren können. Innerhalb des Wirts sind TEs durch Transposition für die Variation der genomischen Architektur und der Genregulation bei allen Wirbeltieren verantwortlich. In den letzten Jahren hat die Zahl der Genomassemblies zugenommen. Um jedoch die Variationen innerhalb verschiedener Genome, wie SNPs, INDELs, Satelliten und transponierbare Elemente, eingehend zu untersuchen, benötigen wir qualitativ hochwertige Genome. Studien über molekulare Marker in den letzten 10 Jahren haben nur begrenzt mit biologischen Unterschieden korreliert, da molekulare Marker von der Genauigkeit der genomischen Ressourcen abhängen. Dies hat dazu geführt, dass ein großer Teil der TE-Studien der letzten Jahre an qualitativ hochwertigen genomischen Ressourcen wie Drosophila, Zebrafinken und Mais durchgeführt wurde. Da die Testudinen eine langsame Mutationsrate haben, die nur bei Krokodilen niedriger ist, aber mehr als 300 Arten umfassen, die an verschiedene Umgebungen auf der ganzen Welt angepasst sind, kann uns diese Gruppe bei der Untersuchung der Variation helfen. Hier schlagen wir Testudinen als Klade vor, um die Variation und die Häufigkeit von TE bei verschiedenen Arten zu untersuchen, die sich vor langer Zeit auseinanderentwickelt haben. Wir untersuchten die genomische Vielfalt der Meeresschildkröten und identifizierten genomische Schlüsselregionen, die mit der Duplikation von Genfamilien, der spezifischen Ausbreitung bestimmter TE-Familien bei den Dermochelyidae verbunden und für die phänotypische Differenzierung wichtig sind, sowie die Auswirkungen von Umweltveränderungen auf ihre Populationen und die Dynamik transponierbarer Elemente (TEs) innerhalb verschiedener Linien. In Kapitel 1 stellen wir fest, dass trotz des hohen Maßes an Genomsyntenie innerhalb der Meeresschildkröten Regionen mit geringerer Kollinearität und Mikrochromosomen eine höhere Konzentration von Genfamilien mit mehreren Kopien sowie genetische Abstände zwischen den Arten aufweisen, was auf ihre potenzielle Bedeutung als Variationsquellen für die phänotypische Differenzierung hinweist. Wir fanden heraus, dass die Unterschiede in den ökologischen Nischen, die Lederschildkröten und Suppenschildkröten besetzen, zu gegensätzlichen evolutionären Pfaden für ihre Geruchsrezeptorgene geführt haben. Bei Lederschildkröten haben wir Anzeichen für langfristig niedrige Populationsgrößen festgestellt. Dennoch konnten wir keine Korrelation zwischen den Regionen mit reduzierter Kollinearität und der Häufigkeit von TEs oder einer Akkumulation einer bestimmten TE-Gruppe feststellen. In Kapitel 2 haben wir festgestellt, dass die Genome von Meeresschildkröten einen beträchtlichen Anteil an TEs enthalten, mit Unterschieden in der TE-Häufigkeit zwischen den Arten, und die Entdeckung einer kürzlichen Ausbreitung von Penelope-ähnlichen Elementen (PLEs) im hochkonservierten Genom von Meeresschildkröten bietet neue Einblicke in die Dynamik von TEs innerhalb der Testudinen. In Kapitel 3 haben wir den Anteil der TE innerhalb der Testudinenklade verglichen und festgestellt, dass der Anteil der transponierbaren Elemente innerhalb der Klade stabil ist, unabhängig von der Qualität der Assemblies. Allerdings haben wir festgestellt, dass der Anteil der TEs Bestellungen hat Korrelation mit Genom Qualität in Abhängigkeit von ihrer erweiterten Häufigkeit, wie auf Retrotransposon, ein sehr häufig Element für diese Klade, wir identifizieren keine Korrelation, aber, DNA-Elemente ein seltener Element auf dieser Klade, korrelieren mit der Qualität der Baugruppen. Hier bestätigen wir, dass qualitativ hochwertige Genome für die Untersuchung der Entwicklung transponierbarer Elemente und der Erhaltung innerhalb der Gruppe von grundlegender Bedeutung sind. Der Nachweis und die Häufigkeit bestimmter Ordnungen von TEs werden durch die Qualität der Genome beeinflusst. Wir haben festgestellt, dass eine Verringerung der Populationsgröße bei D. coriacea Signale für langfristig niedrige Populationsgrößen in ihren Genomen hinterlassen hat. Gleichzeitig haben wir bei D. coriacea eine Ausdehnung der TE festgestellt, die in keinem anderen Mitglied der verfügbaren Genome der Testudinen vorkommt, was stark darauf hindeutet, dass es sich um eine Reaktion auf die Deregulierung der TE auf ihren Genomen als Folge der geringen Populationsgrößen handelt. Hier haben wir wichtige genomische Regionen und Genfamilien für die phänotypische Differenzierung identifiziert und die Auswirkungen von Umweltveränderungen auf die Populationen von Meeresschildkröten aufgezeigt. Wir haben festgestellt, dass eine genaue Klassifizierung und Analyse von TE-Familien wichtig ist und qualitativ hochwertige Genomassemblies erfordert. Mit Hilfe der TE-Analyse gelingt es uns, Unterschiede in hochsynthetischen Arten zu identifizieren. Diese Ergebnisse sind von großer Bedeutung für den Artenschutz und bilden eine Grundlage für die weitere Erforschung der Genomevolution und der Genfunktionen bei Schildkröten und anderen Wirbeltieren. Insgesamt trägt diese Studie zu unserem Verständnis des evolutionären Wandels und der Anpassungsmechanismen bei.…