Major histocompatibility complex genes: their variation and impact on fitness in a socially monogamous passerine

Mgr. Marta Promerová, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Geny hlavního histokompatibilního komplexu (angl. zkr. MHC) jsou nezbytné pro správné fungování získané imunity u všech čelistnatých obratlovců. Již u mnoha druhů byl prokázán přímý vztah mezi geny MHC a různými složkami fitness. Zejména kvůli jejich funkci v imunitní odpovědi jsou tyto geny vůbec nejrozmanitější kódující částí obratlovčího genomu. Ze stejného důvodu se geny MHC v posledních letech staly jednou z nejvíce studovaných skupin genů, a to v mnoha vědních disciplínách od evoluční ekologie až po ochranářskou genetiku. Díky některým specifickým vlastnostem je však studium těchto genů obtížné a vyžaduje zvláštní přístup. V rámci své disertační práce jsem se snažila přispět k našemu poznání o tom, jak se vypořádat s problémy spojenými s výzkumem genů MHC u volně žijících druhů ptáků. Věnuji se několika zásadním krokům počínaje prvotní izolací a popisem genů MHC přes metody genotypizace až po analýzu výsledků a jejich začlenění do širšího ekologického kontextu. Část práce se skládá z protokolů pro úspěšnou izolaci ptačích genů MHC a ze srovnání dvou zcela odlišných genotypizačních metod. Tato metodologická část má velký význam zejména v dnešní době rapidního nárůstu počtu studií zaměřených na geny MHC u nemodelových druhů. Vzhledem k jejich komplikované struktuře může lehce dojít k nekompletní izolaci nebo kvůli špatně zvolené genotypizační metodě mohou výsledky přinést jen částečné odkrytí skutečné variability genů MHC. Dále se věnuji analýze procesů, které jsou zodpovědné za udržování obrovské rozmanitosti těchto genů u pěvců. Poslední část předkládané disertace se zabývá studiem vztahu mezi variabilitou genů MHC a pohlavním výběrem se zvláštním zřetelem na nepřímé zisky. Modelem pro tento výzkum je sociálně monogamní pěvec s výskytem mimo-párových paternit. Jednotlivé části práce jsou vzájemně propojeny a tvoří tak ucelenou studii některých zásadních otázek evoluční ekologie.

Abstract:

Genes of the Major histocompatibility complex (MHC) are crucial for the adaptive immune system of jawed vertebrates. Thus, there is a direct link between MHC and different components of fitness. Due to their immune function, balancing selection has shaped diversity at these genes into the most polymorphic coding regions described in vertebrates. For the same reason, MHC is becoming one of the most studied gene families, with studies across many scientific disciplines from evolutionary ecology to conservation genetics. Throughout the present thesis I aimed to contribute to the knowledge on how to deal with problems connected to the special features of MHC genes, from establishing genotyping up to studying evolutionary and ecological relations of their variation. The work starts at the very base of isolation and characterization of avian MHC, presenting protocols and a guide to the first steps of working with MHC, and describing in detail the advantages and drawbacks of two completely different approaches to MHC genotyping. Such a detailed guide was needed at the time of ‘MHC-boom’ with dozens of studies being published each year, and the trickiness of these genes being often disregarded or underestimated in evolutionary ecology studies. Further, in a non-model songbird species I and my colleagues analyzed which processes contribute to maintaining the often extremely high variation of passerine MHC. Finally, we aimed at unveiling the possible role of MHC genes in sexual selection with a particular focus on indirect genetic benefits using a system with extra-pair fertilizations as a model. Therefore, this thesis forms an integrated unit touching several vital aspects of evolutionary ecology research.

Keywords

MHC, mate choice, indirect benefits, multigene families, adaptive immunity, extra-pair paternity

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 8. 2011

Thesis defence

• Date of defence: 29. 9. 2011
• Supervisor: doc. Mgr. et Mgr. Josef Bryja, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Andrea Vetešníková Šimková, PhD., Dr. Helena Westerdahl, Prof. RNDr. MVDr. Petr Hořín, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

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