CO
Claudia Ornelas‐García
Author with expertise in Evolutionary Patterns in Subterranean Environments
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
11
(64% Open Access)
Cited by:
195
h-index:
16
/
i10-index:
24
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

The role of gene flow in rapid and repeated evolution of cave‐related traits in Mexican tetra, Astyanax mexicanus

Adam Herman et al.Sep 25, 2018
Abstract Understanding the molecular basis of repeatedly evolved phenotypes can yield key insights into the evolutionary process. Quantifying gene flow between populations is especially important in interpreting mechanisms of repeated phenotypic evolution, and genomic analyses have revealed that admixture occurs more frequently between diverging lineages than previously thought. In this study, we resequenced 47 whole genomes of the Mexican tetra from three cave populations, two surface populations and outgroup samples. We confirmed that cave populations are polyphyletic and two Astyanax mexicanus lineages are present in our data set. The two lineages likely diverged much more recently than previous mitochondrial estimates of 5–7 mya. Divergence of cave populations from their phylogenetically closest surface population likely occurred between ~161 and 191 k generations ago. The favoured demographic model for most population pairs accounts for divergence with secondary contact and heterogeneous gene flow across the genome, and we rigorously identified gene flow among all lineages sampled. Therefore, the evolution of cave‐related traits occurred more rapidly than previously thought, and trogolomorphic traits are maintained despite gene flow with surface populations. The recency of these estimated divergence events suggests that selection may drive the evolution of cave‐derived traits, as opposed to disuse and drift. Finally, we show that a key trogolomorphic phenotype QTL is enriched for genomic regions with low divergence between caves, suggesting that regions important for cave phenotypes may be transferred between caves via gene flow. Our study shows that gene flow must be considered in studies of independent, repeated trait evolution.
0
Citation186
0
Save
1

Selection-driven trait loss in independently evolved cavefish populations

Rachel Moran et al.Nov 28, 2022
Abstract Predicting the outcome of evolution is a central goal of modern biology, yet, determining the relative contributions of deterministic events (i.e., selection) and stochastic events (i.e., drift and mutation) to the evolutionary process remains a major challenge. Systems where the same traits have evolved repeatedly provide natural replication that can be leveraged to study the predictability of molecular evolution and the genetic basis of adaptation. Although mutational screens in the laboratory have demonstrated that a diversity of genetic mutations can produce phenocopies of one another, in natural systems, similar genetic changes frequently underly the evolution of phenotypes across independent lineages. This suggests a substantial role for constraint and determinism in evolution and supports the notion that there may be characteristics which make certain mutations more likely to contribute to phenotypic evolution. Here we use large-scale whole genome resequencing in the Mexican tetra, Astyanax mexicanus , to demonstrate that selection has played a primary role in repeated evolution of both trait loss and trait enhancement across independent cave lineages. We identify candidate genes underlying repeated adaptation to caves and infer the mode of repeated evolution, revealing that selection on standing genetic variation and de novo mutations both contribute substantially to repeated adaptation. Finally, we show that genes with evidence of repeated evolution have significantly longer coding regions compared to the rest of the genome, and this effect is most pronounced in genes evolving convergently via independent mutations. Importantly, our findings provide the first empirical support for the hypothesis that genes with larger mutational targets are more likely to be the substrate of repeated evolution and indicate that features of the novel cave environment may impact the rate at which mutations occur.
1
Citation5
0
Save
1

Genetic identification and reiterated captures suggests that theAstyanax mexicanusEl Pachón cavefish population is closed and declining

Laurent Legendre et al.Dec 2, 2022
Abstract The size of Astyanax mexicanus blind cavefish populations of North-East Mexico is a demographic parameter of great importance for investigating a variety of ecological, evolutionary and conservation issues. However, very few estimates have been obtained. For these mobile animals living in an environment difficult to explore as a whole, methods based on capture-mark-recapture are appropriate, but the feasibility of such approach and the interpretation of the results depend on several assumptions that must be carefully examined. Here, we provide evidence that minimally invasive genetic identification from captures at different time intervals can give insights on cavefish population size dynamics as well as other important demographic parameters of interest. We also provide tools to calibrate sampling and genotyping efforts necessary to reach a given level of precision. Our results suggest that the El Pachón cave population is currently very small, of an order of magnitude of a few hundreds of individuals, and is distributed in a relatively isolated area. The probable decline in population size in the El Pachón cave since the last census in 1971 raises serious conservation issues.
1
Citation2
0
Save
0

Genetic and ecomorphological divergence between sympatric Astyanax morphs from Central America

Carlos Garita‐Alvarado et al.Apr 30, 2021
Abstract Ecological and morphological divergence within populations can be a signal of adaptive divergence, which can maintain intraspecific polymorphisms and promote ecological speciation in the event of reproductive isolation. Here, we evaluate correlations among morphology, trophic ecology, and genetic differentiation between two divergent morphs (elongate and deep-body) of the fish genus Astyanax in the San Juan River basin in Central America, to infer the putative evolutionary mechanism shaping this system. We collected the two morphs from three water bodies and analyzed: 1) the correlation between body shape and the shape of the premaxilla, a relevant trophic structure, 2) the trophic level and niche width of each morph, 3) the correspondence between trophic level and body and premaxillary shape, and 4) the genetic differentiation between morphs using mitochondrial and nuclear markers. We found a strong correlation between the body and premaxillary shape of the morphs. The elongate-body morph had a streamlined body, a premaxilla with acuter angles and a narrower ascending process, and a higher trophic level, characteristic of species with predatorial habits. By contrast, the deep-body morph had a higher body depth, a premaxilla with less acute angles, and a broader trophic niche, suggesting generalist habits. Despite the strong correlation between morphological and ecological divergence, the morphs showed limited genetic differentiation, supporting the idea that morphs may be undergoing incipient ecological speciation, although alternative scenarios such as stable polymorphism or plasticity should also be considered. This study provides evidence about the role of ecological factors in the diversification processes in Astyanax .
0
Paper
Citation1
0
Save
24

Hybridization underlies localized trait evolution in cavefish

Rachel Moran et al.May 12, 2021
Summary Compared to selection on new mutations and standing genetic variation, the role of gene flow in generating adaptive genetic variation has been subject to much debate. Theory predicts that gene flow constrains adaptive evolution via natural selection by homogenizing allele frequencies among populations and introducing migrant alleles that may be locally maladaptive 1 . However, recent work has revealed that populations can diverge even when high levels of gene flow are present 2–4 and that gene flow may play an underappreciated role in facilitating local adaptation by increasing the amount of genetic variation present for selection to act upon 5–8 . Here, we investigate how genetic variation introduced by gene flow contributes to adaptive evolution of complex traits using an emerging eco-evolutionary model system, the Mexican tetra ( Astyanax mexicanus ). The ancestral surface form of the Mexican tetra has repeatedly invaded and adapted to cave environments. The Chica cave is unique in that it contains several pool microenvironments inhabited by putative hybrids between surface and cave populations 9 , providing an opportunity to investigate the dynamics of complex trait evolution and gene flow on a local scale. Here we conduct high-resolution genomic mapping and analysis of eye morphology and pigmentation in fish from multiple pools within Chica cave. We demonstrate that hybridization between cave and surface populations contributes to highly localized variation in behavioral and morphological traits. Analysis of sleep and locomotor behaviors between individual pools within this cave revealed reduced sleep associated with an increase in ancestry derived from cave populations, suggesting pool-specific ecological differences may drive the highly-localized evolution of sleep and locomotor behaviors. Lastly, our analyses uncovered a compelling example of convergent evolution in a core circadian clock gene in multiple independent cavefish lineages and burrowing mammals, indicating a shared genetic mechanism underlying circadian disruption in subterranean vertebrates. Together, our results provide insight into the evolutionary mechanisms that promote adaptive genetic variation and the genetic basis of complex behavioral phenotypes involved in local adaptation.
24
Citation1
0
Save
2

Host-parasite interactions in perpetual darkness: macroparasite diversity in the cavefishAstyanax mexicanus

Ana Santacruz et al.May 18, 2023
ABSTRACT Astyanax mexicanus has repeatedly colonized cave environments, displaying evolutionary parallelisms in many troglobitic traits. Despite being a model system for the study of adaptation to life in perpetual darkness, parasites infecting cavefish are practically unknown. In this study, we investigated the macroparasite communities of 18 cavefish populations from independent lineages and compared them with the parasite diversity of their sister surface fish populations, with the aim of better understanding the role that parasites play in the colonization of new environments. Thirteen parasite taxa were found in cavefish populations, including a subset of 10 of the 27 parasite taxa known for the surface populations. Parasites infecting the cavefish belong to five taxonomic groups: trematodes, monogeneans, nematodes, copepods, and acari. Monogeneans are the most dominant group, found in 14 caves. Macroparasites include species with direct life cycles and some trophically-transmitted parasites, including invasive species. Surprisingly, cave vs surface paired comparisons indicate higher parasite richness in the caves. The spatial variation in parasite composition across the caves suggests historical and geographical contingencies of the host-parasite colonization and the potential evolution of local adaptations. Base-line data on parasite diversity of cavefish populations of A. mexicanus sets the ground to explore the role of divergent parasite infections under contrasting ecological pressures (cave vs. surface environments) in the evolution of cave adaptive traits.
0

The role of gene flow in rapid and repeated evolution of cave related traits in Mexican tetra, Astyanax mexicanus

Adam Herman et al.May 31, 2018
Understanding the molecular basis of repeated evolved phenotypes can yield key insights into the evolutionary process. Quantifying the amount of gene flow between populations is especially important in interpreting mechanisms of repeated phenotypic evolution, and genomic analyses have revealed that admixture is more common between diverging lineages than previously thought. In this study, we resequenced and analyzed nearly 50 whole genomes of the Mexican tetra from three blind cave populations, two surface populations, and outgroup samples. We confirmed that cave populations are polyphyletic and two Astyanax mexicanus lineages are present in our dataset. The two lineages likely diverged ~257k generations ago, which, assuming 1 generation per year, is substantially younger than previous mitochondrial estimates of 5-7mya. Divergence of cave populations from their phylogenetically closest surface population likely occurred between ~161k - 191k generations ago. The favored demographic model for most population pairs accounts for divergence with secondary contact and heterogeneous gene flow across the genome, and we rigorously identified abundant gene flow between cave and surface fish, between caves, and between separate lineages of cave and surface fish. Therefore, the evolution of cave-related traits occurred more rapidly than previously thought, and trogolomorphic traits are maintained despite substantial gene flow with surface populations. After incorporating these new demographic estimates, our models support that selection may drive the evolution of cave-derived traits, as opposed to the classic hypothesis of disuse and drift. Finally, we show that a key QTL is enriched for genomic regions with very low divergence between caves, suggesting that regions important for cave phenotypes may be transferred between caves via gene flow. In sum, our study shows that shared evolutionary history via gene flow must be considered in studies of independent, repeated trait evolution.
0

A mutation in monoamine oxidase (MAO) affects the evolution of stress behavior in the blind cavefish Astyanax mexicanus

Constance Pierre et al.Apr 9, 2020
The neurotransmitter serotonin controls a great variety of physiological and behavioral processes. In humans, mutations affecting the monoamine oxidase or MAO, the serotonin-degrading enzyme, are highly deleterious. Yet, blind cavefish of the species A. mexicanus carry a partial loss-of-function mutation in MAO (P106L) and seem to thrive in their subterranean environment. Here, we established 4 fish lines, corresponding to the blind cave-dwelling and the sighted river-dwelling morphs of this species, with or without the mutation, in order to decipher the exact contribution of mao P106L in the evolution of cavefish neuro-behavioral traits. Unexpectedly, although mao P106L appeared as an excellent candidate for the genetic determinism of the loss of aggressive and schooling behaviors in cavefish, we demonstrated that it was not the case. Similarly, the anatomical variations in monoaminergic systems observed between cavefish and surface fish brains were independent from mao P106L, and rather due other, morph-dependent developmental processes. On the other hand, we found that mao P106L strongly affected anxiety-like behaviors. Cortisol measurements showed lower basal levels and an increased amplitude of stress response after a change of environment in fish carrying the mutation. Finally, we studied the distribution of the P106L mao allele in wild populations of cave and river A. mexicanus, and discovered that the mutant allele was present - and sometimes fixed - in all populations inhabiting caves of the Sierra de El Abra. The possibility that this partial loss-of-function mao allele evolves under a selective or a genetic drift regime in the particular cave environment is discussed.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.
0

Exploring phenotypic diversity: a comparative analysis of cichlid convergence

Mariana Leal‐Cardín et al.Jan 25, 2024
Convergent evolution of similar phenotypes suggests some predictability in the evolutionary trajectories of organisms, due to strong and repeated selective pressures, and/or developmental constraints. In adaptive radiations, particularly in cichlid fish radiations, convergent phenotypes are commonly found within and across geographical settings. There are some main axes of cichlid morphological diversification. Recurrent changes in body patterns reveal adaption to alternative habitats, and modifications of the trophic apparatus respond to the exploitation of different food resources. Here we compare two Neotropical cichlid assemblages, the Mexican desert cichlid, and the Nicaraguan Midas cichlid, with similar polymorphic body and trophic apparatus patterns despite their independent evolution and evaluate morphological and gene expression convergence and divergence. We found a single morphological axis of differentiation in pharyngeal jaws with equivalent papilliform and molariform morphotypes in both cichlid radiations. In contrast, we found two different axes of differentiation in the shape of the body, defining two alternative limnetic body patterns. Genetic differences between morphotypes seem to be specific to each radiation, with no clear patterns of convergence.
0

A geographical cline in craniofacial morphology across populations of Mesoamerican lake-dwelling fishes

Amanda Powers et al.Jun 27, 2019
The complex geological history and tropical climate of Mesoamerica create a rich source of biodiversity from which we can study evolutionary processes. Here, we discuss highly divergent forms of lake-dwelling fishes distributed across southern Mexico and Central America, originally recognized as members of different genera ( Astyanax and Bramocharax ). Recent phylogenetic studies suggest these morphotypes group within the same genus and readily hybridize. Despite genetic similarities, Bramocharax morphs exhibit stark differences in cranial shape and dentition. We investigated the evolution of several cranial traits that vary across morphs collected from four lakes in Mexico and Nicaragua and discovered an ecomorphological cline from the northern to southern lakes. Northern populations of sympatric morphs exhibit similar cranial shape and tooth morphology. Southern populations of Bramocharax , however, have more maxillary teeth, larger unicuspid teeth, an elongated snout and a streamlined cranium compared to Astyanax . The divergence of craniofacial morphology in southern lakes likely evolved in response to environmental pressures. We discuss the ecological differences across the four lake systems in terms of geological history and trophic dynamics. In summary, our study suggests that Bramocharax are likely locally-adapted members derived from Astyanax lineages, highlighting the complex evolutionary history of the Astyanax genus.
Load More