Role hemiklonálních hybridních taxonů na tok genů mezi druhy

Bc. Jáchym Poštulka

Bakalářská práce

Role of hemiclonal hybrid taxa on interspecific geneflow

Anotace:

Evropská populace hybridogenetických vodních žab představuje zajímavý, avšak komplexní příklad živočichů využívajících alternativní a zároveň bizarní formu reprodukce – hybridogenezi. Páření mezi jedinci Pelophylax lessonae a Pelophylax ridibundus vede ke vzniku hybridních potomků označovaných jako Pelophylax esculentus. Tito hybridi udržují svou existenci zpětným křížením s rodičovskými druhy, a proto by mohli potenciálně sloužit jako prostředek pro mezidruhový přenos genetické informace. Vyhledal jsem čtení sekvencí všech tří zmíněných druhů žab, zhodnotil je a připravil pro mapování na referenční genom blízce příbuzného žabího taxonu. Poté jsem provedl variant calling, z výsledného VCF souboru s detekovanými genotypy jedinců jsem vytvořil matici genotypů, která sloužila jako vstup pro algoritmus diem. Po ko-polarizaci markerů jsem upravenou matici genotypů vykreslil spolu s hybridními indexy jednotlivců, a potenciálně introdukované varianty jsem lokalizoval a podrobil analýze v kontextu relevantním pro biologii taxonů. Kvalita dat, omezený počet exemplářů a nepříliš vhodný referenční genom pravděpodobně přispěly, alespoň částečně, k nejednoznačným výsledkům. Pro odhalení nových poznatků v této oblasti by byla zapotřebí lepší, ideálně celo-genomová a bohatě anotovaná datová sada. Nicméně, nedávno implementovaná metoda genomové polarizace se ukázala být skvělou volbou pro rozpoznávání taxonů i v případě hybridogenetických systémů. Vybízím tedy vědce, aby se seznámili s algoritmem diem a přijali nastupující novou éru celo-genomové analýzy markerů, která by mohla zpřesnit náš současný pohled na biologické koncepty.

Abstract:

European population of hybridogenetic water frogs present an intriguing, yet complex example of living organisms utilising an alternative and bizarre form of reproduction -- hybridogenesis. Matings between Pelophylax lessonae and Pelophylax ridibundus specimens result in hybrid progeny Pelophylax kl. esculentus. These hybrids perpetuate their existence by backcrossing with the parental species and therefore could potentially serve as vehicles for the inter-species transfer of genetic information. Sequence reads of all of the three mentioned taxa are searched, evaluated and prepared for mapping on the reference genome of the closely related frog taxon. Next, a variant calling is performed, generating a VCF file with individuals' genotypes encoded for all detected single nucleotide polymorphic sites (SNPs). Finally, a matrix of genotypes from the VCF file is generated, serving as an output for the diem algorithm. After the markers' co-polarisation, the adjusted matrix of genotypes is plotted together with individuals' hybrid indices and potentially introgressed variants are located and subjected to analysis in the species-relevant context. Data quality, a limited number of individuals and the non-ideal reference genome likely contributed to, at least partly, inconclusive results. Better, ideally whole-genome and rich-in-annotation datasets would be needed to offer new cutting-edge insights in the field. However, the recently implemented genome polarisation statistics proved to be a great choice for taxa recognition even in the case of hybridogenetic systems. Hereon, researchers are encouraged to get familiar with the diem and embrace the new era of genome-wide analysis of markers potentially refining our current view on biological concepts.

Keywords

Genome polarisation, diem, Pelophylax, Pelophylax ridibundus, Pelophylax lessonae, Pelophylax esculentus, klepton, hemiclonal, hemiclones, variant calling, SNP, frog, hybridisation, hybridogenesis, Genomová polarizace, hemiklonální, hemiklony, žába, hybridizace, hybridogeneze

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 27. 5. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 24. 6. 2025
• Vedoucí: doc. Mgr. Natália Martínková, Ph.D.
• Oponent: RNDr. Lukáš Choleva, Ph.D.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Bakalářský studijní program / obor:
Matematická biologie a biomedicína / Biomedicínská bioinformatika