4 research outputs found

    Local adaptation and archaic introgression shape global diversity at human structural variant loci.

    Get PDF
    Large genomic insertions and deletions are a potent source of functional variation, but are challenging to resolve with short-read sequencing, limiting knowledge of the role of such structural variants (SVs) in human evolution. Here, we used a graph-based method to genotype long-read-discovered SVs in short-read data from diverse human genomes. We then applied an admixture-aware method to identify 220 SVs exhibiting extreme patterns of frequency differentiation - a signature of local adaptation. The top two variants traced to the immunoglobulin heavy chain locus, tagging a haplotype that swept to near fixation in certain southeast Asian populations, but is rare in other global populations. Further investigation revealed evidence that the haplotype traces to gene flow from Neanderthals, corroborating the role of immune-related genes as prominent targets of adaptive introgression. Our study demonstrates how recent technical advances can help resolve signatures of key evolutionary events that remained obscured within technically challenging regions of the genome

    Strukturell variasjon som påvirker genetisk miljøtilpasning i laksefisk

    Get PDF
    Structural variations (SVs), e.g. deletions, insertions, inversions and duplications of sequences, are a major source of genomic variation affecting more base pairs in the genome than single nucleotide polymorphisms (SNPs). Despite their increasingly recognised importance in adaptive evolution and species diversification, SVs are vastly understudied in most species. Long-read sequencing, together with recently developed bioinformatic tools, have provided step-change improvements in the precision and recall of SV detection and allow us to increase the detected SVs manyfold across the species range. In addition, long-reads represent a major shift in our ability to build continuous genome assemblies as fundamental resources for most genome wide studies. The work in this thesis utilises long-read data to generate multiple genome sequences for the two salmonid species Atlantic salmon (Salmo salar) and lake whitefish (Coregonus clupeaformis). We present the first pan-genome for Atlantic salmon, comprising 11 long-read-based assemblies across the species range. Among these, the highest quality genome has 2.55 Gbp assembled into chromosome sequences, 259 Mbp more sequence than in the previous Atlantic salmon reference genome. The genome has a highly improved continuity with contig N50 increasing from 58 kbp to 28.06 Mbp (484-fold). The detection of SVs in these 11 individuals, revealed 1,061,452 SVs, with an average of ~77.4 Mbp of sequence differing per sample. The Atlantic salmon has adapted to different river environment across a large geographical distribution. To investigate genomic variation underlying these adaptations, we associated SVs and environmental data in a dataset of 366 short-read samples genotyped using genome graph analyses. These analyses highlighted multiple SVs contributing to environmental adaptations, including an 18 kbp deletion encompassing a polymorphic segmental duplication of three genes associated with annual precipitation. Next, we use the Atlantic salmon pan-genome to study the emergence of supergenes. Because supergenes can be maintained over millions of years by balancing selection and typically exhibit strong recombination suppression, their underlying functional variants and how they are formed are largely unknown. Inversions are type of rearrangement commonly associated with supergenes, and by directly comparing multiple highly continuous genome assemblies we were able to detect a number of large inversions in Atlantic salmon. A 3 Mb inversion, estimated to be ~15,000-year-old, and segregating in North American populations, displayed supergene signatures with adaptive variation captured within the standard arrangement of the inversion, as well as other adaptive variation accumulating after the inversion occurred. Characterization of other inversions with matched repeat structures at the breakpoints did not show any supergene signatures, suggesting that shared breakpoint repeats may obstruct the supergene formation. Lastly, we created long-read based genome assemblies for sympatric species pairs (Dwarf and Normal) belonging to lake whitefish (Coregonus clupeaformis). The species pairs offer a suitable model system for studying genomic patterns of differentiation and in particular the role of SVs in speciation. By combining long-reads, direct assembly, and short-read methods we detect 89,909 high-confidence SVs in the species pair across two lakes, covering five times more sequence in the genome compared to SNPs. In the study, we highlight shared outliers of differentiation between the lakes, indicating that they contribute to speciation. Interestingly, we find that more than 70% of SVs differentiating between the Normal and Dwarf species pairs of lake whitefish are overlapping transposable elements. This work demonstrates that SVs may play an important role for the differentiation and speciation of sympatric species pairs in lake whitefish.Strukturell variasjon (SVer), for eksempel delesjoner, insersjoner, inversjoner og duplikasjoner av sekvens, er en viktig kilde til genomisk variasjon som samplet sett påvirker flere basepar i genomet enn punktmutasjoner (SNPs). Til tross for en økende annerkjennelse for at SVer spiller en viktig rolle i genetisk tilpassing til ulikt miljø og artsdannelse har denne typen variasjon vært lite studert i mange arter. Ny DNA-sekvenseringsteknologi med lengre leselengder (long-read sequencing), samt utvikling av nye bioinformatiske verktøy, har ført til drastiske forbedringer i deteksjonen av SVer. ‘Long-read’ sekvensering gjør det også mulig å lage mer komplette og sammenhengende genomsekvenser enn tidligere. I denne avhandlingen benytter vi oss av ‘long-read’ data til å lage flere genomsekvenser av høy kvalitet for to ulike laksefiskarter: Atlanterhavslaks (Salmo salar) og en Nordamerikansk type sik ‘lake whitefish’ (Coregonus clupeaformis). Her rapporterer vi det første pan-genomet for Atlanterhavslaks. Det består av 11 assemblier basert på ‘long- read’ sekvensering av individer fra fire ulike fylogeografiske grupper av villaks. Assembliet av høyest kvalitet inkluderer 2,55 Gbp sekvens i kromosomer, 259 Mbp mer enn det forrige referansegenomet til Atlanterhavslaks. I tillegg ble andelen sammenhengende sekvens, målt som contig N50, økt fra 58 kbp til 28,06 Mbp (484 ganger høyere). Vi fant 1.061.452 SVer på tvers av de 11 individene med ~77,4 Mbp gjennomsnittlig sekvensforskjell per prøve. Atlanterhavslaksen har over tid tilpasset miljøet i ulike elver. For å studere underliggende genetisk variasjon for denne tilpasningen assosierte vi SVer med ulike miljøvariabler i et datasett bestående av 366 ‘short-read’ sekvenserte prøver ved bruk av en genom-graf. Ved hjelp av disse analysene fant vi flere SVer som bidrar til miljøtilpasning, blant annet en 18 kbp lang delesjon som inneholder tre gener assosiert med mengden nedbør i området. Vi brukte så pan-genomet for Atlanterhavsaks til å studere dannelsen av ‘supergener’. Supergener er en sammenkobling av genetisk variasjon i koblingsulikevekt som for eksempel kan oppstå ved hjelp av store inversjoner. Her utnyttet vi 11 genomassemblier til å identifisere og karakterisere en rekke store inversjoner i Atlanterhavslaks. En av inversjonene på 3 Mbp, estimert til å være ~15.000 år gammel, viste signaturer for utvikling som supergen. For de andre inversjonene som var flankert av repetert DNA fant vi ikke karakteristiske trekk på supergener, noe som tyder på at det repetitive DNA forhindrer en dannelse av supergener. Til slutt lagde vi genomsekvenser for ulike former (‘Normal’ og ‘Dwarf’) av ‘lake whitefish’ (Coregonus clupeaformis) som lever i de samme innsjøene i Nord-Amerika. Genomsekvensene muliggjør studier av genomiske mekanismene bak artsdannelse i denne laksefisken. Ved å kombinere ‘long-read’ data, direkte sammenlikning av assemblier, og ‘short-read’ data fant vi 89,909 SVer som skilte de to formene av ‘lake whitefish’ i to innsjøer. SVene omfatter mer enn fem ganger flere basepar i genomet sammenlignet med SNPs. I studiet fant vi flere SVer med avvikende forekomst (‘outliers’) i de to formene av ‘lake whitefish’, noe som indikerer at disse SVene bidrar til artsdannelse. Videre fant vi at 70 % av SVene overlappet en form av repetert DNA kalt transposable elementer. Dette arbeidet understreker at SVer kan spille en viktig rolle for artsdannelse i ’lake whitefish’
    corecore