Developing reduced SNP assays from whole-genome sequence data to estimate introgression in an organism with complex genetic patterns, the Iberian honeybee (Apis mellifera iberiensis)

The most important managed pollinator, the honeybee (Apis mellifera L.), has been subject to a growing number of threats. In western Europe, one such threat is large-scale introductions of commercial strains (C-lineage ancestry), which is leading to introgressive hybridization and even the local extinction of native honeybee populations (M-lineage ancestry). Here, we developed reduced assays of highly informative SNPs from 176 whole genomes to estimate C-lineage introgression in the most diverse and evolutionarily complex subspecies in Europe, the Iberian honeybee (Apis mellifera iberiensis). We started by evaluating the effects of sample size and sampling a geographically restricted area on the number of highly informative SNPs. We demonstrated that a bias in the number of fixed SNPs (FST = 1) is introduced when the sample size is small (N ≤ 10) and when sampling only captures a small fraction of a population’s genetic diversity. These results underscore the importance of having a representative sample when developing reliable reduced SNP assays for organisms with complex genetic patterns. We used a training data set to design four independent SNP assays selected from pairwise FST between the Iberian and C-lineage honeybees. The designed assays, which were validated in holdout and simulated hybrid data sets, proved to be highly accurate not only in the native range of A. m. iberiensis in Iberia but also in the introduced range in the Balearic islands, Macaronesia and South America, in a time-and cost-effective manner. While our approach used the Iberian honeybee as model system, it has a high value in a wide range of scenarios for the monitoring and conservation of potentially hybridized domestic and wildlife populations

Procurando sinais de selecção no genoma nuclear da abelha ibérica (Apis mellifera iberiensis Engel)

O estudo da adaptação local é de extrema importância pois permite perceber quais os factores/genes cruciais que permitiram a sobrevivência dos indivíduos num certo habitat. A compreensão dos mecanismos de adaptação local pode ajudar a prever a resposta da espécie a um mundo em acelerada transformação. A Península Ibérica é um laboratório natural para o estudo da adaptação local pois engloba diversos habitats como o Mediterrânico, Deserto, Alpino e Atlântico, permitindo perceber como é que um organismo se adapta aos diferentes ambientes. De forma a representar-se a distribuição natural da abelha ibérica, Apis mellifera iberiensis Engel, ao longo dos diferentes habitats na Península Ibérica, foram amostrados 87 indivíduos, representado 87 colónias e 16 locais, distribuídos por 3 transectos longitudinais (Atlântico, Central e Mediterrânico). Para cada local amostrado foram recolhidas as coordenadas geográficas. Os dados ambientais correspondentes a cada coordenada geográfica foram retirados das bases de dados http://www.worldclim.org e www.cru.uea.ac.uk. O genoma completo dos 87 indivíduos foi sequenciado utilizando a sequenciação “paired-end” e a plataforma Illumina HiSeq 2500. A cobertura mínima obtida do genoma da abelha ibérica foi de 6X. Diversos filtros foram aplicados de forma a eliminar potenciais erros de sequenciação e no final obtiveram-se 1 289 449 polimorfismos de nucleótido simples (SNPs) distribuídos ao longo dos 16 cromossomas da abelha. Para detectar sinais de selecção ao longo do genoma foram utilizadas diversas estatísticas (estatísticas baseadas no FST, iHS, EHH). Adicionalmente, de forma a perceber que variáveis ambientais podem ter moldado a adaptação local, foram utilizados programas como o SAMβADA e o LFMM, pois estes procuram encontrar associações entre os marcadores moleculares e variáveis ambientais.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Developing reduced SNP assays from whole-genome sequence data to estimate C-lineage introgression in the Iberian honeybee (Apis mellifera iberiensis)

The honeybee has been subject to a growing number of threats. In Western Europe one such threat is large-scale introductions of commercial strains (C-lineage), which is leading to introgressive hybridization and even the local extinction of native populations (M-lineage). Here, we developed reduced assays of highly informative SNPs from 176 whole genomes to estimate C-lineage introgression in ;M-lineage subspecies Apis mellifera iberiensis. We started by evaluating the effects of sample size and sampling a geographically restricted area on the number of highly informative SNPs. We demonstrated that a bias in the number of fixed SNPs (FST=1) is introduced when the sample size is small (N≤10) and when sampling only captures a small fraction of a population’s genetic diversity. These results underscore the importance of having a representative sample when developing reliable reduced SNP assays for organisms with complex genetic patterns. We used a training dataset to design four independent SNP assays selected from pairwise FST between the Iberian and C-lineage honeybees. The designed assays, which were validated in holdout and simulated hybrid datasets, proved to be highly accurate and can be readily used for monitoring populations not only in the native range of A. m. iberiensis in Iberia but also in the introduced range in the Balearic islands, Macaronesia, and South America, in a time- and cost-effective manner. While our approach used the Iberian honeybee as model system, it has a high value in a wide range of scenarios for the monitoring and conservation of potentially hybridized domestic and wildlife populations.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Função de genes associados à precipitação envolvidos na adaptação local da abelha ibérica

O aparecimento de novas tecnologias em estudos genómicos permite-nos realizar análises mais aprofundadas e compreender de que modo as forças evolutivas atuam sobre o genoma dos organismos. Um scan genómico realizado previamente na abelha ibérica, revelou genes associados a imunidade, detoxificação e mecanismo da visão, estando alguns deles associados a variáveis ambientais (Chávez-Galarza et al. 2013). Na sequência deste estudo procurou se sinais de seleção em genomas completos de 84 indivíduos de abelha ibérica, integrando informação genética, geográfica e ambiental. Detetou-se a presença 315 genes associados à precipitação. O principal objetivo é caracterizar a função destes genes, e também tentar perceber que tipos de substituições nucleotídicas ocorrem nas sequências codificantes das proteínas. Para isso utilizaram se diversas bases genómicas, como o NCBI, BeeBase e Flybase, as quais mostraram que 51 das variações, presentes em 28 genes, são não-sinónimas, originando aminoácidos diferentes.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Searching for signatures of selection in Iberian honey bee (Apis mellifera iberiensis) using whole genome sequences

The Iberian Peninsula comprises a diverse set of habitats. It was an important glacial refugium during the Pleistocene and has served as a bridge for populations migrating between Africa and Europe, resulting in a complex mix of ancestry and diversity. The Iberian honey bee (A. m. iberiensis) is no exception and has been the subject of numerous incongruent population genetic surveys. Recent mtDNA and SNP analyses indicate a steep northeastern-southwestern cline of African ancestry along the peninsula, which has been explained by selection. Advances in DNA sequencing technology and computational tools provide unprecedented opportunities to study demography, search for signatures of selection across the genome and illuminate its role in shaping genomic diversity. We used Illumina technology to sequence the whole genomes of 86 Iberian honeybees, collected across three longitudinal transects in the Iberian Peninsula and spanning semi-arid climates in the southeastern peninsula to oceanic in the North-West. The dataset was first analyzed for FST-outliers, CLR (composite-likelihood ratio) and EHH (Extended Haplotype Homozygosity) methods were further deployed to evaluate polymorphisms implicated in local adaptation and possibly in the response to human- mediated environmental changes, including known and novel variants in genes related to behavior, vision, xenobiotic detoxification and immune response.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Searching for signatures of selection in the Iberian honey bee (Apis mellifera iberiensis) using allele-environment association approaches

In the current context of a global human-mediated environmental crisis, understanding which genes and mechanisms are responsible for adaptation to different climates will enable predictions on how organisms will respond to a rapidly changing world. This is particularly important for the honey bee, a key-stone species for ecosystem functioning and economy, which is facing increasing pressures from the effects of intensified land use, climate change, and the spread of pests and pathogens. The aim of this work is searching for signatures of selection along the genome of 87 individuals using two different allele-environment association approaches.JC-G and DH are supported by Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) through the scholarships SFRH/BD/68682/2010 and SFRH/BD/84195/2012, respectively. This research was funded by FCT and COMPETE/QREN/EU through the project PTDC/BIABEC/ 099640/2008 and BiodivERsA-FACCE2014-91. Bioinformatic analyses were performed using resources at the Uppsala Multidisciplinary Center for Advanced Computational Science (UPPMAX)info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Procurando sinais de selecção no genoma nuclear da abelha ibérica (Apis mellifera iberiensis Engel)

O estudo da adaptação local é de extrema importância pois permite perceber quais os factores/genes cruciais que permitiram a sobrevivência dos indivíduos num certo habitat. A compreensão dos mecanismos de adaptação local pode ajudar a prever a resposta da espécie a um mundo em acelerada transformação. A Península Ibérica é um laboratório natural para o estudo da adaptação local pois engloba diversos habitats como o Mediterrânico, Deserto, Alpino e Atlântico, permitindo perceber como é que um organismo se adapta aos diferentes ambientes. De forma a representar-se a distribuição natural da abelha ibérica, Apis mellifera iberiensis Engel, ao longo dos diferentes habitats na Península Ibérica, foram amostrados 87 indivíduos, representado 87 colónias e 16 locais, distribuídos por 3 transectos longitudinais (Atlântico, Central e Mediterrânico). Para cada local amostrado foram recolhidas as coordenadas geográficas. Os dados ambientais correspondentes a cada coordenada geográfica foram retirados das bases de dados http://www.worldclim.org e www.cru.uea.ac.uk. O genoma completo dos 87 indivíduos foi sequenciado utilizando a sequenciação “paired-end” e a plataforma Illumina HiSeq 2500. A cobertura mínima obtida do genoma da abelha ibérica foi de 6X. Diversos filtros foram aplicados de forma a eliminar potenciais erros de sequenciação e no final obtiveram-se 1 289 449 polimorfismos de nucleótido simples (SNPs) distribuídos ao longo dos 16 cromossomas da abelha. Para detectar sinais de selecção ao longo do genoma foram utilizadas diversas estatísticas (estatísticas baseadas no FST, iHS, EHH). Adicionalmente, de forma a perceber que variáveis ambientais podem ter moldado a adaptação local, foram utilizados programas como o SAMβADA e o LFMM, pois estes procuram encontrar associações entre os marcadores moleculares e variáveis ambientais.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Adaptação local na abelha ibérica

Perceber a base genética do processo de adaptação permite uma previsão de como os organismos poderão responder a mudanças ambientais. A sequenciação de genomas a baixo custo, juntamente com os avanços das ferramentas estatísticas e computacionais possibilitam a compreensão da base genética da adaptação. O objectivo deste trabalho é o estudo da adaptação local da abelha ibérica, tendo como base algoritmos que permitem a incorporação de dados genéticos e ambientais. A Península Ibérica constituiu um local de interesse para este tipo de estudos por ser constituída por uma diversidade climática como Mediterrânico e Atlântico. Foram sequenciados 86 genomas de indivíduos distribuídos em 3 transectos (Atlântico, Central e Mediterrâneo) de forma a representar a diversidade climática existente na Península Ibérica. Em cada ponto de amostragem os dados de latitude e longitude foram recolhidos e variáveis ambientais foram retiradas das bases de dados WorldClim e Climatic Research Unit. Os métodos LFMM e Samβada, que integram informação genética e ambiental foram utilizados para procurar sinais de selecção. A vantagem destes métodos é que se pode perceber quais as variáveis ambientais que exercem uma pressão selectiva e que genes estão associados a cada variável. No total foram identificados 1289449 SNPs, dos quais 2193 mostraram estar significativamente associados com variáveis ambientais. Estes estão localizados em 826 genes. No conjunto das variáveis ambientais utilizadas, a longitude, latitude e precipitação apresentaram um maior num de SNPs associados. Foram encontrados genes com diversas funções, por exemplo quatro genes parecem relacionados com o desenvolvimento do sistema imunitário e este encontram associados à longitude, para a latitude proteínas de ligação parecem ser predominantes, já na precipitação aparecem genes relacionados com a morfogénese, actividade transportadora transmembranar e actividade olfactória. Este estudo representa primeira tentativa de compreender a base genética da adaptação local a partir de genomas completos.Agradecemos aos numerosos apicultores e técnicos de associações e também a A. Pajuelo, Andreia Brandão, Inês Moura, Margarida Neto, Irene Munoz, Pilar de la Rua, João C. Azevedo, e João Paulo Castro pela colaboração na amostragem. DH e JCG são financiados pela FCT através das bolsas de doutoramento SFRH/BD/84195/2012 e SFRH/BD/68682/2010, respetivamente. Este estudo foi financiado pelo projeto PTDC/BIA-BEC/099640/2008 (Fundação Ciência e Tecnologia, FCT, e COMPETE/QREN/EU). Cátia Neves é financiada através do concurso conjunto 2013-2014 BiodivErsA/FACCE-JPI, com a Fundação para a Ciência e Tecnologia como financiador nacional. As analises bioinformáticas foram efetuadas usando os recursos do "Uppsala Multidisciplinary Center for Advanced Computational Science (UPPMAX)", Universidade de Uppsala, Suécia.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Genome-wide detection of signatures of selection in non- synonymous positions of iberian honey bee (Apis mellifera iberiensis)

Maternal and biparental genetic surveys of the Iberian honey bee (Apismelliferaiberiensis) populations have revealed complex and incongruent patterns of variation which have yet to be completely understood. Complex patternsare expected inregions like the Iberian Peninsulabecause (1) itcomprises a diverse range of habitats and climates,(2) it has served as a glacial refugium during the Pleistocene, and (3) it has functioned as a bridge for populations migrating between Africa and Europe. While the demographic history played an important role in shaping the genome of the Iberian honey bee, selection is an evolutionary force that cannot be discarded. In this study we used Illumina technology to sequence the whole genomes of 87 Iberian honey bees collected across three longitudinal transects in the Iberian Peninsula. The whole-genome dataset was scanned for signatures of selection using two genetic-environment association methods (LFMM and Samβada). A total of 828 SNPs, spanning 308 genes, were detected by both methods. Of the 308 genes,25 have SNPs in non-synonymous positions which were analyzed for positive selectionusing eight codon-substitution models (four neutral and four under selection) implemented by PAML and Selecton softwares.Of the 25 genes, 13 out show signals of positive selection. Functional annotation indicates that these genes are involved in various biological processes such as sensory perception of smell (2 genes), oxidation-reduction (2 genes), neurogenesis (1 gene) and cellular response to starvation (1 gene). This study represents an important first step into understanding local adaptation of Iberian honey bees.info:eu-repo/semantics/publishedVersio