Published February 25, 2020 | Version v1
Publication Open

Evidence of Pathogen-Induced Immunogenetic Selection across the Large Geographic Range of a Wild Seabird

  • 1. Medawar Building for Pathogen Research
  • 2. University of Oxford
  • 3. Pontificia Universidad Católica de Chile
  • 4. Cornell University
  • 5. Centre d'Etudes Biologiques de Chizé
  • 6. British Antarctic Survey
  • 7. South Atlantic Environmental Research Institute
  • 8. Carnegie Mellon University
  • 9. National Research Foundation
  • 10. Nelson Mandela University
  • 11. Centre d'Écologie Fonctionnelle et Évolutive
  • 12. Museo Nacional de Ciencias Naturales
  • 13. National University of Tierra del Fuego
  • 14. Queen Mary University of London

Description

Abstract Over evolutionary time, pathogen challenge shapes the immune phenotype of the host to better respond to an incipient threat. The extent and direction of this selection pressure depend on the local pathogen composition, which is in turn determined by biotic and abiotic features of the environment. However, little is known about adaptation to local pathogen threats in wild animals. The Gentoo penguin (Pygoscelis papua) is a species complex that lends itself to the study of immune adaptation because of its circumpolar distribution over a large latitudinal range, with little or no admixture between different clades. In this study, we examine the diversity in a key family of innate immune genes—the Toll-like receptors (TLRs)—across the range of the Gentoo penguin. The three TLRs that we investigated present varying levels of diversity, with TLR4 and TLR5 greatly exceeding the diversity of TLR7. We present evidence of positive selection in TLR4 and TLR5, which points to pathogen-driven adaptation to the local pathogen milieu. Finally, we demonstrate that two positively selected cosegregating sites in TLR5 are sufficient to alter the responsiveness of the receptor to its bacterial ligand, flagellin. Taken together, these results suggest that Gentoo penguins have experienced distinct pathogen-driven selection pressures in different environments, which may be important given the role of the Gentoo penguin as a sentinel species in some of the world's most rapidly changing environments.

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

Translated Description (Arabic)

على مر الزمن التطوري، يشكل تحدي مسببات الأمراض النمط الظاهري المناعي للمضيف للاستجابة بشكل أفضل للتهديد الأولي. يعتمد مدى واتجاه ضغط الاختيار هذا على تركيبة مسببات الأمراض المحلية، والتي يتم تحديدها بدورها من خلال السمات الحيوية واللاأحيائية للبيئة. ومع ذلك، لا يُعرف سوى القليل عن التكيف مع تهديدات مسببات الأمراض المحلية في الحيوانات البرية. بطريق جنتو (Pygoscelis papua) هو مركب من الأنواع يفسح المجال لدراسة التكيف المناعي بسبب توزيعه حول القطب على نطاق عرضي كبير، مع القليل من الاختلاط أو عدم وجوده بين الفروع المختلفة. في هذه الدراسة، ندرس التنوع في عائلة رئيسية من الجينات المناعية الفطرية - المستقبلات الشبيهة بالرسوم (TLRs) - عبر نطاق بطريق جنتو. تقدم TLRs الثلاثة التي درسناها مستويات متفاوتة من التنوع، حيث يتجاوز TLR4 و TLR5 إلى حد كبير تنوع TLR7. نقدم دليلاً على الانتقاء الإيجابي في TLR4 و TLR5، مما يشير إلى التكيف المدفوع بمسببات الأمراض مع بيئة مسببات الأمراض المحلية. أخيرًا، نثبت أن موقعين للفصل المشترك تم اختيارهما بشكل إيجابي في TLR5 كافيين لتغيير استجابة المستقبل لليجند البكتيري، السوط. تشير هذه النتائج مجتمعة إلى أن طيور البطريق الجنتو قد تعرضت لضغوط اختيار مميزة مدفوعة بمسببات الأمراض في بيئات مختلفة، والتي قد تكون مهمة بالنظر إلى دور البطريق الجنتو كنوع حارس في بعض البيئات الأسرع تغيرًا في العالم.

Translated Description (French)

Résumé Au fil du temps, le défi pathogène façonne le phénotype immunitaire de l'hôte pour mieux répondre à une menace naissante. L'étendue et la direction de cette pression de sélection dépendent de la composition pathogène locale, qui est à son tour déterminée par les caractéristiques biotiques et abiotiques de l'environnement. Cependant, on sait peu de choses sur l'adaptation aux menaces pathogènes locales chez les animaux sauvages. Le manchot papou (Pygoscelis papua) est un complexe d'espèces qui se prête à l'étude de l'adaptation immunitaire en raison de sa répartition circumpolaire sur une large gamme latitudinale, avec peu ou pas de mélange entre les différents clades. Dans cette étude, nous examinons la diversité d'une famille clé de gènes immunitaires innés - les récepteurs de type Toll (TLR)- dans toute la gamme du manchot papou. Les trois TLR que nous avons étudiés présentent des niveaux de diversité variables, TLR4 et TLR5 dépassant largement la diversité de TLR7. Nous présentons des preuves de sélection positive dans TLR4 et TLR5, ce qui indique une adaptation induite par les agents pathogènes au milieu pathogène local. Enfin, nous démontrons que deux sites de co-ségrégation positivement sélectionnés dans TLR5 sont suffisants pour modifier la réactivité du récepteur à son ligand bactérien, la flagelline. Pris ensemble, ces résultats suggèrent que les manchots papous ont subi des pressions de sélection distinctes induites par des agents pathogènes dans différents environnements, ce qui peut être important compte tenu du rôle du manchot papou en tant qu'espèce sentinelle dans certains des environnements les plus changeants du monde.

Translated Description (Spanish)

Resumen A lo largo del tiempo evolutivo, la exposición a patógenos da forma al fenotipo inmune del huésped para responder mejor a una amenaza incipiente. La extensión y la dirección de esta presión de selección dependen de la composición del patógeno local, que a su vez está determinada por las características bióticas y abióticas del entorno. Sin embargo, se sabe poco sobre la adaptación a las amenazas de patógenos locales en animales silvestres. El pingüino papúa (Pygoscelis papua) es un complejo de especies que se presta al estudio de la adaptación inmune debido a su distribución circumpolar en un amplio rango latitudinal, con poca o ninguna mezcla entre diferentes clados. En este estudio, examinamos la diversidad en una familia clave de genes inmunes innatos, los receptores tipo Toll (TLR), en todo el rango del pingüino papúa. Los tres TLR que investigamos presentan diferentes niveles de diversidad, con TLR4 y TLR5 superando en gran medida la diversidad de TLR7. Presentamos evidencia de selección positiva en TLR4 y TLR5, que apunta a la adaptación impulsada por patógenos al medio patógeno local. Finalmente, demostramos que dos sitios de cosegregación seleccionados positivamente en TLR5 son suficientes para alterar la capacidad de respuesta del receptor a su ligando bacteriano, la flagelina. En conjunto, estos resultados sugieren que los pingüinos papúa han experimentado distintas presiones de selección impulsadas por patógenos en diferentes entornos, lo que puede ser importante dado el papel del pingüino papúa como especie centinela en algunos de los entornos que cambian más rápidamente en el mundo.

Files

msaa040.pdf.pdf

Files (93 Bytes)

⚠️ 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:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
93 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
دليل على الانتقاء الوراثي المناعي الناجم عن مسببات الأمراض عبر النطاق الجغرافي الكبير للطيور البحرية البرية
Translated title (French)
Preuve d'une sélection immunogénétique induite par un agent pathogène dans la vaste gamme géographique d'un oiseau de mer sauvage
Translated title (Spanish)
Evidencia de selección inmunogenética inducida por patógenos en el gran rango geográfico de una ave marina silvestre

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3005780708
DOI
10.1093/molbev/msaa040

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1518555193
  • https://openalex.org/W1542894797
  • https://openalex.org/W1563940013
  • https://openalex.org/W1573513672
  • https://openalex.org/W1588883854
  • https://openalex.org/W1605679755
  • https://openalex.org/W1655860314
  • https://openalex.org/W1824872935
  • https://openalex.org/W1832287255
  • https://openalex.org/W1919772617
  • https://openalex.org/W1946252112
  • https://openalex.org/W1946825159
  • https://openalex.org/W1963937775
  • https://openalex.org/W1966892322
  • https://openalex.org/W1967494040
  • https://openalex.org/W1969042907
  • https://openalex.org/W1971003087
  • https://openalex.org/W1971147414
  • https://openalex.org/W1971439989
  • https://openalex.org/W1976469694
  • https://openalex.org/W1976815408
  • https://openalex.org/W1982478055
  • https://openalex.org/W1983959087
  • https://openalex.org/W1984954412
  • https://openalex.org/W1985639710
  • https://openalex.org/W1990058505
  • https://openalex.org/W1990074132
  • https://openalex.org/W1992019684
  • https://openalex.org/W1995935594
  • https://openalex.org/W1997476591
  • https://openalex.org/W1997482967
  • https://openalex.org/W1998741419
  • https://openalex.org/W1999848082
  • https://openalex.org/W1999946740
  • https://openalex.org/W2001747259
  • https://openalex.org/W2004465286
  • https://openalex.org/W2004714807
  • https://openalex.org/W2006788237
  • https://openalex.org/W2009596137
  • https://openalex.org/W2011602382
  • https://openalex.org/W2011763365
  • https://openalex.org/W2013523787
  • https://openalex.org/W2026884617
  • https://openalex.org/W2027052155
  • https://openalex.org/W2041910757
  • https://openalex.org/W2042126673
  • https://openalex.org/W2042625274
  • https://openalex.org/W2043790867
  • https://openalex.org/W2044573154
  • https://openalex.org/W2049197565
  • https://openalex.org/W2049414760
  • https://openalex.org/W2050982050
  • https://openalex.org/W2053507391
  • https://openalex.org/W2054253079
  • https://openalex.org/W2055181323
  • https://openalex.org/W2055698003
  • https://openalex.org/W2065461553
  • https://openalex.org/W2066031677
  • https://openalex.org/W2070467933
  • https://openalex.org/W2071709852
  • https://openalex.org/W2073565990
  • https://openalex.org/W2076163815
  • https://openalex.org/W2082928585
  • https://openalex.org/W2087954509
  • https://openalex.org/W2092657715
  • https://openalex.org/W2096420865
  • https://openalex.org/W2100439192
  • https://openalex.org/W2100444509
  • https://openalex.org/W2101653542
  • https://openalex.org/W2107128330
  • https://openalex.org/W2110335151
  • https://openalex.org/W2110351787
  • https://openalex.org/W2110755408
  • https://openalex.org/W2110827592
  • https://openalex.org/W2110987181
  • https://openalex.org/W2111260918
  • https://openalex.org/W2114690265
  • https://openalex.org/W2119632499
  • https://openalex.org/W2120443264
  • https://openalex.org/W2122611411
  • https://openalex.org/W2122953266
  • https://openalex.org/W2127934565
  • https://openalex.org/W2129846786
  • https://openalex.org/W2130501069
  • https://openalex.org/W2138049915
  • https://openalex.org/W2139368051
  • https://openalex.org/W2139750707
  • https://openalex.org/W2140784970
  • https://openalex.org/W2142992860
  • https://openalex.org/W2143238378
  • https://openalex.org/W2143597777
  • https://openalex.org/W2144775551
  • https://openalex.org/W2145691032
  • https://openalex.org/W2148159716
  • https://openalex.org/W2158803432
  • https://openalex.org/W2159769705
  • https://openalex.org/W2161208630
  • https://openalex.org/W2162098634
  • https://openalex.org/W2162271164
  • https://openalex.org/W2168442012
  • https://openalex.org/W2170565120
  • https://openalex.org/W2178258364
  • https://openalex.org/W2216037087
  • https://openalex.org/W2282908335
  • https://openalex.org/W2290786872
  • https://openalex.org/W2310915712
  • https://openalex.org/W2395601328
  • https://openalex.org/W2461764654
  • https://openalex.org/W2512369945
  • https://openalex.org/W2526727793
  • https://openalex.org/W2530010750
  • https://openalex.org/W2532354145
  • https://openalex.org/W2552670048
  • https://openalex.org/W2560766940
  • https://openalex.org/W2572530906
  • https://openalex.org/W2572538813
  • https://openalex.org/W2576507662
  • https://openalex.org/W2603573752
  • https://openalex.org/W2616978077
  • https://openalex.org/W2755331695
  • https://openalex.org/W2770656339
  • https://openalex.org/W2801159594
  • https://openalex.org/W2805190804
  • https://openalex.org/W2806580017
  • https://openalex.org/W2806597068
  • https://openalex.org/W2883914499
  • https://openalex.org/W2895994042
  • https://openalex.org/W2896840552
  • https://openalex.org/W2901954177
  • https://openalex.org/W2904709752
  • https://openalex.org/W2909757443
  • https://openalex.org/W2923247271
  • https://openalex.org/W2949867654
  • https://openalex.org/W2964461033
  • https://openalex.org/W2965125253
  • https://openalex.org/W30937831
  • https://openalex.org/W349698066
  • https://openalex.org/W4231311503
  • https://openalex.org/W4246077736
  • https://openalex.org/W4250563714