Poruchy spermatogeneze hybridních samců myší

Mgr. Iva Martincová, Ph.D.

Doctoral thesis

Spermatogenetic defects in mouse hybrids

Abstract:

Hybridní zóna mezi dvěma poddruhy myši domácí, Mus musculus musculus a M. m. domesticus, které se od společného předka oddělily před půl milionem let, je považována za tenzní hybridní zónu, udžovanou migrací rodičovských genomů do oblasti hybridní zóny a selekcí proti hybridům. Selekce je asociována se sníženou plodností hybridů. To dělá z těchto dvou poddruhů neocenitelný model pro studium speciace. V této práci představuji výsledky ze čtyř studií, které byly provedeny jak in situ v hybridní zóně, tak v řízených laboratorních podmínkách. Menší část výsledků se týká vlivu chromozomu X na fertilitu hydridů, který se jeví být dobře zdokumentován. Přesto jsme v naší studii popsali pozici a roli nového lokusu Hstx2 na chromozomu X a tří autozomálních lokusů, polymorfních v populaci M. m. musculus, které přispívají k asymetrii hybridní sterility. Větší část práce je věnována dosud spíš opomíjenému vlivu chromozomu Y na plodnost samců. Nejprve jsme se zaměřili na chování chromozomu Y v hybridní zóně. Zjistili jsme že asymetrická introgrese chromozomu Y M. m. musculus na území M. m. domesticus není omezena pouze na Česko-Bavorskou část hybridní zóny. Zdá se, že k tomuto jevu dochází ve střední Evropě běžně. Mechanismus, který může přispívat k šíření chromosomu Y přes hybridní zónu, byl naznačen dvěma studiemi, využívajícími experimentální křížení kmenů odvozených z divokých populací myši domácí. V obou studiích jsme zjistili podstatné rozdíly v kvalitě spermií mezi hybridy nesoucími chromozom Y původu M. m. musculus a M. m. domesticus. Obecně lze říci, že hybridi s chromozomem Y z poddruhu M. m. domesticus trpí zvýšeným výskytem spermií s disociovaným bičíkem. Z výsledků jsme vyvodili, že tyto rozdíly jsou asociovány s chromozomem X, ale jsou modulovány jeho interakcí s chromozomem Y. V situaci, kdy jsou tyto vlivy posilovány kompeticí mezi samci u promiskuitních druhů, mohou přispívat k posílení reprodukčích bariér a ke vzniku nových druhů.

Abstract:

The hybrid zone between two house mouse subspecies, Mus musculus musculus and M. m. domesticus, which diverged 0.5 MY ago, is thought to be a tension zone, maintained by a balance between migration of parental genomes into the area of the hybrid zone and by selection against hybrids. The selection is driven by the decreased fertility of hybrids. Thus these two subspecies represent an invaluable model for speciation studies. In this thesis I present the results from four papers conducted both in situ in the hybrid zone and under controlled laboratory conditions. The minor part of the results is focused on the effect of chromosome X on the fertility of hybrids, which seems to be well described elsewhere. However, in our study the position and role of a new X associated locus Hstx2 and three autosomal loci, polymorphic in M. m. musculus, which contribute to asymmetric hybrid sterility are described. The main focus of the thesis is concerned with the effect of Y chromosome to male fitness, which has been rather neglected up to now. Firstly, the behaviour of M. m. musculus Y chromosome in the hybrid zone is examined. We discovered that the asymmetric introgression of M. m. musculus Y across the hybrid zone into M. m. domesticus territory is not restricted only to the Czech-Bavarian hybrid zone area, but is a common phenomenon in central Europe. The possible mechanisms of the Y chromosome spread across the hybrid zone are suggested by two studies utilising experimental crosses of strains derived from natural house mouse populations. In both studies we found a significant difference in the sperm quality in hybrid males possessing the Y chromosome from M. m. musculus and M. m. domesticus. In general, the hybrids carrying the M. m. domesticus Y chromosome displayed a higher incidence of sperm heads dissociated from the tail. We concluded that those differences are associated with the X chromosome and modulated by interaction with the Y chromosome. Given that these effects are strengthened in promiscuous species due to male-male competition, they can contribute to reproductive barriers and thus to speciation.

Keywords

Mus musculus musculus, Mus musculus domesticus, X chromosome, Y chromosome, hybrid sterility, wild-derived strains, phenotype variation, sperm heads, Y introgression

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 7. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 26. 9. 2019
• Supervisor: CSc. Jaroslav Piálek
• Reader: Prof. Jeremy B. Searle, Ass. Prof. Jeffrey M. Good

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Zoology