1. Evolution of gene expression after whole-genome duplication: New insights from the spotted gar genome
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Peter Batzel, Cédric Cabau, Yann Guiguen, Jérôme Montfort, John H. Postlethwait, Christophe Klopp, Elodie Jouanno, Thuy Thao Vi Nguyen, Laurent Journot, Ingo Braasch, Jeremy Pasquier, Camille Berthelot, Julien Bobe, Laboratoire de Physiologie et Génomique des Poissons (LPGP), Structure Fédérative de Recherche en Biologie et Santé de Rennes ( Biosit : Biologie - Santé - Innovation Technologique )-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Michigan State University [East Lansing], Michigan State University System, Institute of Neuroscience, University of Oregon [Eugene], Génétique Physiologie et Systèmes d'Elevage (GenPhySE ), École nationale supérieure agronomique de Toulouse [ENSAT]-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, École normale supérieure - Cachan (ENS Cachan), Unité de Mathématiques et Informatique Appliquées de Toulouse (MIAT INRA), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Institut de Génomique Fonctionnelle (IGF), Université de Montpellier (UM)-Université Montpellier 1 (UM1)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), This work was supported by ANR under grant agreement #ANR-10-GENM-017 (PhyloFish) to JB, NIH grants R01 OD011116 (alias R01 RR020833) and R24 OD01119004 (J.H.P.), a Feodor Lynen Fellowship from the Alexander von Humboldt Foundation and the Volkswagen Foundation Initiative Evolutionary Biology, grant I/84 815 (I.B.), ANR-10-GENM-0017,PhyloFish,Analyse phylogénomique des duplications géniques chez les poissons téléostéens: une approche par RNA-Seq(2010), Institute of Neuroscience, University of Oregon, Eugene, Oregon, Institut de biologie de l'ENS Paris (IBENS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Département de Biologie - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité de Biométrie et Intelligence Artificielle (UBIA), R01 OD011116 (alias R01 RR020833) and R24 OD01119004, National Institutes of Health, Alexander von Humboldt-Stiftung, I/84 815, Volkswagen Foundation, Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Structure Fédérative de Recherche en Biologie et Santé de Rennes ( Biosit : Biologie - Santé - Innovation Technologique ), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-École nationale supérieure agronomique de Toulouse [ENSAT], Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ProdInra, Migration, Génomique, Biotechnologies végétales - Analyse phylogénomique des duplications géniques chez les poissons téléostéens: une approche par RNA-Seq - - PhyloFish2010 - ANR-10-GENM-0017 - Génomique - VALID, Institut de biologie de l'ENS Paris (UMR 8197/1024) (IBENS), Département de Biologie - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-10-GENM-017 (PhyloFish), Agence Nationale de la Recherche, and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
0301 basic medicine ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,Lineage (evolution) ,poisson zèbre ,[SDV.GEN] Life Sciences [q-bio]/Genetics ,[MATH] Mathematics [math] ,Genome ,0302 clinical medicine ,poisson ,cyprinidae ,Gene Duplication ,Gene duplication ,évolution génomique des poissons ,[MATH]Mathematics [math] ,duplication des génomes ,Zebrafish ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,Genetics ,0303 health sciences ,teleost ,biology ,Fishes ,Spotted gar ,lepisosteus oculatus ,oryzias latipes ,[SDV] Life Sciences [q-bio] ,medaka ,PhyloFish ,transcriptome ,zebrafish ,danio rerio ,Molecular Medicine ,Neofunctionalization ,teleosteen ,expression des gènes ,[SDV.GEN.GA] Life Sciences [q-bio]/Genetics/Animal genetics ,[INFO] Computer Science [cs] ,Article ,reproduction ,Evolution, Molecular ,03 medical and health sciences ,Species Specificity ,[SDV.BBM.GTP]Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Genomics [q-bio.GN] ,Animals ,[INFO]Computer Science [cs] ,adrianichthyidae ,14. Life underwater ,Gene ,Ecology, Evolution, Behavior and Systematics ,030304 developmental biology ,Whole genome sequencing ,[SDV.GEN]Life Sciences [q-bio]/Genetics ,lepisosteidae ,génome ,biology.organism_classification ,[SDV.GEN.GA]Life Sciences [q-bio]/Genetics/Animal genetics ,030104 developmental biology ,Gene Expression Regulation ,Evolutionary biology ,lépisosté tacheté ,fonction des gènes ,Subfunctionalization ,Animal Science and Zoology ,030217 neurology & neurosurgery ,Developmental Biology - Abstract
Whole genome duplications (WGD) are important evolutionary events. Our understanding of underlying mechanisms, including the evolution of duplicated genes after WGD, however remains incomplete. Teleost fish experienced a common WGD (teleost-specific genome duplication, or TGD) followed by a dramatic adaptive radiation leading to more than half of all vertebrate species. The analysis of gene expression patterns following TGD at the genome level has been limited by the lack of suitable genomic resources. The recent concomitant release of the genome sequence of spotted gar (a representative of holosteans, the closest lineage of teleosts that lacks the TGD) and the tissue-specific gene expression repertoires of over 20 holostean and teleostean fish species, including spotted gar, zebrafish and medaka (the PhyloFish project), offered a unique opportunity to study the evolution of gene expression following TGD in teleosts. We show that most TGD duplicates gained their current status (loss of one duplicate gene or retention of both duplicates) relatively rapidly after TGD (i.e. prior to the divergence of medaka and zebrafish lineages). The loss of one duplicate is the most common fate after TGD with a probability of approximately 80%. In addition, the fate of duplicate genes after TGD, including subfunctionalization, neofunctionalization, or retention of two ‘similar’ copies occurred not only before, but also after the radiation of species tested, in consistency with a role of the TGD in speciation and/or evolution of gene function. Finally, we report novel cases of TGD ohnolog subfunctionalization and neofunctionalization that further illustrate the importance of these processes.
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- 2017
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