Published July 26, 2022
| Version v1
Publication
Open
An Updated Genome Assembly Improves Understanding of the Transcriptional Regulation of Coloration in Midas Cichlid
Creators
- 1. Neijiang Normal University
- 2. Chinese Academy of Fishery Sciences
- 3. Ministry of Agriculture and Rural Affairs
- 4. BGI Group (China)
Description
Midas cichlid ( Amphilophus citrinellus ), a popular aquarium fish, attracts extensive attention from worldwide biologists mainly due to its morphological polymorphism (dark versus gold). Continuous efforts have therefore been paid to address mechanisms of its coloration variants, while it is far away from the detailed illustration of a clear regulatory network. Some limits may come from the absence of a high-quality genome assembly and a relatively accurate gene set. In this study, we sequenced about 149 Gb of nucleotide sequences of Midas cichlid, generating a genome assembly with a total size of 933.5 Mb, which exhibits a good genome continuity with a contig N50 of 10.5 Mb. A total of 25,911 protein-coding genes were annotated and about 90% completeness was achieved, which helps to build a good gene pool for understanding expressional differences of color variation. With the assistance of the final gene set, we identified a total of 277 differential expressional genes (DEGs), of which 97 up- and 180 downregulated were determined in dark-vs-gold comparisons. Two protein-protein interaction (PPI) networks were constructed from these DEGs, and three key functional modules were classified. Hub genes within each module were evaluated, and we found that the third key module contains tyrp1b , oca2 , pmela , tyr , and slc24a5 , which were previously proven to be associated with melanin formation. Two downregulated DEGs ( myl1 and pgam2 ) in the first key module may be involved in muscle movement and spermatogenesis, implying that certain side effects could result from the morphological polymorphism. The first key module, consisting of proteins encoded by upregulated DEGs that were associated with MAPK signaling, Toll-like receptor signaling, and gonadotropin-releasing hormone pathways, may contribute to a negative upstream regulation or downstream influence on melanin biosynthesis. Taken together, our new genome assembly and gene annotation of Midas cichlid provide a high-quality genetic resource for biological studies on this species, and the newly identified key networks and hub genes in dark-vs-gold comparisons enhance our understanding of the transcriptional regulatory mechanisms underlying coloration changes not only in Midas cichlid but also in other fishes from freshwater to marine ecosystems.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
ميداس سيكليد (Amphilophus citrinellus)، وهي سمكة زينة شهيرة، تجذب اهتمامًا واسعًا من علماء الأحياء في جميع أنحاء العالم ويرجع ذلك أساسًا إلى تعدد الأشكال المورفولوجية (الظلام مقابل الذهب). لذلك تم بذل جهود مستمرة لمعالجة آليات متغيرات التلوين الخاصة بها، في حين أنها بعيدة كل البعد عن التوضيح التفصيلي لشبكة تنظيمية واضحة. قد تأتي بعض القيود من عدم وجود مجموعة جينوم عالية الجودة ومجموعة جينات دقيقة نسبيًا. في هذه الدراسة، قمنا بتسلسل حوالي 149 جيجا بايت من تسلسلات النيوكليوتيدات من ميداس سيكليد، مما أدى إلى توليد مجموعة من الجينوم بحجم إجمالي قدره 933.5 ميجا بايت، والتي تظهر استمرارية جيدة للجينوم مع كونتيغ N50 من 10.5 ميجا بايت. تم شرح ما مجموعه 25911 جينًا مشفرًا للبروتين وتم تحقيق اكتمال حوالي 90 ٪، مما يساعد على بناء مجموعة جينات جيدة لفهم الاختلافات التعبيرية لتباين الألوان. وبمساعدة المجموعة الجينية النهائية، حددنا ما مجموعه 277 جينًا تعبيريًا تفاضليًا (DEGs)، منها 97 جينًا صاعدًا و180 جينًا غير منظم في مقارنات بين الذهب والظلام. تم بناء شبكتين للتفاعل بين البروتين والبروتين من DEGs هذه، وتم تصنيف ثلاث وحدات وظيفية رئيسية. تم تقييم جينات المحور داخل كل وحدة، ووجدنا أن الوحدة الرئيسية الثالثة تحتوي على tyrp1b و oca2 و pmela و tyr و slc24a5، والتي ثبت سابقًا أنها مرتبطة بتكوين الميلانين. قد يشارك اثنان من DEGs غير المنظمين (myl1 و pgam2) في الوحدة الرئيسية الأولى في حركة العضلات وتكوين الحيوانات المنوية، مما يعني أن بعض الآثار الجانبية يمكن أن تنتج عن تعدد الأشكال المورفولوجي. قد تساهم الوحدة الرئيسية الأولى، التي تتكون من بروتينات مشفرة بواسطة DEGs المعاد تنظيمها والتي ارتبطت بإشارات MAPK، وإشارات المستقبلات الشبيهة بالرسوم، ومسارات الهرمونات التي تطلق موجهة الغدد التناسلية، في تنظيم سلبي في المنبع أو تأثير المصب على التخليق الحيوي للميلانين. توفر مجموعة الجينوم الجديدة والتعليق الجيني على ميداس سيكليد موردًا جينيًا عالي الجودة للدراسات البيولوجية على هذا النوع، وتعزز الشبكات الرئيسية والجينات المحورية التي تم تحديدها حديثًا في مقارنات الذهب الداكن مقابل الذهب فهمنا للآليات التنظيمية للنسخ الكامنة وراء تغيرات التلوين ليس فقط في ميداس سيكليد ولكن أيضًا في الأسماك الأخرى من المياه العذبة إلى النظم الإيكولوجية البحرية.Translated Description (French)
Le Midas cichlid ( Amphilophus citrinellus ), un poisson d'aquarium populaire, attire l'attention des biologistes du monde entier principalement en raison de son polymorphisme morphologique (foncé contre or). Des efforts continus ont donc été faits pour aborder les mécanismes de ses variantes de coloration, alors qu'il est loin de l'illustration détaillée d'un réseau réglementaire clair. Certaines limites peuvent provenir de l'absence d'un assemblage génomique de haute qualité et d'un ensemble de gènes relativement précis. Dans cette étude, nous avons séquencé environ 149 Gb de séquences nucléotidiques de Midas cichlidés, générant un assemblage génomique d'une taille totale de 933,5 Mb, qui présente une bonne continuité génomique avec un contig N50 de 10,5 Mb. Au total, 25 911 gènes codant pour des protéines ont été annotés et environ 90 % d'exhaustivité ont été atteints, ce qui aide à constituer un bon pool de gènes pour comprendre les différences d'expression de la variation de couleur. Avec l'aide du jeu de gènes final, nous avons identifié un total de 277 gènes d'expression différentielle (DEG), dont 97 régulés à la hausse et 180 à la baisse ont été déterminés dans des comparaisons dark-vs-gold. Deux réseaux d'interaction protéine-protéine (IPP) ont été construits à partir de ces DEG, et trois modules fonctionnels clés ont été classés. Les gènes Hub au sein de chaque module ont été évalués, et nous avons constaté que le troisième module clé contient tyrp1b, oca2 , pmela , tyr et slc24a5 , dont il a été précédemment prouvé qu'ils étaient associés à la formation de mélanine. Deux DEG régulés à la baisse (myl1 et pgam2) dans le premier module clé peuvent être impliqués dans le mouvement musculaire et la spermatogenèse, ce qui implique que certains effets secondaires pourraient résulter du polymorphisme morphologique. Le premier module clé, composé de protéines codées par des DEG régulés à la hausse qui étaient associés à la signalisation MAPK, à la signalisation des récepteurs de type Toll et aux voies des hormones libérant des gonadotrophines, peut contribuer à une régulation négative en amont ou à une influence en aval sur la biosynthèse de la mélanine. Pris ensemble, notre nouvel assemblage du génome et l'annotation des gènes de Midas cichlidés fournissent une ressource génétique de haute qualité pour les études biologiques sur cette espèce, et les réseaux clés et les gènes hub nouvellement identifiés dans les comparaisons sombre-vs-or améliorent notre compréhension des mécanismes de régulation transcriptionnelle sous-jacents aux changements de coloration non seulement chez Midas cichlidés, mais aussi chez d'autres poissons d'eau douce aux écosystèmes marins.Translated Description (Spanish)
El cíclido Midas ( Amphilophus citrinellus ), un popular pez de acuario, atrae una gran atención de biólogos de todo el mundo debido principalmente a su polimorfismo morfológico (oscuro versus dorado). Por lo tanto, se han realizado esfuerzos continuos para abordar los mecanismos de sus variantes de coloración, mientras que está lejos de la ilustración detallada de una red reguladora clara. Algunos límites pueden provenir de la ausencia de un ensamblaje del genoma de alta calidad y un conjunto de genes relativamente preciso. En este estudio, secuenciamos alrededor de 149 Gb de secuencias de nucleótidos del cíclido Midas, generando un ensamblaje genómico con un tamaño total de 933.5 Mb, que exhibe una buena continuidad genómica con un cóntigo N50 de 10.5 Mb. Se anotaron un total de 25 911 genes codificantes de proteínas y se logró una completitud de aproximadamente el 90%, lo que ayuda a construir un buen conjunto de genes para comprender las diferencias expresivas de la variación de color. Con la ayuda del conjunto de genes final, identificamos un total de 277 genes expresivos diferenciales (DEG), de los cuales 97 regulados al alza y 180 regulados a la baja se determinaron en comparaciones oscuro contra oro. A partir de estos DEG se construyeron dos redes de interacción proteína-proteína (PPI) y se clasificaron tres módulos funcionales clave. Se evaluaron los genes Hub dentro de cada módulo y se encontró que el tercer módulo clave contiene tyrp1b , oca2, pmela, tyr y slc24a5 , que previamente se había demostrado que estaban asociados con la formación de melanina. Dos DEG regulados negativamente ( myl1 y pgam2 ) en el primer módulo clave pueden estar involucrados en el movimiento muscular y la espermatogénesis, lo que implica que ciertos efectos secundarios podrían resultar del polimorfismo morfológico. El primer módulo clave, que consiste en proteínas codificadas por DEG reguladas positivamente que se asociaron con la señalización de MAPK, la señalización del receptor tipo Toll y las vías de la hormona liberadora de gonadotropina, puede contribuir a una regulación negativa aguas arriba o una influencia aguas abajo en la biosíntesis de melanina. En conjunto, nuestro nuevo ensamblaje del genoma y la anotación de genes de los cíclidos de Midas proporcionan un recurso genético de alta calidad para los estudios biológicos sobre esta especie, y las redes clave y los genes centrales recientemente identificados en las comparaciones entre la oscuridad y el oro mejoran nuestra comprensión de los mecanismos reguladores de la transcripción que subyacen a los cambios de coloración no solo en los cíclidos de Midas, sino también en otros peces, desde los de agua dulce hasta los ecosistemas marinos.Files
pdf.pdf
Files
(17.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:933d5b28fdf31c0e7e0c00525ee8ef0f
|
17.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تعمل مجموعة الجينوم المحدثة على تحسين فهم التنظيم النصي للتلوين في ميداس سيكليد
- Translated title (French)
- Une mise à jour de l'assemblage du génome améliore la compréhension de la régulation transcriptionnelle de la coloration chez le Midas Cichlid
- Translated title (Spanish)
- Un ensamblaje del genoma actualizado mejora la comprensión de la regulación transcripcional de la coloración en los cíclidos de Midas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4288037560
- DOI
- 10.3389/fmars.2022.950573
References
- https://openalex.org/W1482190741
- https://openalex.org/W1484347389
- https://openalex.org/W1767772592
- https://openalex.org/W1845978309
- https://openalex.org/W1886071728
- https://openalex.org/W1970746718
- https://openalex.org/W1975547715
- https://openalex.org/W1977052863
- https://openalex.org/W1993158258
- https://openalex.org/W1996700726
- https://openalex.org/W2011657487
- https://openalex.org/W2022366061
- https://openalex.org/W2034575591
- https://openalex.org/W2035780360
- https://openalex.org/W2047573521
- https://openalex.org/W2054254276
- https://openalex.org/W2057545775
- https://openalex.org/W2061659191
- https://openalex.org/W2103912979
- https://openalex.org/W2104005232
- https://openalex.org/W2106678197
- https://openalex.org/W2108108770
- https://openalex.org/W2112814753
- https://openalex.org/W2114104545
- https://openalex.org/W2125736798
- https://openalex.org/W2127957940
- https://openalex.org/W2133619623
- https://openalex.org/W2134160835
- https://openalex.org/W2136145671
- https://openalex.org/W2136850043
- https://openalex.org/W2144268209
- https://openalex.org/W2145896701
- https://openalex.org/W2158646231
- https://openalex.org/W2159675211
- https://openalex.org/W2159946869
- https://openalex.org/W2172082803
- https://openalex.org/W2172149172
- https://openalex.org/W2583363792
- https://openalex.org/W2613316333
- https://openalex.org/W2735604599
- https://openalex.org/W2760643011
- https://openalex.org/W2772231999
- https://openalex.org/W2788228074
- https://openalex.org/W2845591014
- https://openalex.org/W2885582175
- https://openalex.org/W2902620894
- https://openalex.org/W2938240562
- https://openalex.org/W2941072767
- https://openalex.org/W2951912016
- https://openalex.org/W2952136406
- https://openalex.org/W2964849163
- https://openalex.org/W2991295831
- https://openalex.org/W2992976869
- https://openalex.org/W3012094285
- https://openalex.org/W3017049640
- https://openalex.org/W3036319615
- https://openalex.org/W3044926932
- https://openalex.org/W3080997834
- https://openalex.org/W3081282520
- https://openalex.org/W3096733662
- https://openalex.org/W3115044972
- https://openalex.org/W3120530641
- https://openalex.org/W4205440224
- https://openalex.org/W4231756379