Valentin Wucher, Rosa Fernández, Cinta Pegueroles, Stéphanie Robin, Fabrice Legeai, Gautier Richard, Marina Marcet-Houben, Toni Gabaldón, Denis Tagu, Ministerio de Economía y Competitividad (España), European Commission, Generalitat de Catalunya, Institut National de la Recherche Agronomique (France), Beijing Genomics Institute, Centre for Genomic Regulation [Barcelona] (CRG), Universitat Pompeu Fabra [Barcelona] (UPF)-Centro Nacional de Analisis Genomico [Barcelona] (CNAG), Institut de Génétique, Environnement et Protection des Plantes (IGEPP), Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-AGROCAMPUS OUEST, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Scalable, Optimized and Parallel Algorithms for Genomics (GenScale), Inria Rennes – Bretagne Atlantique, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-GESTION DES DONNÉES ET DE LA CONNAISSANCE (IRISA-D7), Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA), Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-CentraleSupélec-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Plateforme bioinformatique GenOuest [Rennes], Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Plateforme Génomique Santé Biogenouest®-Inria Rennes – Bretagne Atlantique, Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CentraleSupélec-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Centro de Regulación Genómica (CRG), Universitat Pompeu Fabra [Barcelona] (UPF), Juan de la Cierva-Incorporación Fellowship, IJCI-2015-26627, Government of Spain, Spanish Ministry of Economy, Industry, and Competitiveness, Université de Rennes (UR)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-INSTITUT AGRO Agrocampus Ouest, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Université de Rennes (UR)-Plateforme Génomique Santé Biogenouest®-Inria Rennes – Bretagne Atlantique, Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), and Barcelona Supercomputing Center
Ecology of insects is as wide as their diversity, which reflects their high capacity of adaptation in most of the environments of our planet. Aphids, with over 4,000 species, have developed a series of adaptations including a high phenotypic plasticity and the ability to feed on the phloem sap of plants, which is enriched in sugars derived from photosynthesis. Recent analyses of aphid genomes have indicated a high level of shared ancestral gene duplications that might represent a basis for genetic innovation and broad adaptations. In addition, there are a large number of recent, species-specific gene duplications whose role in adaptation remains poorly understood. Here, we tested whether duplicates specific to the pea aphid Acyrthosiphon pisum are related to genomic innovation by combining comparative genomics, transcriptomics, and chromatin accessibility analyses. Consistent with large levels of neofunctionalization, we found that most of the recent pairs of gene duplicates evolved asymmetrically, showing divergent patterns of positive selection and gene expression. Genes under selection involved a plethora of biological functions, suggesting that neofunctionalization and tissue specificity, among other evolutionary mechanisms, have orchestrated the evolution of recent paralogs in the pea aphid and may have facilitated host-symbiont cooperation. Our comprehensive phylogenomics analysis allowed us to tackle the history of duplicated genes to pave the road toward understanding the role of gene duplication in ecological adaptation., R.F. was funded by a Juan de la Cierva-Incorporacion Fellowship (Government of Spain, IJCI-2015-26627) and a Marie Skłodowska-Curie Fellowship (747607). T.G. acknowledges support from the Spanish Ministry of Economy, Industry, and Competitiveness (MEIC) for the EMBL partnership, and grants “Centro de Excelencia Severo Ochoa 2013– 2017” SEV-2012-0208, and BFU2015-67107 cofunded by European Regional Development Fund (ERDF); from the CERCA Programme/Generalitat de Catalunya; from the Catalan Research Agency (AGAUR) SGR857, and grant from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation program under the grant agreement ERC-2016-724173 and the Marie Sklodowska-Curie (Grant Agreement No. H2020-MSCA-ITN-2014-642095). D.T. was funded by “Severo Ochoa visiting scientific program” for a 6 months stay at the Center for Genomic Regulation—Barcelona—to start the project, supported as well by INRA SPE. Dr Roderic Guigo (CRG, Barcelona) is warmly acknowledged for his welcome in his lab. Dr Akiko Sugio, Dr Julie Jaquiery, Dr Ga€el Le Trionnaire, and Dr Jean-Christophe Simon (INRAE, UMR 1349 Igepp, Rennes, France) are acknowledged for access to unpublished data of RNA-Seq. Daktulosphaira vitifoliae data were provided by the Phylloxera Genome Project (https://bipaa. genouest.org/is/aphidbase/): funding for D. vitifoliae clone Pcf genomic sequencing was provided by INRA (AIP Bioresources) and BGI Biotech in the frame of i5k initiative. Parts of the transcriptomic resources were obtained within the 1KITE projects (Bernhard Misof, Bonn, Germany). The Acyrthosiphon pisum phylome can be accessed at PhylomeDB 4.0 under phylome number 441. RNA-Seq data are accessible at NCBI, see supplementary table S2, Supplementary Material online.