The genomic Make-Up of a Hybrid Species - Analysis of the Invasive Cottus Lineage (Pisces, Teleostei) in the River Rhine system

Stemshorn, Kathryn (2007). The genomic Make-Up of a Hybrid Species - Analysis of the Invasive Cottus Lineage (Pisces, Teleostei) in the River Rhine system. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

In the past years a new invasive lineage of sculpins (Cottus species complex) has been studied that is currently expanding in the Lower River Rhine. Molecular analysis showed that this lineage has originated through hybridization of Cottus perifretum from the River Scheldt and Cottus rhenanus from the Lower River Rhine system. The emergence of the hybrid lineage is correlated with new habitat adaptations that allow the expansion along river habitats that have previously not been used by Cottus. Thus the question arises, if the hybridization event facilitated the invasion of and the adaptation to such a new environment. To start tackling this question an estimate is required how much each of the parental species contributed to the hybrid genome and which chromosomal fragments became fixed. Several genomic resources had to be developed in order to map the ancestries of chromosomal fragments in the hybrid genome. As a basic genomic resource for Cottus a genetic map based on already established microsatellite markers was created. This map was compared with the physical maps of sequenced fish genomes and a high degree of conserved synteny between Cottus and Tetraodon nigroviridis and between Cottus and Gasterosteus aculeatus could be detected. These model fish genomes could then be used as a reference in the further analysis of the Cottus genome. Finally, a set of ancestry-informative markers was developed in order to determine the ancestries of chromosomal fragments in the hybrid lineage. These tools allowed to map the hybrid genome and to assess the contribution of each parental species to the hybrid lineage. 25 genomic fragments could be identified that were fixed for material from only one parental species and thus might harbor genes that are relevant for the specific adaptations in the hybrid species.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
Die genomische Zusammensetzung einer Hybridart - Analyse der invasiven Groppenlinie (Pisces, Teleostei) im Rheinsystem	German

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Abstract

Language

Innerhalb der letzen Jahre wurde eine neue invasive Groppenlinie (Cottus Spezieskomplex) untersucht, die sich momentan im Unterlauf des Rheins ausbreitet. Mit Hilfe von molekularen Analysen konnte gezeigt werden, dass diese Linie durch Hybridisierung zwischen Cottus perifretum aus der Schelde und Cottus rhenanus aus dem Niederrheinsystem entstanden ist. Die Entstehung dieser Hybridlinie korreliert mit Anpassungen an einen neuen Lebensraum, die die Ausbreitung innerhalb von Flußhabitaten ermöglicht haben, die zuvor nicht von Groppen besiedelt waren. Daher stellt sich die Frage, ob das Hybridisierungsereignis die Invasion und die Anpassungen an solch eine neue Umgebung vereinfacht hat. Um mit der Beantwortung dieser Frage zu beginnen, sollte festgestellt werden, wie groß der Anteil der beiden Elternarten am Hybridgenom ist, und welche elterlichen Chromosomenfragmente in den Hybriden fixiert wurden. Um die Herkunft der unterschiedlichen Chromosomenstücke kartieren zu können, mussten zunächst einmal genomische Resourcen entwickelt werden. Als Basis wurde eine auf Mikrosatelliten basierende genetische Karte erstellt. Diese wurde mit physikalischen Karten von sequenzierten Fischgenomen verglichen und es konnte ein hoher Grad an konservierter Syntenie zwischen Cottus und Tetraodon nigroviridis und zwischen Cottus und Gasterosteus aculeatus festgestellt werden. Diese Genome konnten dann in der weiteren Analyse des Groppengenoms als Referenz benutzt werden. Weiterhin wurde eine Reihe von Markern entwickelt, die im Hinblick auf den Ursprung verschiedener Chromosomenfragmente in der Hybridlinie informativ sind. Mit Hilfe dieser Mittel war es möglich, das Hybridgenom zu kartieren und den jeweiligen Beitrag der beiden Elternarten zu bestimmen. Dabei wurden 25 genomische Fragmente entdeckt, die bezüglich ihrer elterlichen Herkunft fixiert sind. Diese Fixierung deutet darauf hin, dass diese genomischen Regionen Gene enthalten, die für die neuen Adaptationen in der Hybridspezies relevant sind.

German

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