Comparative genomics analysis for discovering sex-determining loci in Gobies (Pomatoschistus flavescens)

Abstract

En mulig kjønnsbestemmende region i genomet til tangkutling, Pomatoschistus flavescens, ble identifisert i forhåndsdataene til DYNAMAR-prosjektet med populasjons-ddRAD-sekvensering. Mer spesifikt ble 27 kjønnsbundne SNP-er med heterozygositet for hanner oppdaget, noe som indikerer et kjønnsbestemmende system med XX/XY-kjønnskromosom. Siden vi manglet et referansegenom og proteinannotering for tangkutling, ble i stedet genomet og proteinannotasjonen til dens nære slektning, sandkutling (Pomatoschistus minutus), brukt for å analysere den mulige kjønnsbestemmende regionen. Flere gener relatert til kjønnsdifferensiering og embryonal utvikling ble identifisert i tillegg til en kopi av den potensielle kjønnsbestemmende transkripsjonsfaktoren, E2F5. Den mulige kjønnsbestemmende regionen til tangkutling ble sammenlignet med genomene til to andre kutlingarter som tidligere har vært gjenstand for studier av kjønnsbestemmelse, nemlig Mugilogobius chulae og Acanthogobius hasta. Resultatene mine viser at den mulig kjønnsbestemmende regionen i sandkutling/tangkutling var forskjellig fra kjønnskromosomet til M.chulae. I motsetning til hva som ville være forventet hvis den mulige kjønnsbestemmende regionen var en del av et alternativt kjønnskromosom, var den ikke mindre konservert med M.chulae sammenlignet med gjennomsnittet av andre genomiske regioner. Resultatene av denne studien indikerer at den kjønnsbestemmende regionen til tangkutling er forskjellig fra sandkutling og M.chulae. Tangkutling er en art med interessant seksuell seleksjon. For å forstå dynamikken i dens seksuelle seleksjon er det imidlertid viktig å kjenne til artens kjønnsbestemmelsessystem. I denne studien diskuterer jeg også hvordan plastisitet i kjønnsdifferensiering potensielt kan assosieres med ulike reproduksjonsstrategier eller livshistoriestrategier hos tangkutling.

A candidate sex-determining region in the two-spotted goby (Pomatoschistus flavescens) was identified in the preliminary data of the project with population ddRAD sequencing. In particular, 27 sex-linked SNPs predominantly with male heterozygosity were discovered, indicating a sex-determining system of male heterogamety (XX/XY). Since we lacked a reference genome and protein annotation for the two-spotted goby, the genome and protein annotation of its close relative, the sand goby (Pomatoschistus minutus) was used as a surrogate annotated reference genome for analyzing the candidate sex-determining region. Several genes related to sex differentiation and embryonic development were identified, in addition to a copy of the potential sex-determining transcription factor E2F5. The sex-determining region of the two-spotted goby was compared to the genomes of two gobies that have previously been subject to studies of sex determination, namely the yellowstripe goby (Mugilogobius chulae) and the javeline goby (Acanthogobius hasta). My results show that the candidate sex-determining region in the sand goby/two-spotted goby was different from the sex chromosome of the yellowstripe goby. Contrary to what would be expected if it was part of an alternative sex chromosome, it was not less conserved with the yellowstripe goby compared to the average of other genomic regions. The results of this study indicate that the sex-determining region of the two-spotted goby differs from that in the sand goby and the yellowstripe goby. The two-spotted goby is a species with an interesting sexual selection. However, to understand the dynamics of its sexual selection, it is important to know the sex-determination system of the species. In this study, I also discuss how plasticity in sexual differentiation potentially can be associated with different reproductive strategies or life history strategies in the two-spotted goby.