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Whole Genome Shotgun Phylogenomics Resolves the Pattern and Timing of Swallowtail Butterfly Evolution

Authors :
Fabien L. Condamine
Anne-Laure Clamens
Felix A. H. Sperling
Celine Scornavacca
Rémi Allio
Benoit Nabholz
Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier (UMR ISEM)
École pratique des hautes études (EPHE)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Montpellier (UM)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR226
Institut de Biologie Computationnelle (IBC)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Centre de Biologie pour la Gestion des Populations (UMR CBGP)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
University of Alberta
PICS grant of the CNRS (PASTA project)
Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada
ANR-14-CE02-0002,BirdIslandGenomic,Influence de la taille des populations sur l'évolution du génome: le cas des Oiseaux endémiques de l'île de La Réunion(2014)
European Project: 627684,EC:FP7:PEOPLE,FP7-PEOPLE-2013-IOF,BIOMME(2015)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-École Pratique des Hautes Études (EPHE)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Montpellier (UM)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR226-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Université de Montpellier (UM)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro - Montpellier SupAgro
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-École pratique des hautes études (EPHE)-Université de Montpellier (UM)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR226-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Source :
Systematic Biology, Systematic Biology, Oxford University Press (OUP), 2020, 69 (1), pp.38-60. ⟨10.1093/sysbio/syz030⟩, Systematic Biology, 2020, 69 (1), pp.38-60. ⟨10.1093/sysbio/syz030⟩, Systematic Biology, Oxford University Press (OUP), In press, ⟨10.1093/sysbio/syz030⟩
Publication Year :
2018

Abstract

Evolutionary relationships have remained unresolved in many well-studied groups, even though advances in next-generation sequencing and analysis, using approaches such as transcriptomics, anchored hybrid enrichment, or ultraconserved elements, have brought systematics to the brink of whole genome phylogenomics. Recently, it has become possible to sequence the entire genomes of numerous nonbiological models in parallel at reasonable cost, particularly with shotgun sequencing. Here, we identify orthologous coding sequences from whole-genome shotgun sequences, which we then use to investigate the relevance and power of phylogenomic relationship inference and time-calibrated tree estimation. We study an iconic group of butterflies—swallowtails of the family Papilionidae—that has remained phylogenetically unresolved, with continued debate about the timing of their diversification. Low-coverage whole genomes were obtained using Illumina shotgun sequencing for all genera. Genome assembly coupled to BLAST-based orthology searches allowed extraction of 6621 orthologous protein-coding genes for 45 Papilionidae species and 16 outgroup species (with 32% missing data after cleaning phases). Supermatrix phylogenomic analyses were performed with both maximum-likelihood (IQ-TREE) and Bayesian mixture models (PhyloBayes) for amino acid sequences, which produced a fully resolved phylogeny providing new insights into controversial relationships. Species tree reconstruction from gene trees was performed with ASTRAL and SuperTriplets and recovered the same phylogeny. We estimated gene site concordant factors to complement traditional node-support measures, which strengthens the robustness of inferred phylogenies. Bayesian estimates of divergence times based on a reduced data set (760 orthologs and 12% missing data) indicate a mid-Cretaceous origin of Papilionoidea around 99.2 Ma (95% credibility interval: 68.6–142.7 Ma) and Papilionidae around 71.4 Ma (49.8–103.6 Ma), with subsequent diversification of modern lineages well after the Cretaceous-Paleogene event. These results show that shotgun sequencing of whole genomes, even when highly fragmented, represents a powerful approach to phylogenomics and molecular dating in a group that has previously been refractory to resolution.

Details

ISSN :
1076836X and 10635157
Volume :
69
Issue :
1
Database :
OpenAIRE
Journal :
Systematic biology
Accession number :
edsair.doi.dedup.....209796c5199938a31eaaed74a275c883
Full Text :
https://doi.org/10.1093/sysbio/syz030⟩