Onderzoeksgroep
Expertise
De verbluffende schoonheid van levende wezens roept een onvermijdelijke vraag op: hoe wordt het gemaakt? Volgens de tweede wet van de thermodynamica neemt de entropie in een gesloten systeem altijd onomkeerbaar toe. In de wereld van de voortdurend toenemende entropie bouwt evolutie echter complexiteit uit chaos. Wat zijn de natuurwetten onder dit proces? Gelukkig zijn alle 3,7 miljard jaar aan levensontwikkeling zorgvuldig gedocumenteerd in het genoom van elk organisme. Het is eerlijk om te zeggen dat ik elke dag leer lezen. Van de vele fundamentele en nog steeds onbeantwoorde vragen over evolutie is mijn favoriet: wat drijft sympatrische speciatie? Inderdaad, hoe kan het dat sommige soorten in een belachelijk korte tijd uiteenvallen in honderden nieuwe soorten (zoals de bekende cichliden van het Malawimeer), terwijl andere soorten miljoenen jaren als één kruisende populatie blijven bestaan (zoals de hypervariabele schimmel Schizofillum communae, die ondanks 20% intraspecifieke diversiteit als één soort wordt beschouwd). Dit is geen gekke vraag om te stellen: waarom wordt de aarde bewoond door miljoenen soorten in plaats van één hypervariabele schimmel, zoals Schizofillum communae? Voor sommige soortengroepen geeft geen enkele bestaande hypothese een afdoende antwoord. Ik heb mijn masterdiploma in zoölogie (Lomonosov Moscow State University, Moskou, 2009) en PhD in bio-informatica (Skoltech, Moskou, 2020) behaald in de hoop dat verworven vaardigheden kunnen helpen verborgen patronen van evolutie te vinden. In mijn PhD-project, getiteld "Positieve selectie in parallelle evolutie", heb ik de herhaalbaarheid van adaptieve evolutie op verschillende fylogenetische afstanden bestudeerd. Positieve selectie is iets waar elke evolutionair bioloog van houdt: het is een kracht die nieuwe aanpassingen creëert. Het is echter algemeen aanvaard dat genoomwijde parallelle aminozuurevolutie voornamelijk wordt bepaald door genomische beperkingen en epistatische interacties, niet door positieve selectie. Bij het analyseren van een grote set van genomische datasets van Vertebrata en Invertebrata ontdekte ik een opvallend overschot aan genoomwijde parallelle evolutie van aminozuren (laten we het OGBPAE noemen) in een van de groepen - Lake Baikal Amphipoda. Het is een uniek geval, dat alleen kan worden verklaard door positieve selectie, die in veel regio's genoomwijd werkt. Maar wat voor soort aanpassing zou dit patroon kunnen veroorzaken en waarom is het aanwezig in bijna alle 350 Lake Baikal Amphipoda-soorten? Om een antwoord te vinden, sloot ik me aan bij Svardal Lab aan de Universiteit van Antwerpen. Blijkbaar behoort de Lake Baikal Amphipoda-soortengroep tot een groep van de grootste soortengroepen ter wereld, die het meest lijkt op de legendarische Lake Malawi Cichlid-soortengroep. In Svardal Lab vonden we bewijs dat het eerder ontdekte OGBPAE-patroon een gevolg zou kunnen zijn van oude hybridisatie, die explosieve speciatie van de groep heeft gefaciliteerd door broodnodige genetische variatie te bieden. Om deze hypothese te testen, ben ik in september 2022 een project gestart met de naam "Does hybridization facilitate explosive speciation of Lake Baikal amphipods?", gefinancierd door een MSCA postdoctorale beurs. Naast het Lake Baikal Amphipoda-project ben ik betrokken bij de studie van de speciatie van cichliden in het Malawimeer, een belangrijk project van Svardal Lab. In samenwerking met de Universiteit van Cambridge hebben we vijf grote chromosoominversies gevonden, die betrokken zijn bij de vormgeving van de speciatie van cichliden in Malawi en de vorming van nieuwe systemen voor geslachtsbepaling in jonge groepen soorten. Voor dit project heb ik selectiekenmerken onderzocht, die de fixatie van de inversies ondersteunden. Ik heb bewijs gevonden dat genetisch materiaal, verantwoordelijk voor zicht en gedrag, verband houdt met inversies.
Bevordert hybridisatie explosieve soortvorming bij amfipoden van het Baikalmeer?
Abstract
De adaptieve radiatie van amfipoden in het Baikalmeer heeft meer dan 340 soorten voortgebracht (20% van de zoetwateramfipoden in de wereld), waardoor het een van de grootste soortengroepen is na de beroemde radiaties van Afrikaanse cichliden, en een van de enige grote radiaties in gematigde klimaten. Ondanks deze iconische status is de radiatie nog niet onderworpen aan gedetailleerd genomisch onderzoek. Tijdens mijn doctoraat was ik in staat om buitensporige hoeveelheden parallelle adaptatie aan te tonen tussen de transcriptomen van soorten van deze adaptieve radiatie. In dit project zal ik genomische benaderingen gebruiken om te testen of de vorige resultaten verklaard kunnen worden door hybridisatie en adaptieve introgressie. Deze processen zijn aangetoond in andere adaptieve radiaties, maar hun functionele rol in snelle diversificatie is nog steeds omstreden. Mijn voorlopige resultaten wijzen erop dat hybridisatie tussen twee onafhankelijke lijnen van Baikalische amfipoden ontstond in de periode dat de snelle soortvorming begon. Bovendien vond ik intrigerende signalen van positieve selectie op geïntroduceerde loci. Aanvullende gegevens en een in dit project ontwikkelde specifieke methodologie zullen mij in staat stellen de processen die de speciatie in deze groep bepalen te ontrafelen. Profiterend van de sterke relevante ervaring van het gastlaboratorium zal ik de beschikbare transcriptomische datasets opnieuw analyseren samen met nieuw gesequencede genomen. Ik zal nauwkeurige richtingen van hybridisatie in de fylogenetische boom in kaart brengen, functionele associaties van geïntrogresseerde loci beschrijven, selectiesignaturen geassocieerd met introgressie testen, en inschatten in welke mate herhaalbare ecomorfologische kenmerken ondersteund worden door "herbruikbare" elementen van voorouderlijke genomen. Dit onderzoek heeft een baanbrekend potentieel omdat het een directe test biedt van een mogelijke katalyserende rol van hybridisatie bij snelle soortvorming in dit systeem.Onderzoeker(s)
- Promotor: Svardal Hannes
- Mandaathouder: Burskaia Valentina
Onderzoeksgroep(en)
Project type(s)
- Onderzoeksproject