At the interface of phylogenetics and population genetics : the potential of target enrichment in species delimitation under different evolutionary circumstances
Joshi, Mukta (2024-04-12)
© University of Oulu, 2024. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited. © Oulun yliopisto, 2024. Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
https://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202403122187
Kuvaus
Tiivistelmä
Species delimitation is an important aspect of biological research as it aims to identify and categorize the fundamental units of nature, i.e., species. Yet, the process of delimiting biological diversity remains challenging and often subjective, partly due to the availability of a variety of species concepts but especially due to the long ‘gray zone’ times involving some diverging lineages during the process of speciation. The establishment of broad DNA barcode libraries showed promise in overcoming some limitations of morphology-based taxonomy, but it suffers from limitations in connection with any single-locus approaches. In this thesis, I explored several cases of closely related population/species pairs of Lepidoptera showing allopatric and parapatric modes of distribution. I employed both DNA barcoding and target enrichment as primary genetic data collection methods, with the latter being used to obtain hundreds to thousands of nuclear genomic loci. The sampling across all three studies covered western and eastern Palearctic and Nearctic regions. The studies revealed that the target enrichment approach is efficient and helpful to understand biological relationships of closely related species pairs with parapatric distributions and hybrid zones. In the case of allopatric and widely distributed populations, target enrichment is likewise efficient in providing an accurate picture of genetic relationships, although the inherent arbitrariness of delimitation of allopatric populations remains an unresolved conceptual issue. Mitonuclear discordance was observed in some cases, which sometimes can be attributed to biological factors such as introgression or incomplete lineage sorting. Overall, target enrichment shows a high promise for efficient species delimitation, as it has low levels of missing data compared to other approaches such as ddRAD. This approach also provides a consistent set of loci which are potentially useful in standardizing principles of species delimitation across taxa serving as a step towards stabilizing the taxonomy.
Lajinrajaus on tärkeä osa biologista tutkimusta, sillä se pyrkii tunnistamaan ja luokittelemaan lajeja, keskeisimpiä elävän luonnon yksiköitä. Biologisen monimuotoisuuden rajaviivat ovat kuitenkin vaikeita tunnistaa, ja usein jopa subjektiivisia. Tämä johtuu siitä, että on monia tapoja määritellä termi ”laji”, sekä siitä, että eri lajit ovat tulosta pitkästä lajiutumisprosessista, jonka aikana lajirajat ovat väistämättä häilyviä. DNA-viivakoodikirjastojen nopea kasvu näytti aluksi ratkaisevan joitakin morfologisen taksonomian ongelmia, mutta menetelmän heikkous on sen perustuminen vain yhteen geneettiseen markkeriin. Väitöskirjassani tutkin useita perhoslaji- tai populaatiopareja, joiden maantieteelliset suhteet vaihtelivat parapatrisesta allopatriseen. Menetelminä käytin sekä DNA-viivakoodausta että kohdistettua geenipoimintaa (Target Capture). Jälkimmäisellä menetelmällä yksilöistä saadaan kohdistetusti luettua satojen tai tuhansien ennalta määrättyjen tuman geenialueiden emäsjärjestys. Analysoitujen näytteiden keräysalue käsitti länsipalearktisen, itäpalearktisen ja nearktisen alueen. Tutkimukset osoittivat, että kohdistettu geenipoiminta on tehokas ja hyödyllinen menetelmä selvitettäessä läheisten, vastakkaisesti (parapatrisesti) levinneiden ja hybridivyöhykkeen omaavien lajien biologisten suhteiden ymmärtämisessä. Samoin erillään elävien (allopatristen) ja laajalle levinneiden populaatioiden geneettisten suhteiden tutkimisessa sama menetelmä oli tarkka, vaikka tällaisten lajien lajinrajaus onkin väistämättä ratkaistavissa vain keinotekoisesti sekä käytännöllisten että käsitteellisten ongelmien vuoksi. Ristiriitaa mitogenomin ja tuman genomin välillä havaittiin joissain tapauksissa. Tämä voi selittyä erilaisilla biologisilla tekijöillä, kuten lajien välisellä geenivirralla tai kehityslinjojen epätäydellisellä erottumisella geenitasolla. Kokonaisuutena tutkimus osoitti, että kohdistettu geenipoiminta on lupaava menetelmä tehokkaaseen lajinrajaukseen, koska sen tuottama aineisto sisältää varsin vähän puuttuvaa sekvenssidataa verrattuna joihinkin muihin vastaaviin menetelmiin, kuten ddRAD-sekvensointiin. Menetelmä vakioituine geenimarkkereineen tarjoaa myös erinomaisen lähtökohdan standardoida lajinrajauksen periaatteet eri lajiryhmien välillä.
Original papers
-
Joshi, M., Espeland, M., Dincă, V., Vila, R., Tahami, M. S., Dietz, L., Mayer, C., Martin, S., Dapporto, L., & Mutanen, M. (2022). Delimiting continuity: Comparison of target enrichment and double digest restriction‐site associated DNA sequencing for delineating admixing parapatric Melitaea butterflies. Systematic Entomology, 47(4), 637–654. https://doi.org/10.1111/syen.12557 https://doi.org/10.1111/syen.12557
-
Khan, M., Joshi, M., Espeland, M., Huemer, P., Lopez‐Vaamonde, C., & Mutanen, M. (2024). Patterns of speciation in a parapatric pair of Saturnia moths as revealed by target capture. Molecular Ecology, 33(1), e17194. https://doi.org/10.1111/mec.17194 https://doi.org/10.1111/mec.17194
-
Joshi, M., Espeland, M., Huemer, P., deWaard, J., & Mutanen, M. (2023). Species delimitation under allopatry: genomic insights within and across continents in Lepidoptera. Manuscript in preparation.
Osajulkaisut
-
Joshi, M., Espeland, M., Dincă, V., Vila, R., Tahami, M. S., Dietz, L., Mayer, C., Martin, S., Dapporto, L., & Mutanen, M. (2022). Delimiting continuity: Comparison of target enrichment and double digest restriction‐site associated DNA sequencing for delineating admixing parapatric Melitaea butterflies. Systematic Entomology, 47(4), 637–654. https://doi.org/10.1111/syen.12557 https://doi.org/10.1111/syen.12557
-
Khan, M., Joshi, M., Espeland, M., Huemer, P., Lopez‐Vaamonde, C., & Mutanen, M. (2024). Patterns of speciation in a parapatric pair of Saturnia moths as revealed by target capture. Molecular Ecology, 33(1), e17194. https://doi.org/10.1111/mec.17194 https://doi.org/10.1111/mec.17194
-
Joshi, M., Espeland, M., Huemer, P., deWaard, J., & Mutanen, M. (2023). Species delimitation under allopatry: genomic insights within and across continents in Lepidoptera. Manuscript in preparation.
Kokoelmat
- Avoin saatavuus [37744]