Canvi evolutiu dels lacèrtids de la mediterrània occidental: estimes en el genoma nuclear

Abstract

[cat] La tesi forma part d’un projecte més ampli sobre l’estudi evolutiu de sargantanes del gènere Podarcis (Wagler, 1830), amb especial referència a poblacions insulars. Aquest gènere està constituït per un grup divers de rèptils que ha evolucionat diversificant-se a la Mediterrània. Les espècies del gènere Podarcis mostren una espectacular diversitat fenotípica. A nivell de coloració a diferents illes podem trobar poblacions totalment melàniques, uniformement verdes o marrons, inclús coloracions intermèdies, no estant resolts els possibles mecanismes causants. El gènere Podarcis inclou diversos endemismes insulars, per exemple a Còrsega i Sardenya trobem Podarcis tiliguerta i a les Illes Balears, P. lilfordi i P. pityusensis. La conca mediterrània és considerada un hotspot o punt calent de biodiversitat, per l’elevat nombre d’espècies endèmiques existents. Per això, són regions molt interessants per estudiar i aplicar estratègies de conservació, necessàries tenint en compte la reducció i/o degradació d’hàbitats. Per aquesta finalitat conèixer la història evolutiva de les espècies que hi viuen és imprescindible. Aquesta tesi se centra en l’estudi, a nivell molecular, del canvi evolutiu de diverses espècies de Podarcis d’aquesta regió. Recentment alguns autors han qüestionat que s’utilitzi com a únic marcador l’ADN mitocondrial (ADNmt), emprat àmpliament per aquest tipus d’estudis, ja que sols representa una petita part de l’evolució. És, per tant, recomanable emprar diversos marcadors moleculars, així l’ús conjunt d’ADNmt i marcadors nuclears permet obtenir resultats més consistents. En la tesi s’analitza la variabilitat que presenten distints gens nuclears amb l’objectiu d’estudiar la història evolutiva d’algunes espècies d’aquest gènere; més concretament s’aprofundeix en el coneixement de dues qüestions evolutives en base als canvis en la seqüència dels exons dels següents gens: MC1R, RAG1, APOBE28, BLC9L, KIAA2018 i KIF24. Aquests canvis es correlacionen amb els de l’ADNmt en les mateixes poblacions. i) Factors que determinen el melanisme en poblacions insulars S’han estudiat poblacions de Podarcis lilfordi i P. pityusensis, espècies amb una gran diversitat de coloracions. Per tal de relacionar canvis en el genoma amb el melanisme es va estudiar la variabilitat de la seqüència de l’MC1R (gen implicat en la pigmentació a altres espècies). Els resultats van mostrar que mutacions en aquest gen no estan lligades al fenotip melànic, i tampoc a les altres coloracions estudiades. Per això, posteriorment es va analitzar si canvis d’expressió a l’MC1R en serien els responsables, però no es va detectar cap canvi significatiu. Es va analitzar també el perfil d’expressió de tot l’exoma d’individus melànics i no melànics de dues poblacions de P. lilfordi. Dels resultats destacar aquestes diferències: els individus no melànics presentaven una major expressió de gens implicats en la resposta a l’estrès, mentre que els melànics mostraren una major taxa metabòlica i un increment de la resposta inflamatòria enfront d’antígens exògens. Donat que cap de les vies està relacionada directament amb el procés de melanogènesi, altres gens deuen ser els responsables del melanisme. ii) La filogènia i filogeografia de diverses espècies endèmiques S’ha determinat la filogeografia de P. tiliguerta datant els principals successos cladogenètics a partir del seu origen fa uns 11 milions d’anys. Els resultats s’han comparat amb els de l’ADNmt, i mostren que en ambdós marcadors hi ha un gran nivell de diversitat especialment entre l’illa de Sardenya i Còrsega, cosa que permet considerar que a nivell genètic podrien ser considerades dues espècies distintes (separades fa uns 9,5 Ma). També s’ha estudiat les Podarcis de l’arxipèlag de les Columbretes (est d’Espanya). L’espècie, sense assignació taxonòmica clara, prèviament considerada P. atrata i subespècie de P. hispanica. A través dels gens nuclears i mitocondrials s’ha intentat definir les relacions filogenètiques. Els resultats indiquen que estan més properes al nou taxó P. liolepis.

[spa] La tesis forma parte de un proyecto más extenso sobre el estudio evolutivo de las lagartijas del género Podarcis (Wagler, 1830), haciendo especial énfasis en poblaciones insulares. Este género está formado por un grupo diverso de reptiles que evolucionó diversificándose en el Mediterráneo. Las especies del género Podarcis muestran una espectacular variabilidad fenotípica. En diferentes islas, a nivel de coloración, encontramos poblaciones totalmente melánicas, uniformemente verdes o marrones, e incluso coloraciones intermedias, permaneciendo aún desconocidos los posibles mecanismos causantes. El género Podarcis engloba diversos endemismos insulares, cómo Podarcis tiliguerta de Córcega y Cerdeña y P. lilfordi y P. pityusensis de las Islas Baleares. El Mediterráneo se considera un hotspot, o punto caliente de biodiversidad, debido al importante número de especies endémicas. Consecuentemente son regiones muy interesantes para estudiar y aplicar estrategias de conservación, necesarias teniendo en cuenta la reducción y/o degradación de hábitats. Para este fin, es imprescindible conocer la historia evolutiva de las especies que viven allí. Esta tesis se centra en el estudio, a nivel molecular, del cambio evolutivo de diversas especies de Podarcis de esta región. Recientemente algunos autores cuestionan el ADN mitocondrial (ADNmt) como único marcador, ya que sólo representa una pequeña parte de la evolución. Por consiguiente, se recomienda utilizar diferentes marcadores, así el uso del ADNmt junto a marcadores nucleares permite conseguir unos resultados más robustos. En la tesis se analiza la variabilidad de diferentes genes nucleares con la finalidad de estudiar la historia evolutiva de algunas especies de este género; centrándose en dar respuesta a dos preguntas evolutivas en base a cambios en la secuencia de los exones de estos genes: MC1R, RAG1, APOBE28, BLC9L, KIAA2018 y KIF24. Estos cambios se relacionan con los del ADNmt en las mismas poblaciones. i) Factores que determinan el melanismo en poblaciones insulares Se han estudiado poblaciones de Podarcis lilfordi y P. pityusensis, especies con una amplia diversidad de coloraciones. Con el fin de relacionar cambios en el genoma con el melanismo, se estudió la variabilidad de la secuencia del MC1R (gen implicado en la pigmentación en otras especies). Los resultados mostraron que mutaciones en este gen no estaban relacionadas con el fenotipo melánico, y tampoco con las otras coloraciones estudiadas. Por eso se analizó si variaciones de expresión en el MC1R eran las responsables, aunque no se detectó ningún cambio significativo. También se analizó el perfil de expresión del exoma de individuos melánicos y no melánicos de dos poblaciones de P. lilfordi. Los resultados indicaron diferencias, destacando que los individuos no melánicos mostraban una mayor expresión de genes implicados en la respuesta frente a el estrés, mientras que los melánicos presentaban una mayor tasa metabólica y un incremento de la respuesta inflamatoria frente antígenos exógenos. Dado que ninguna de las vías está relacionada directamente con la melanogénesis, otros genes deben ser responsables del melanismo. ii) La filogenia y filogeografía de diversas especies endémicas Se determinó la filogeografía de P. tiliguerta datando los principales eventos cladogenéticos desde su origen hace unos 11 millones de años. Los resultados se compararon con los del ADNmt, indicando en ambos marcadores una elevada diversidad, especialmente entre la isla de Cerdeña y Córcega, lo que indica que a nivel genético podrían ser consideradas dos especies distintas (separadas hace unos 9,5 Ma). También se estudió la especie Podarcis del archipiélago de las Columbretes (este de España). La especie no presenta una taxonomía clara (previamente fue considerada P. atrata y una subespecie de P. hispanica). Para definir sus relaciones filogenéticas se utilizaron genes nucleares y mitocondriales. Los resultados indicaron que estas poblaciones de Columbretes están más próximas al nuevo taxón P. liolepis.

[eng] This thesis comprises part of a wider project that addresses the evolution of Mediterranean lizards of the genus Podarcis (Wagler, 1830), and is mainly focused on insular populations. This genus is widespread across the Mediterranean basin. They exhibit a great intraspecific variability in morphological traits. In particular, melanic and non-melanic populations (which are completely green or brown, and/or with intermediate coloration) are found on different islands. The causes for this variability remain unknown. The Podarcis genus contains various insular endemism such as Podarcis tiliguerta from Corsica and Sardinia islands, and P. lilfordi and P. pityusensis from the Balearic archipelago. The Mediterranean basin is considered a biodiversity hotspot due to the presence of an exceptional number of endemic species and Podarcis provides an important component of this biodiversity. It can provide information on the effects of fragmentation and/or degradation of habitat. Analyses of Podarcis also have important implications for conservation of the group itself: understanding the evolutionary framework provides a basis for future conservation actions. The present thesis is focused on the molecular study of the evolution of several Mediterranean Podarcis. It aims to build on and extend previous studies that made evolutionary inferences from just the mitochondrial DNA. This is achieved by analysing several nuclear markers (MC1R, RAG1, APOBE28, BLC9L, KIAA2018 and KIF24) in combination with mtDNA data. The main aim is to address two important evolutionary questions: i) Factors determining melanism in insular populations P. lilfordi and P. pityusensis present an important colour variation and polymorphism in the MC1R gene has been related to pigmentation in other species. Therefore, the relationship between DNA substitutions and melanism in different populations was studied. We did not detect any differences in the MC1R sequence that we analysed and so this sequence does not appear to be the basis of the colour variation in these Balearic Podarcis. Differences in gene expression were also compared between melanic and nonmelanic individuals, but no differences that were directly related to MC1R expression were detected. Nevertheless, the transcriptome profiles of melanic and non-melanic individuals from two populations of P. lilfordi did show some differences. The main differences found between the two groups were: non-melanic samples showed overexpression of stress-response genes, while melanic individuals had higher metabolic rates and an increased inflammatory response to exogenous antigens. Despite finding differences in expression, our study was unable to reveal major insights into the genetic basis of melanism in these island lizards. ii) Phylogeny and phylogeography of different endemic species. This work contributes important findings relevant to the systematics and evolution of the species P. tiliguerta endemic to Corsica and Sardina. Using Bayesian phylogenetic dating, we determined that this species originated ~11 Ma ago. Both markers (nuclear genes and mtDNA) showed a high level of intraspecific divergence, especially between Corsica and Sardinia. Ancient divergence (which was estimated at 9.5 Ma ago) and associated high levels of between-island lineage sorting in nuclear markers support the view that Corsican and Sardinian populations should be recognized as two different species. Podarcis were also studied from the Columbretes archipelago, a small island group off the coast east of Spain. Populations were previously recognized as a subspecies of P. hispanica or as P. atrata species. However, the suitability of this taxonomic designation has been made unclear by recent systematics studies of Podarcis that have led to major taxonomic changes. We used nuclear and mitochondrial genes to define their phylogenetic relationships. Columbretes populations were found to be most closely related to the new taxon P. liolepis.