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Accelerated evolution of sex chromosomes in aphids, an X0 system

Authors :
Jean-Christophe Simon
Fabrice Legeai
Claude Rispe
Lucie Mieuzet
Solenn Stoeckel
Julie Jaquiéry
Département d'écologie et évolution [Lausanne] (DEE)
Université de Lausanne (UNIL)
Biologie des organismes et des populations appliquées à la protection des plantes (BIO3P)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-AGROCAMPUS OUEST
Biological systems and models, bioinformatics and sequences (SYMBIOSE)
Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-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)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
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 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
INRA-AIP BioRessources
Departement INRA Sante des Plantes et Environnement
Genoscope
Fondation pour la Recherche sur la Biodiversite
ANR GW-Aphid
Swiss National Science Foundation [PBLAA-122658]
Université de Lausanne = University of Lausanne (UNIL)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de Rennes (UR)-AGROCAMPUS OUEST
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Source :
Molecular Biology and Evolution, Molecular Biology and Evolution, Oxford University Press (OUP), 2011, epub ahead of print. ⟨10.1093/molbev/msr252⟩, Molecular Biology and Evolution, Oxford University Press (OUP), 2012, 29 (2), epub ahead of print. ⟨10.1093/molbev/msr252⟩, Molecular Biology and Evolution, 2012, 29 (2), epub ahead of print. ⟨10.1093/molbev/msr252⟩
Publication Year :
2011
Publisher :
HAL CCSD, 2011.

Abstract

International audience; Sex chromosomes play a role in many important biological processes, including sex determination, genomic conflicts, imprinting and speciation. In particular, they exhibit several unusual properties such as inheritance pattern, hemizygosity and reduced recombination, which influence their response to evolutionary factors (e.g. drift, selection, demography). Here, we examine the evolutionary forces driving X chromosome evolution in aphids, an XO system where females are homozygous (XX) and males hemizygous (X0) at sex chromosomes. We show by simulations that the unusual mode of transmission of the X chromosome in aphids coupled to cyclical parthenogenesis results in similar effective population sizes and predicted levels of genetic diversity for X chromosomes and autosomes under neutral evolution. These results contrast with expectations from standard XX/XY or XX/X0 systems (where the effective population size of the X is 3/4 of that of autosomes) and have deep consequences for aphid X chromosome evolution. We then localized 52 microsatellites markers on the X and 351 on autosomes. We genotyped 167 individuals with 356 of these loci and found similar levels of allelic richness on the X and on the autosomes, as predicted by our simulations. In contrast, we detected higher dN and dN/dS ratio for X-linked genes compared to autosomal genes, a pattern compatible with either positive or relaxed selection. Given that both types of chromosomes have similar effective population sizes and that the single copy of the X chromosome of male aphids exposes its recessive genes to selection, some degree of positive selection seems to best explain the higher rates of evolution of X-linked genes. Overall, this study highlights the particular relevance of aphids to study the evolutionary factors driving sex chromosomes and genome evolution.

Details

Language :
English
ISSN :
07374038 and 15371719
Database :
OpenAIRE
Journal :
Molecular Biology and Evolution, Molecular Biology and Evolution, Oxford University Press (OUP), 2011, epub ahead of print. ⟨10.1093/molbev/msr252⟩, Molecular Biology and Evolution, Oxford University Press (OUP), 2012, 29 (2), epub ahead of print. ⟨10.1093/molbev/msr252⟩, Molecular Biology and Evolution, 2012, 29 (2), epub ahead of print. ⟨10.1093/molbev/msr252⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....b6b5a9a476b959014755f4b69249f261
Full Text :
https://doi.org/10.1093/molbev/msr252⟩