Desarrollo de nuevos marcadores genómicos y su aplicación a la filogenia y variabilidad genética de mamíferos

Abstract

Las filogenias que incorporan información procedente de distintos loci del genoma son fundamentales para resolver las relaciones evolutivas de los seres vivos, así como para determinar con precisión los tiempos de divergencia de las distintas especies y poblaciones y estudiar fenómenos como el flujo genético.

En primer lugar, se analizaron los genomas completos de las bases de datos públicas de varias especies de mamíferos y se extrajeron todos los intrones. A continuación se desarrollaron una serie de filtros computacionales automatizados para seleccionar los intrones más adecuados para ser empleados en la filogenia de especies cercanas de mamíferos de acuerdo a criterios de tamaño, copia única, reloj molecular y divergencia, obteniéndose un total de 224 nuevos marcadores intrónicos. Se amplificaron varios de estos marcadores en varias parejas de especies cercanas de mamíferos, confirmando que eran efectivamente variables interespecíficamente, y también intraespecíficamente

A continuación, se emplearon 8 de estos intrones junto con marcadores mitocondriales para realizar el primer estudio filogeográfico del desmán ibérico (Galemys pyrenaicus), un mamífero endémico semiacuático de la Península Ibérica. Se obtuvieron muestras de excrementos y tejidos de toda la distribución de la especie, y las secuencias mitocondriales obtenidas revelaron una fuerte estructura filogeográfica con cuatro linajes de distribución parapátrica entre los que no se observó prácticamente flujo genético (si bien los datos nucleares sugirieron cierta presencia de flujo genético en algunas de las zonas de contacto). Los niveles de diversidad genética calculados para G. pyrenaicus fueron muy bajos comparados con la media de los mamíferos, y se observaron importantes diferencias entre los distintos clados mitocondriales, hallándose la mayor diversidad en la zona noroeste de la Península Ibérica (lo que indicaría la presencia de un refugio glacial en esta área) y la menor en los Pirineos (que serían producto de una rápida colonización postglacial). Este escenario se vio corroborado por la elaboración de un modelo de distribución de la especie y la posterior proyección a las condiciones del Último Máximo Glacial, que indicó que la zona de mayor probabilidad de presencia asociada era el Noroeste de la Península Ibérica.

Por último, se realizó un estudio de los tiempos de especiación y divergencia de los musgaños europeos del género Neomys empleando metodologías que estiman el árbol de especies incorporando predicciones de la teoría de la coalescencia. Para ello se emplearon 13 intrones del conjunto desarrollado anteriormente, y se halló una notable divergencia entre dos subespecies de Neomys anomalus (N. a. anomalus y N. a. milleri). La estima del árbol de especies permitió datar esta divergencia en medio millón de años, y la aplicación de un modelo de aislamiento con divergencia permitió detectar que no se había producido flujo genético significativo entre ambas. Esto sugiere que la actual clasificación taxonómica no refleja de forma correcta la realidad biológica de estos organismos. La comparación de distintas estrategias en las estimas de árboles de especies y tiempos de divergencia reveló el riesgo asociado a no emplear tasas evolutivas específicas de los organismos y de los marcadores empleados en este tipo de estudios.

Initially, several publicly available genome sequences of mammalian species were analysed and all the introns were extracted. A bioinformatic pipeline was then developed to control for orthology and to filter them following several criteria: that they had an adequate size and molecular clock, they were divergent and single copy. The final result was a new set of 224 introns to be used in closely related species mammalian phylogenetics.

Then 8 of these introns, along with mitochondrial markers, were used to perform a phylogeographic study of the Iberian Desman, that is an endangered semiaquatic mammal endemic to the Iberian Peninsula. A strong phylogeographic structure with several mitochondrial lineages with no mixing was revealed, although nuclear DNA data suggest some degree of mixing in some of the contact zones. A low overall genetic diversity for the whole species was found but there were also striking differences between the clades, with the diversity being higher in the Northwestern part of the Peninsula (thus being a potential glacial refugium) and lower in the Pyrenees (which would be the result of a recent colonization). The dating of the origin of all the desman mitochondrial haplotypes to the Middle Pleistocene and the projection of a species distribution model to the conditions of the Last Glacial Maximum also support this scenario, thus highlighting the importance of the Pleistocene glacial cycles in shaping the current genetic structure of this species.

Finally, 13 introns were used to obtain the species tree of the genus of European water shrews Neomys using a multilocus coalescent approach. The divergence of two subespecies of Neomys anomalus was estimated at about 0.5 million years ago, and no significant gene flow was detected since their divergence, which suggests that their current taxonomic status might not reflect the biological reality of these taxa. A series of tests to measure the effects of different ways of estimating the rates of the partitions used on the estimation of divergence in species trees were performed. These tests highlighted the importance of using lineage and marker specific estimated rates.