Onderzoek Els De Keyzer

Abstract

Inzicht in soortvorming is een centrale vraag in de evolutiebiologie en is cruciaal voor behoud temidden van wereldwijde biodiversiteitsveranderingen. Adaptieve radiaties waren een belangrijke drijvende kracht achter de biodiversiteit op aarde. De adaptieve radiatie van Telmatherina in de Malili-meren in Sulawesi, Indonesië biedt een uitstekend model voor het bestuderen van soortvormingsprocessen. Voortdurende hybridisatie bij deze vissen maakt het mogelijk om de rol van genetische uitwisseling bij soortvorming te onderzoeken. Het Malili-systeem wordt bedreigd door menselijke activiteiten, waaronder invasieve soorten, met name de invasieve flowerhorn cichlide, wat de urgentie van het voorgestelde onderzoek benadrukt. Door middel van whole-genome sequencing onthulde ik complexe relaties tussen de Telmatherina in het Matanomeer, inclusief bewijs van voortdurende introgressie vanuit de riviergebonden soort Telmatherina bonti. Interessant is dat introgressie van T. bonti het sterkst lijkt in de buurt van het grensvlak tussen meer en rivier, waardoor een ruimtelijke gradiënt van introgressie in het Matano-meer ontstaat. Het doel van dit voorstel is om te profiteren van deze interessante bevinding door de dynamiek van soortvorming te onderzoeken bij de nauw verwante soorten, T. opudi en T. sarasinorum. Deze soorten zijn fenotypisch verschillend maar genetisch gelijkaardig, met onvolledige reproductieve isolatie. Ik onderoek of introgressie met T. bonti deze soorten kan homogeniseren (als gelijkaardige allelen behouden blijven) of verdere divergentie kan bevorderen (als verschillende allelen de voorkeur krijgen in verschillende ecologische niches). Om dit te testen, zal ik introgressiepatronen vergelijken tussen populaties in het Matanomeer, en nagaan of vergelijkbare of verschillende geïntrogresseerde gebieden behouden blijven in T. opudi en T. sarasinorum naarmate de afstand tot de hybride zone toeneemt. Methodologie De studie zal 20 individuen van T. bonti bemonsteren en 120 individuen van T. opudi en T. sarasinorum van zowel de hybride zone als vier locaties die er steeds verder vanaf liggen. Er zal genoomsequencing (150 bp paired-end, met 8x coverage) worden uitgevoerd. Door gebruik te maken van de kracht van intern ontwikkelde tools zoals Dinvestigate (onderdeel van Dsuite), zal ik introgressieve genomische regio's identificeren en vergelijken over de ruimtelijke gradiënt. Meer overlap in de behouden regio's zou wijzen op een homogeniserend effect van introgressie, minder overlap zou wijzen op divergente selectie op de geïntrogresseerde allelen, een sterke aanwijzing dat introgressie de divergentie tussen T. opudi en T. sarasinorum zou kunnen bevorderen. Relevantie Deze studie test rechtstreeks de impact van hybridisatie met een derde soort op soortvorming, een nieuwe aanpak binnen een natuurlijk gewerveld systeem. Gezien de bezorgdheid over het behoud van de Malili-meren, zal dit onderzoek inzichten opleveren die waardevol zijn voor het vergelijken van de soortdynamiek van voor en na de invasie. Bovendien versterkt de samenwerking met Indonesische onderzoekers zowel de lokale als de internationale wetenschappelijke capaciteit voor conservatiegenomica. Impact Voortbouwend op mijn voorgaand onderzoek, draagt dit project bij tot het vestigen van een modelsysteem voor het bestuderen van de rol van hybridisatie in biodiversiteitsvorming. Dit onderzoek ondersteunt mijn ontwikkeling als onafhankelijk onderzoeker en legt een basis voor toekomstig onderzoek naar de effecten van introgressie op soortvorming. De verwachte resultaten, of introgressie soortvorming vergemakkelijkt of belemmert, zullen nieuwe wegen openen voor onderzoek, publicaties met hoge impact en samenwerkingsnetwerken, met name in Indonesië. Deze financiering zal een gericht onderzoek mogelijk maken naar een nieuw patroon van ruimtelijke introgressie, waardoor we meer inzicht krijgen in de mechanismen van soortvorming in de context van bedreigde adaptieve radiaties.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Keyzer Els

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Adaptieve radiaties zijn toonbeelden van evolutionaire processen, gekenmerkt door snelle diversificatie van één voorouderlijke lijn in een reeks van nauw verwante soorten. We begrijpen nog steeds niet hoe speciatie, een langzaam proces, in zulke snelle sprongen kan voorkomen. Recente genoombrede moleculaire studies suggereren dat snelle diversificatie kan worden aangewakkerd door hybridisatie. In dit project zal ik een integraal beeld verkrijgen van de effecten van hybridisatie op het ontstaan en behoud van diversiteit in een adaptieve radiatie. De regenboogvissen in het Matanomeer, Sulawesi, zijn een zeldzaam geval van adaptieve radiatie met aanwijzingen voor zowel historische als huidige hybridisatie met een voorouderlijke rivierlijn, uniek geschikt om het samenspel van hybridisatie en speciatie in situ te onderzoeken. Ik zal de eerste genoombrede karakterisering van deze radiatie uitvoeren. Met behulp van volledige genoombepaling en innovatieve statistische benaderingen zal ik evolutionaire relaties binnen de radiatie oplossen, de rol van historische en huidige hybridisatie tijdens de diversificatie aan de orde stellen, en verbanden tussen genetische uitwisseling en ecologische divergentie identificeren. Door de genomische context te bepalen voor alle soorten van de radiatie bevorder ik de regenboogvisradiatie als een nieuw modelsysteem in de evolutiebiologie en stimuleer ik de ontwikkeling van statistische benaderingen gunstig voor toekomstig evolutionair onderzoek.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes
• Mandaathouder: De Keyzer Els

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het ontstaan van biodiversiteit door evolutie is een bepalende vraag in de evolutiebiologie en van groot belang voor het behoud in het licht van de wereldwijde verandering van de biodiversiteit. Een groot deel van de evolutie van de biodiversiteit op aarde werd gestuurd door adaptieve radiaties - uitbarstingen van snelle soortvorming op relatief korte evolutionaire tijdschalen. Huidige adaptieve radiaties stellen ons in staat het snelle ontstaan van biodiversiteit in real time te bestuderen. De Malili-meren in centraal Sulawesi, Indonesië, ook wel Wallace's Dream Ponds genoemd, zijn een hotspot van diversiteit, waar meerdere adaptieve radiaties voorkomen, en een hoge graad van endemisme in verschillende groepen, zoals slakken, garnalen, krabben en vissen. Een van deze adaptieve radiaties, de sailfin silversides (genus Telmatherina) hebben zich in de meren gediversifieerd en ongeveer 20 soorten en morfotypes voortgebracht met veel verschillende fenotypische en ecologische aanpassingen. Hoewel deze sailfin silversides ecologisch en morfologisch goed gekarakteriseerd zijn, zijn hun genomen nog niet onderzocht en zijn hun evolutionaire relaties nog grotendeels onopgelost. In het afgelopen jaar heb ik bij het analyseren van gegevens over genoomsequenties ontdekt dat drie van de soorten sailfin silversides een hybride zwerm vormen, wat betekent dat zij voortdurend hybridiseren, terwijl zij toch verschillende soorten blijven. Mijn eigen analyse tijdens het eerste jaar van mijn postdoctoraal onderzoek heeft aangetoond dat deze drie soorten op genomisch niveau moeilijker te onderscheiden zijn dan eerder werd verwacht. Daarom vraag ik nu financiering om 60 extra stalen (20 van elk van deze drie soorten) te sequeneren, om de genomische differentiatiegebieden tussen de drie soorten te identificeren. In dit project zal ik een gedetailleerde genomische karakterisering uitvoeren van de verschillen en overeenkomsten tussen de zuivere (niet gehybridiseerde) vormen van deze drie soorten. Met behulp van volledige genoomsequenties van 20 individuen van elk van de drie soorten, zal ik de genomische landschappen van divergentie tussen soortenparen van zuivere (niet gehybridiseerde) individuen construeren, door het berekenen van divergentiestatistieken zoals dxy en FST, over korte regio's van het genoom. Dit zal me in staat stellen om regio's te identificeren met genomische pieken van soortendivergentie (hoge waarden van FST of dxy), en "dalen" van lage divergentie (hoge gelijkenis). Deze financiering zal me specifiek in staat stellen om informatie bloot te leggen over de genomen van drie van de soorten waarop mijn postdoctoraal onderzoek gericht is. De resultaten over de genomische architectuur van en de landschappen van divergentie tussen deze drie vissoorten zullen onmisbaar zijn voor de juiste interpretatie van mijn resultaten in alle publicaties van mijn postdoc en daarna. Aangezien dit het eerste genomische onderzoek is van een enigmatische en bedreigde adaptieve radiatie in een weinig bestudeerde diversiteitshotspot en de eerste stappen worden gezet om een baanbrekende onderzoeksvraag aan te pakken, zullen de resultaten van dit project van groot wetenschappelijk belang zijn. Dit project zal mij helpen bij het opzetten van dit studiesysteem en het verwerven van vaardigheden voor genomische analyse, wat belangrijke stappen zijn voor het ontwikkelen van mijn eigen onderzoekslijn voortbouwend op mijn postdoctoraal onderzoek.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Keyzer Els

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Adaptieve radiaties zijn toonbeelden van evolutionaire processen, gekenmerkt door snelle diversificatie van één voorouderlijke lijn in een reeks van nauw verwante soorten. We begrijpen nog steeds niet hoe speciatie, een langzaam proces, in zulke snelle sprongen kan voorkomen. Recente genoombrede moleculaire studies suggereren dat snelle diversificatie kan worden aangewakkerd door hybridisatie. In dit project zal ik een integraal beeld verkrijgen van de effecten van hybridisatie op het ontstaan en behoud van diversiteit in een adaptieve radiatie. De regenboogvissen in het Matanomeer, Sulawesi, zijn een zeldzaam geval van adaptieve radiatie met aanwijzingen voor zowel historische als huidige hybridisatie met een voorouderlijke rivierlijn, uniek geschikt om het samenspel van hybridisatie en speciatie in situ te onderzoeken. Ik zal de eerste genoombrede karakterisering van deze radiatie uitvoeren. Met behulp van volledige genoombepaling en innovatieve statistische benaderingen zal ik evolutionaire relaties binnen de radiatie oplossen, de rol van historische en huidige hybridisatie tijdens de diversificatie aan de orde stellen, en verbanden tussen genetische uitwisseling en ecologische divergentie identificeren. Door de genomische context te bepalen voor alle soorten van de radiatie bevorder ik de regenboogvisradiatie als een nieuw modelsysteem in de evolutiebiologie en stimuleer ik de ontwikkeling van statistische benaderingen gunstig voor toekomstig evolutionair onderzoek.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Svardal Hannes
• Mandaathouder: De Keyzer Els

Onderzoeksgroep(en)

• Evolutionaire ecologie (EVECO)

Project type(s)

• Onderzoeksproject