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Evolution of Gene Expression during a Transition from Environmental to Genetic Sex Determination

Authors :
Peter D. Fields
Cécile Molinier
Céline M. O. Reisser
Christoph R. Haag
Yan R. Galimov
Adeline Segard
Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (CEFE)
Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UM3)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-École pratique des hautes études (EPHE)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Ecosystèmes Insulaires Océaniens (UMR 241) (EIO)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut Louis Malardé [Papeete] (ILM)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université de la Polynésie Française (UPF)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-École pratique des hautes études (EPHE)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UPVM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
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 de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])
Université de la Polynésie Française (UPF)-Institut Louis Malardé [Papeete] (ILM)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)
Université de Fribourg
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Institute of Zoology and Evolutionary Biology
University of Basel (Unibas)
Koltsov Institute of Developmental Biology
Russian Academy of Sciences [Moscow] (RAS)
Department of Geosciences - Earth Sciences [Fribourg]
University of Fribourg
Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UPVM)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-École Pratique des Hautes Études (EPHE)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de la Polynésie Française (UPF)-Institut Louis Malardé [Papeete] (ILM)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)
Université de Fribourg = University of Fribourg (UNIFR)
Source :
Molecular Biology and Evolution, Molecular Biology and Evolution, Oxford University Press (OUP), 2019, 36 (7), pp.1551-1564. ⟨10.1093/molbev/msz123⟩, Molecular Biology And Evolution (0737-4038) (Oxford Univ Press), 2019-07, Vol. 36, N. 7, P. 1551-1564, Molecular Biology and Evolution, 2019, 36 (7), pp.1551-1564. ⟨10.1093/molbev/msz123⟩
Publication Year :
2019
Publisher :
HAL CCSD, 2019.

Abstract

Genetic sex determination (GSD) can evolve from environmental sex determination (ESD) via an intermediate state in which both coexist in the same population. Such mixed populations are found in the crustacean Daphnia magna, where non-male producers (NMP, genetically determined females) coexist with male producers (MP), in which male production is environmentally inducible and can also artificially be triggered by exposure to juvenile hormone. This makes Daphnia magna a rare model species for the study of evolutionary transitions from ESD to GSD. Although the chromosomal location of the NMP-determining mutation has been mapped, the actual genes and pathways involved in the evolution of GSD from ESD remain unknown. Here, we present a transcriptomic analysis of MP and NMP females under control (female producing) and under hormone exposure conditions. We found similar to 100 differentially expressed genes between MP and NMP under control conditions. Genes in the NMP-determining chromosome region were especially likely to show such constitutive expression differences. Hormone exposure led to expression changes of an additional similar to 100 (MP) to similar to 600 (NMP) genes, with an almost systematic upregulation of those genes in NMP. These observations suggest that the NMP phenotype is not determined by a simple "loss-of-function" mutation. Rather, homeostasis of female offspring production under hormone exposure appears to be an active state, tightly regulated by complex mechanisms involving many genes. In a broader view, this illustrates that the evolution of GSD, while potentially initiated by a single mutation, likely leads to secondary integration involving many genes and pathways.

Details

Language :
English
ISSN :
07374038 and 15371719
Database :
OpenAIRE
Journal :
Molecular Biology and Evolution, Molecular Biology and Evolution, Oxford University Press (OUP), 2019, 36 (7), pp.1551-1564. ⟨10.1093/molbev/msz123⟩, Molecular Biology And Evolution (0737-4038) (Oxford Univ Press), 2019-07, Vol. 36, N. 7, P. 1551-1564, Molecular Biology and Evolution, 2019, 36 (7), pp.1551-1564. ⟨10.1093/molbev/msz123⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....2b40da15e8772509b66a044d2de31d44