Detección de señales de selección a nivel genómico del salmón Chinook (Oncorhynchus tshawytscha) en Sudamérica, nueva Zelanda y Norteamérica

Abstract

Las invasiones biológicas son procesos complejos en los que intervienen dimensiones ecológicas, evolutivas, ambientales y sociales, y probablemente están mediadas por una combinación de alta presión de propagación, disminución de la resistencia biótica y antecedentes genéticos. La hipótesis de la "pre-adaptación" sugiere que un conjunto de genes no aleatorio provenientes de la población donante puede ser uno de los responsables de la capacidad de fundar nuevas poblaciones fuera de su área de distribución nativa. El éxito de la invasión y el establecimiento de poblaciones autosostenibles de salmón Chinook en distintos continentes constituye una importante oportunidad para poner a prueba esta hipótesis a nivel del genoma. En esta tesis, aprovechamos los recursos genómicos recientemente publicados para el salmón Chinook y pudimos identificar 4529 SNPs bi-alélicos de alta calidad que segregan entre las poblaciones nativas e invasoras contemporáneas para detectar señales de selección a nivel genómico en común entre todos los casos. Realizamos un escaneo del genoma para buscar loci atípicos mediante los programas PCAdapt y BayeScan, utilizando un modelo comparativo pareado que consideraba poblaciones nativas y no nativas donantes, incluyendo poblaciones provenientes de los Grandes Lagos, Nueva Zelanda y las poblaciones invasoras del oeste y este de Sudamérica. Utilizando parámetros conservadores se encontraron 2 valores atípicos comunes en los cromosomas 5 y 14 entre todas las comparaciones de ambos métodos. Los genes candidatos se identificaron buscando 500 kb río arriba y río abajo de cada SNP atípico, según su posición en el genoma de referencia del salmón Chinook (Otsh_v1.0). Los genes candidatos incluyen, entre otros, el Myo6, un importante gen previamente encontrado bajo selección, asociado a la resistencia a virus como el IPNv, y al crecimiento en el salmón atlántico; el LSAMP, un gen que se sugiere que regula la actividad exploratoria, la adaptación a nuevos entornos estresantes, el comportamiento de agresión y que se ha encontrado previamente bajo selección positiva en diferentes especies; el IGSF11, un gen que participa en el desarrollo de las células pigmentarias, promueve la migración y la supervivencia de las células del linaje melanóforo y media en el patrón de pigmentación de los adultos en el pez cebra. Pese a que es posible que exista un mayor número de marcadores genéticos realmente bajo selección no capturados en este trabajo, estos resultados apoyan la hipótesis de la "pre-adaptación", incluso cuando se utiliza una densidad de marcadores relativamente baja. Existe un pool de genes putativamente bajo selección positiva divergente entre los múltiples casos evaluados. Este trabajo constituye una primera aproximación para desentrañar las bases moleculares de la adaptación local y la capacidad de invasión del salmón Chinook. Los trabajos futuros deberían tener como objetivo la búsqueda de señales de selección utilizando métodos intrapoblacionales y una mayor densidad de marcadores, lo que podría ayudar a explicar el éxito de la colonización del salmón Chinook en todo el mundo

Biological invasions are complex processes involving ecological, evolutionary, environmental, and social dimensions, and are likely mediated by a combination of high propagule pressure, decreased biotic resistance and genetic background. The ‘pre-adaptation’ hypothesis suggests that a non-random, pre-adapted set of colonists from the donor population may be ultimately responsible for founding a new population outside their native range. The successful invasion and establishment of self-sustaining Chinook salmon populations to different continents constitute an important opportunity to test this hypothesis at genome level. Herein, we took advantage on recently published genome resources for Chinook salmon and were able to identify 4529 high quality bi-allelic SNPs segregating among contemporary native and invasive populations. We performed a genome scan to search for outlier loci using PCAdapt and BayeScan packages, using a paired model considering donor native and non-native populations, including Great Lakes, New Zealand, and western and eastern South America invasive populations. Using conservative parameters 2 common outliers were found at chromosomes 5 and 14 among all comparisons from both methods. Candidate genes were identified by searching 500 kb up and downstream from each outlier SNP, according to their position in Chinook salmon reference genome (Otsh_v1.0). Candidate genes include among others Myo6, an important gene previously found under selection, associated with resistance to viruses such as IPNv, and growth in Atlantic salmon; LSAMP, a gene suggested to regulate exploratory activity, adaptation to novel stressful environments, aggression behavior and previously found to be under positive selection in different species; IGSF11, a gene that participates in pigment cell development, promotes the migration and survival of melanophore lineage cells and mediates adult pigment pattern in zebrafish. There are likely more gene markers that do not follow a neutral pattern of evolution that were not assessable by this work, however these findings support the ‘pre-adaptation’ hypothesis, even when a relatively low marker density is used. This work constitutes a first approach to disentangle the molecular basis of the local adaptation and invasiveness ability of Chinook salmon. Future works should aim to search for signatures of selection using intrapopulation methods and a wider density of markers, which may help to explain successful colonization of Chinook salmon around the globe.