Published July 21, 2018 | Version v1
Publication Open

Selective constraints in cold‐region wild boars may defuse the effects of small effective population size on molecular evolution of mitogenomes

Creators

  • 1. Huazhong Agricultural University
  • 2. University of Chicago
  • 3. National Institute of Animal Sciences
  • 4. Novosibirsk State Agricultural University
  • 5. International Livestock Research Institute
  • 6. Chinese Academy of Agricultural Sciences
  • 7. University of Zagreb

Description

Abstract Spatial range expansion during population colonization is characterized by demographic events that may have significant effects on the efficiency of natural selection. Population genetics suggests that genetic drift brought by small effective population size ( N e ) may undermine the efficiency of selection, leading to a faster accumulation of nonsynonymous mutations. However, it is still unknown whether this effect might be balanced or even reversed by strong selective constraints. Here, we used wild boars and local domestic pigs from tropical (Vietnam) and subarctic region (Siberia) as animal model to evaluate the effects of functional constraints and genetic drift on shaping molecular evolution. The likelihood‐ratio test revealed that Siberian clade evolved significantly different from Vietnamese clades. Different datasets consistently showed that Siberian wild boars had lower Ka/Ks ratios than Vietnamese samples. The potential role of positive selection for branches with higher Ka/Ks was evaluated using branch‐site model comparison. No signal of positive selection was found for the higher Ka/Ks in Vietnamese clades, suggesting the interclade difference was mainly due to the reduction in Ka/Ks for Siberian samples. This conclusion was further confirmed by the result from a larger sample size, among which wild boars from northern Asia (subarctic and nearby region) had lower Ka/Ks than those from southern Asia (temperate and tropical region). The lower Ka/Ks might be due to either stronger functional constraints, which prevent nonsynonymous mutations from accumulating in subarctic wild boars, or larger N e in Siberian wild boars, which can boost the efficacy of purifying selection to remove functional mutations. The latter possibility was further ruled out by the Bayesian skyline plot analysis, which revealed that historical N e of Siberian wild boars was smaller than that of Vietnamese wild boars. Altogether, these results suggest stronger functional constraints acting on mitogenomes of subarctic wild boars, which may provide new insights into their local adaptation of cold resistance.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يتميز توسع النطاق المكاني أثناء استعمار السكان بأحداث ديموغرافية قد يكون لها آثار كبيرة على كفاءة الانتقاء الطبيعي. تشير الوراثة السكانية إلى أن الانجراف الوراثي الناجم عن الحجم السكاني الفعال الصغير ( Ne) قد يقوض كفاءة الانتقاء، مما يؤدي إلى تراكم أسرع للطفرات غير المترادفة. ومع ذلك، لا يزال من غير المعروف ما إذا كان يمكن موازنة هذا التأثير أو حتى عكسه من خلال قيود انتقائية قوية. هنا، استخدمنا الخنازير البرية والخنازير المحلية من المناطق الاستوائية (فيتنام) وشبه القطبية (سيبيريا) كنموذج حيواني لتقييم آثار القيود الوظيفية والانجراف الوراثي على تشكيل التطور الجزيئي. كشف اختبار نسبة الاحتمالية أن الفروع السيبيرية تطورت بشكل مختلف تمامًا عن الفروع الفيتنامية. أظهرت مجموعات البيانات المختلفة باستمرار أن الخنازير البرية السيبيرية لديها نسب Ka/Ks أقل من العينات الفيتنامية. تم تقييم الدور المحتمل للاختيار الإيجابي للفروع ذات Ka/Ks الأعلى باستخدام مقارنة نموذج الفرع والموقع. لم يتم العثور على أي إشارة إلى الاختيار الإيجابي لـ Ka/Ks الأعلى في الفروع الفيتنامية، مما يشير إلى أن الاختلاف بين الفروع يرجع أساسًا إلى انخفاض Ka/Ks للعينات السيبيرية. تم تأكيد هذا الاستنتاج بشكل أكبر من خلال نتيجة حجم عينة أكبر، من بينها الخنازير البرية من شمال آسيا (شبه القطبية والمنطقة القريبة) التي كان لديها Ka/Ks أقل من تلك الموجودة في جنوب آسيا (المنطقة المعتدلة والاستوائية). قد يكون انخفاض Ka/Ks بسبب قيود وظيفية أقوى، والتي تمنع الطفرات غير المترادفة من التراكم في الخنازير البرية شبه القطبية، أو أكبر N e في الخنازير البرية السيبيرية، والتي يمكن أن تعزز فعالية تنقية الانتقاء لإزالة الطفرات الوظيفية. تم استبعاد الاحتمال الأخير بشكل أكبر من خلال تحليل مؤامرة أفق بايز، والذي كشف أن الخنازير البرية السيبيرية التاريخية كانت أصغر من الخنازير البرية الفيتنامية. إجمالاً، تشير هذه النتائج إلى قيود وظيفية أقوى تعمل على الميتوجينوم للخنازير البرية شبه القطبية، والتي قد توفر رؤى جديدة حول تكيفها المحلي لمقاومة البرد.

Translated Description (French)

Résumé L'expansion de l'aire de répartition spatiale au cours de la colonisation des populations est caractérisée par des événements démographiques qui peuvent avoir des effets significatifs sur l'efficacité de la sélection naturelle. La génétique des populations suggère que la dérive génétique apportée par une petite taille de population effective ( N e ) peut nuire à l'efficacité de la sélection, conduisant à une accumulation plus rapide de mutations non synonymes. Cependant, on ne sait toujours pas si cet effet pourrait être équilibré ou même inversé par de fortes contraintes sélectives. Ici, nous avons utilisé des sangliers et des porcs domestiques locaux des régions tropicales (Vietnam) et subarctiques (Sibérie) comme modèle animal pour évaluer les effets des contraintes fonctionnelles et de la dérive génétique sur la formation de l'évolution moléculaire. Le test du rapport de vraisemblance a révélé que le clade sibérien a évolué de manière significativement différente des clades vietnamiens. Différents ensembles de données ont systématiquement montré que les sangliers de Sibérie avaient des rapports Ka/Ks inférieurs à ceux des échantillons vietnamiens. Le rôle potentiel de la sélection positive pour les succursales ayant des Ka/K plus élevés a été évalué à l'aide d'une comparaison de modèles de succursales et de sites. Aucun signal de sélection positive n'a été trouvé pour les Ka/K plus élevés dans les clades vietnamiens, suggérant que la différence entre les clades était principalement due à la réduction des Ka/K pour les échantillons sibériens. Cette conclusion a en outre été confirmée par le résultat d'un échantillon plus important, parmi lequel les sangliers d'Asie du Nord (région subarctique et voisine) présentaient des Ka/K plus faibles que ceux d'Asie du Sud (région tempérée et tropicale). Les Ka/K inférieurs pourraient être dus soit à des contraintes fonctionnelles plus fortes, qui empêchent les mutations non synonymes de s'accumuler chez les sangliers subarctiques, soit à une N e plus grande chez les sangliers de Sibérie, ce qui peut augmenter l'efficacité de la sélection purificatrice pour éliminer les mutations fonctionnelles. Cette dernière possibilité a été en outre exclue par l'analyse de l'horizon bayésien, qui a révélé que le N e historique des sangliers sibériens était plus petit que celui des sangliers vietnamiens. Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent des contraintes fonctionnelles plus fortes agissant sur les mitogénomes des sangliers subarctiques, ce qui peut fournir de nouvelles informations sur leur adaptation locale à la résistance au froid.

Translated Description (Spanish)

Resumen La expansión del rango espacial durante la colonización de la población se caracteriza por eventos demográficos que pueden tener efectos significativos en la eficiencia de la selección natural. La genética de poblaciones sugiere que la deriva genética provocada por el pequeño tamaño efectivo de la población ( N e ) puede socavar la eficiencia de la selección, lo que lleva a una acumulación más rápida de mutaciones no sinónimas. Sin embargo, aún se desconoce si este efecto podría equilibrarse o incluso revertirse mediante fuertes restricciones selectivas. Aquí, utilizamos jabalíes y cerdos domésticos locales de la región tropical (Vietnam) y subártica (Siberia) como modelo animal para evaluar los efectos de las restricciones funcionales y la deriva genética en la configuración de la evolución molecular. La prueba derelación de probabilidad reveló que el clado siberiano evolucionó significativamente diferente de los clados vietnamitas. Diferentes conjuntos de datos mostraron consistentemente que los jabalíes siberianos tenían proporciones Ka/Ks más bajas que las muestras vietnamitas. El papel potencial de la selección positiva para las ramas con mayor Ka/K se evaluó mediante la comparación del modelo desitio de rama. No se encontró ninguna señal de selección positiva para los Ka/Ks más altos en los clados vietnamitas, lo que sugiere que la diferencia entre clados se debió principalmente a la reducción de Ka/Ks para las muestras siberianas. Esta conclusión fue confirmada aún más por el resultado de un tamaño de muestra más grande, entre los cuales los jabalíes del norte de Asia (región subártica y cercana) tenían menores Ka/K que los del sur de Asia (región templada y tropical). Las Ka/K más bajas podrían deberse a restricciones funcionales más fuertes, que evitan que se acumulen mutaciones no sinónimas en los jabalíes subárticos, o a N e más grandes en los jabalíes siberianos, lo que puede aumentar la eficacia de la selección purificadora para eliminar las mutaciones funcionales. Esta última posibilidad fue descartada aún más por el análisis de la trama del horizonte bayesiano, que reveló que el N e histórico de los jabalíes siberianos era más pequeño que el de los jabalíes vietnamitas. En conjunto, estos resultados sugieren restricciones funcionales más fuertes que actúan sobre los mitogenomas de los jabalíes subárticos, lo que puede proporcionar nuevos conocimientos sobre su adaptación local de la resistencia al frío.

Files

ece3.4221.pdf

Files (15.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:022d1136f6c384912fcacf834f15453e
15.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
قد تؤدي القيود الانتقائية في الخنازير البرية في المنطقة الباردة إلى نزع فتيل آثار الحجم الصغير الفعال للسكان على التطور الجزيئي للميتوجينومات
Translated title (French)
Les contraintes sélectives chez les sangliers dela région froide peuvent désamorcer les effets de la petite taille effective de la population sur l'évolution moléculaire des mitogénomes
Translated title (Spanish)
Las restricciones selectivas en los jabalíes dela región fría pueden desactivar los efectos del pequeño tamaño efectivo de la población en la evolución molecular de los mitogenomas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2884104619
DOI
10.1002/ece3.4221

Is supplement to
https://openalex.org/W4306168892 (Other)
https://openalex.org/W3081011466 (Other)
https://openalex.org/W2794264332 (Other)
https://openalex.org/W2155292801 (Other)
https://openalex.org/W2139617371 (Other)
https://openalex.org/W2126740061 (Other)
https://openalex.org/W2066518030 (Other)
https://openalex.org/W2047495572 (Other)
https://openalex.org/W1977933410 (Other)
https://openalex.org/W1965088361 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1568372576
  • https://openalex.org/W1930635754
  • https://openalex.org/W1946252112
  • https://openalex.org/W1969042907
  • https://openalex.org/W1971176266
  • https://openalex.org/W1994535204
  • https://openalex.org/W1999223830
  • https://openalex.org/W2007325254
  • https://openalex.org/W2012294035
  • https://openalex.org/W2019223051
  • https://openalex.org/W2022627623
  • https://openalex.org/W2029134836
  • https://openalex.org/W2033123297
  • https://openalex.org/W2064602201
  • https://openalex.org/W2068952795
  • https://openalex.org/W2072055952
  • https://openalex.org/W2075183916
  • https://openalex.org/W2078663610
  • https://openalex.org/W2082599413
  • https://openalex.org/W2091705028
  • https://openalex.org/W2093669374
  • https://openalex.org/W2096420865
  • https://openalex.org/W2097187579
  • https://openalex.org/W2097977090
  • https://openalex.org/W2103148772
  • https://openalex.org/W2109838565
  • https://openalex.org/W2110129027
  • https://openalex.org/W2110335151
  • https://openalex.org/W2115809399
  • https://openalex.org/W2119647735
  • https://openalex.org/W2125852604
  • https://openalex.org/W2126150829
  • https://openalex.org/W2127055349
  • https://openalex.org/W2127774996
  • https://openalex.org/W2130362098
  • https://openalex.org/W2130680472
  • https://openalex.org/W2131271579
  • https://openalex.org/W2137809599
  • https://openalex.org/W2141052558
  • https://openalex.org/W2146709918
  • https://openalex.org/W2148698435
  • https://openalex.org/W2152207030
  • https://openalex.org/W2154845780
  • https://openalex.org/W2155350273
  • https://openalex.org/W2158170190
  • https://openalex.org/W2160105048
  • https://openalex.org/W2164620627
  • https://openalex.org/W2179494850
  • https://openalex.org/W2217029310
  • https://openalex.org/W2463372706
  • https://openalex.org/W2464908062
  • https://openalex.org/W2616376928
  • https://openalex.org/W2788703222
  • https://openalex.org/W2884104619
  • https://openalex.org/W2952786668
  • https://openalex.org/W4230357098
  • https://openalex.org/W779207642