ABSTRACT Transposable elements (TEs) produce structural variants and are considered an important source of genetic diversity. Notably, TE-gene fusion transcripts, i.e., chimeric transcripts, have been associated with adaptation in several species. However, the identification of these chimeras remains hindered due to the lack of detection tools at a transcriptome-wide scale, and to the reliance on a reference genome, even though different individuals/cells/strains have different TE insertions. Therefore, we developed ChimeraTE, a pipeline that uses paired-end RNA-seq reads to identify chimeric transcripts through two different modes. Mode 1 is the reference-guided approach that employs canonical genome alignment, and Mode 2 identifies chimeras derived from fixed or insertionally polymorphic TEs without any reference genome. We have validated both modes using RNA-seq data from four Drosophila melanogaster wild-type strains. We found ∼1.12% of all genes generating chimeric transcripts, most of them from TE-exonized sequences. Approximately ∼23% of all detected chimeras were absent from the reference genome, indicating that TEs belonging to chimeric transcripts may be recent, polymorphic insertions. ChimeraTE is the first pipeline able to automatically uncover chimeric transcripts without a reference genome, consisting of two running Modes that can be used as a tool to investigate the contribution of TEs to transcriptome plasticity.

ABSTRACT Background The host shift in insects has been considered a key process with potential to collaborate with ecological speciation. Both genomics and transcriptomics variation has been attributed to such process, in which gene families with functions for host location, acceptance and usage have been proposed to evolve. In this context, cactophilic Drosophila species are an excellent model to study host shift effects, since they use a wide-range of cacti as hosts, and many species have cacti-hosts preference. Despite the potential adaptive role of TEs by generating genetic variability between species and populations, the extent of TEs’ contribution to host shift remains unexplored. Results Here, we performed genomics and transcriptomics analyses in seven genomes of cactophilic species/subspecies to investigate how TEs interact with genes likely to be associated with host shift. Our results revealed transposition bursts between species, and an enrichment of TEs at promoter regions of host shift-related genes. Pairwise differential expression analysis between species with different preferential hosts in larvae and head tissues demonstrated divergence on gene expression associated with host location in head, whereas for the larvae we found higher differential expression of genes related to usage/detoxification. Although TEs’ presence does not affect overall gene expression, we observed 2.1% of genes generating gene-TE chimeric transcripts, including those with function affecting host preference. In addition, Helitrons were often observed interacting with genes as a cis -regulatory element. Conclusions Our combined genomics and transcriptomics approaches provide new insights regarding the evolutionary role of TEs on the context of ecological speciation.

Abstract Odysseus ( OdsH ) was the first gene described in Drosophila related to speciation and hybrid sterility. This gene was first described in the melanogaster subgroup and more specifically in the sterile hybrids from crosses between D. mauritiana and D. simulans . Its origin is attributed to the duplication of the gene unc-4 , which would have occurred in the ancestor of the subgenus Sophophora . By using a much larger sample of Drosophila species, we showed that contrary to what has been previously proposed, OdsH origin occurred approximately 62 million years ago (Mya). Then, OdsH have experienced rapid neofunctionalization in male reproductive tracts, evidenced by its evolutionary rates, expression and transcription factor binding sites. Furthermore, the analysis of the OdsH peptide sequence allowed the identification of mutations in the DNA- and protein-binding domains of D. mauritiana that could result in incompatibility with genomes from other species. We then explored the expression of OdsH in the spermatocytes of D. arizonae and D. mojavensis , a pair of recently diverged sister species with incomplete reproductive isolation and expected to find the involvement of OdsH in hybrid sterility. Our data indicated that OdsH expression is not atypical in male-sterile hybrids from these species. In conclusion, we have demonstrated that the origin of OdsH occurred earlier than previously proposed and that its neofunctionalization in male sexual functions occurred rapidly after its origin. Our results also suggested that its role as a speciation gene, as in the melanogaster subgroup of species, may be restricted to this specific taxon.

SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) are genetic markers whose precise identification is a prerequisite for association studies. Methods to identify them are currently well developed for model species, but rely on the availability of a (good) reference genome, and therefore cannot be applied to non-model species. They are also mostly tailored for whole genome (re-)sequencing experiments, whereas in many cases, transcriptome sequencing can be used as a cheaper alternative which already enables to identify SNPs located in transcribed regions. In this paper, we propose a method that identifies, quantifies and annotates SNPs without any reference genome, using RNA-seq data only. Individuals can be pooled prior to sequencing, if not enough material is available for sequencing from one individual. Using human RNA-seq data, we first compared the performance of our method with G ATK , a well established method that requires a reference genome. We showed that both methods predict SNPs with similar accuracy. We then validated experimentally the predictions of our method using RNA-seq data from two non-model species. The method can be used for any species to annotate SNPs and predict their impact on proteins. We further enable to test for the association of the identified SNPs with a phenotype of interest.