MS
Marie Sémon
Author with expertise in RNA Sequencing Data Analysis
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
10
(60% Open Access)
Cited by:
295
h-index:
26
/
i10-index:
34
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

microRNAs reveal the interrelationships of hagfish, lampreys, and gnathostomes and the nature of the ancestral vertebrate

Alysha Heimberg et al.Oct 19, 2010
Hagfish and lampreys are the only living representatives of the jawless vertebrates (agnathans), and compared with jawed vertebrates (gnathostomes), they provide insight into the embryology, genomics, and body plan of the ancestral vertebrate. However, this insight has been obscured by controversy over their interrelationships. Morphological cladistic analyses have identified lampreys and gnathostomes as closest relatives, whereas molecular phylogenetic studies recover a monophyletic Cyclostomata (hagfish and lampreys as closest relatives). Here, we show through deep sequencing of small RNA libraries, coupled with genomic surveys, that Cyclostomata is monophyletic: hagfish and lampreys share 4 unique microRNA families, 15 unique paralogues of more primitive microRNA families, and 22 unique substitutions to the mature gene products. Reanalysis of morphological data reveals that support for cyclostome paraphyly was based largely on incorrect character coding, and a revised dataset is not decisive on the mono- vs. paraphyly of cyclostomes. Furthermore, we show fundamental conservation of microRNA expression patterns among lamprey, hagfish, and gnathostome organs, implying that the role of microRNAs within specific organs is coincident with their appearance within the genome and is conserved through time. Together, these data support the monophyly of cyclostomes and suggest that the last common ancestor of all living vertebrates was a more complex organism than conventionally accepted by comparative morphologists and developmental biologists.
0
Citation278
0
Save
0

Distinct gene expression dynamics in developing and regenerating limbs

Chiara Sinigaglia et al.Jun 14, 2021
ABSTRACT Regenerating animals have the ability to reproduce organs that were originally generated in the embryo and subsequently lost due to injury. Understanding whether the process of regeneration mirrors development is an open question in most regenerative species. Here we take a transcriptomics approach to examine to what extent leg regeneration shows the same temporal patterns of gene expression as leg development in the embryo, in the crustacean Parhyale hawaiensis . We find that leg development in the embryo shows stereotypic temporal patterns of gene expression. In contrast, global patterns of gene expression during leg regeneration show a high degree of variation, related to the physiology of individual animals. A major driver of this variation is the molting cycle. After dissecting the transcriptional signals of individual physiology from regeneration, we obtain temporal signals that mark distinct phases of leg regeneration. Comparing the transcriptional dynamics of development and regeneration we find that, although both processes use largely the same genes, the temporal patterns in which these gene sets are deployed are different and cannot be systematically aligned. HIGHLIGHTS Single-limb data on transcriptional dynamics of leg development and regeneration Developing embryonic legs show stereotypic transcriptional profiles Regenerating leg transcriptomes show a high degree on individual variation Regenerating leg transcriptomes are influenced by adult physiology, especially molting Regenerating leg transcriptomes reveal distinct phases of leg regeneration Leg development and regeneration use overlapping sets of genes in different temporal patterns
0
Citation6
0
Save
6

The genomic basis of hybrid male sterility in Ficedula flycatchers

J Marzal et al.Sep 19, 2022
Abstract Identifying genes involved in genetic incompatibilities causing hybrid sterility or inviability is a long-standing challenge in speciation research, especially in studies based on natural hybrid zones. Here we present the first high-probability candidate genes for hybrid male sterility in birds by using a combination of whole genome sequence data, histology sections of testis and single cell transcriptomics of testis samples from male pied-, collared-, and hybrid flycatchers. We reveal failure of meiosis in hybrid males and propose candidate genes involved in genetic incompatibilities causing this failure. Based on identification of genes with non-synonymous fixed differences between the two species and revealing miss-expression patterns of these genes across the various stages of hybrid male spermatogenesis we conclude aberrant chromosome segregation and/or faulty chromatin packing. A lower proportion of spermatids produced by hybrid males implies that a proportion of the aberrant spermatids undergo apoptosis. Finally, we report an overrepresentation of Z-linkage of the revealed candidate incompatibility genes. Our results challenge the assumption that speciation processes are driven by fast evolving genes by showing that a few changes in genes with highly conserved and central functions may quickly ensure reproductive isolation through post-zygotic isolation.
6
Citation4
0
Save
8

Phenotypic innovation in one tooth induced concerted developmental evolution in another

Marie Sémon et al.Apr 24, 2020
ABSTRACT Serial appendages are similar organs found at different places in the body, such as fore/hindlimbs or different teeth. They are bound to develop with the same pleiotropic genes, apart from identity genes. These identity genes have logically been implicated in cases where a single appendage evolved a drastically new shape while the other retained an ancestral shape, by enabling developmental changes specifically in one organ. Here, we showed that independent evolution involved developmental changes happening in both organs, in two well characterized model systems. Mouse upper molars evolved a new dental plan with two more cusps on the lingual side, while the lower molar kept a much more ancestral morphology, as did the molars of hamster, our control species. We obtained quantitative timelines of cusp formation and corresponding transcriptomic timeseries in the 4 molars. We found that a molecular and morphogenetic identity of lower and upper molars predated the mouse and hamster divergence and likely facilitated the independent evolution of molar’s lingual side in the mouse lineage. We found 3 morphogenetic changes which could combine to cause the supplementary cusps in the upper molar and a candidate gene, Bmper . Unexpectedly given its milder morphological divergence, we observed extensive changes in mouse lower molar development. Its transcriptomic profiles diverged as much as, and co-evolved extensively with, those of the upper molar. Consistent with the transcriptomic quantifications, two out of the three morphogenetic changes also impacted lower molar development. Moving to limbs, we show the drastic evolution of the bat wing also involved gene expression co-evolution and a combination of specific and pleiotropic changes. Independent morphological innovation in one organ therefore involves concerted developmental evolution of the other organ. This is facilitated by evolutionary flexibility of its development, a phenomenon known as Developmental System Drift. AUTHOR SUMMARY Serial organs, such as the different wings of an insect or the different limbs or teeth of a vertebrate, can develop into drastically different shapes due to the position-specific expression of so-called “identity” genes. Often during evolution, one organ evolves a new shape while another retains a conserved shape. It was thought that identity genes were responsible for these cases of independent evolution, by enabling developmental changes specifically in one organ. Here, we showed that developmental changes evolved in both organs to enable the independent evolution of the upper molar in mice and the wing in bats. In the organ with the new shape, several developmental changes combine. In the organ with the conserved shape, part of these developmental changes are seen as well. This modifies the development but is not sufficient to drastically change the phenotype, a phenomenon known as “Developmental System Drift”, DSD. Thus, the independent evolution of one organ relies on concerted molecular changes, which will contribute to adaptation in one organ and be no more than DSD in another organ. This concerted evolution could apply more generally to very different body parts and explain previous observations on gene expression evolution.
8
Citation3
0
Save
0

Biased gene conversion drives codon usage in human and precludes selection on translation efficiency

Fanny Pouyet et al.Nov 14, 2016
In humans, as in other mammals, synonymous codon usage (SCU) varies widely among genes. In particular, genes involved in cell differentiation or in proliferation display a distinct codon usage, suggesting that SCU is adaptively constrained to optimize translation efficiency in distinct cellular states. However, in mammals, SCU is known to correlate with large-scale fluctuations of GC-content along chromosomes, caused by meiotic recombination, via the non-adaptive process of GC-biased gene conversion (gBGC). To disentangle and to quantify the different factors driving SCU in humans, we analyzed the relationships between functional categories, base composition, recombination, and gene expression. We first demonstrate that SCU is predominantly driven by large-scale variation in GC-content and is not linked to constraints on tRNA abundance, which excludes an effect of translational selection. In agreement with the gBGC model, we show that differences in SCU among functional categories are explained by variation in intragenic recombination rate, which, in turn, is strongly negatively correlated to gene expression levels during meiosis. Our results indicate that variation in SCU among functional categories (including variation associated to differentiation or proliferation) result from differences in levels of meiotic transcription, which interferes with the formation of crossovers and thereby affects gBGC intensity within genes. Overall, the gBGC model explains 70% of the variance in SCU among genes. We argue that the strong heterogeneity of SCU induced by gBGC in mammalian genomes precludes any optimization of the tRNA pool to the demand in codon usage.
0

Accurate detection of convergent amino-acid evolution with PCOC

Colette Rey et al.Jan 12, 2018
In the history of life, some phenotypes have been acquired several times independently, through convergent evolution. Recently, lots of genome-scale studies have been devoted to identify nucleotides or amino acids that changed in a convergent manner when the convergent phenotypes evolved. These efforts have had mixed results, probably because of differences in the detection methods, and because of conceptual differences about the definition of a convergent substitution. Some methods contend that substitutions are convergent only if they occur on all branches where the phenotype changed towards the exact same state at a given nucleotide or amino acid position. Others are much looser in their requirements and define a convergent substitution as one that leads the site at which they occur to prefer a phylogeny in which species with the convergent phenotype group together. Here we suggest to look for convergent shifts in amino acid preferences instead of convergent substitutions to the exact same amino acid. We define as convergent shifts substitutions that occur on all branches where the phenotype changed and such that they correspond to a change in the type of amino acid preferred at this position. We implement the corresponding model into a method named PCOC. We show on simulations that PCOC better recovers convergent shifts than existing methods in terms of sensitivity and specificity. We test it on a plant protein alignment where convergent evolution has been studied in detail and find that our method recovers several previously identified convergent substitutions and proposes credible new candidates.
0

Developmental variability drives mouse molar evolution along an evolutionary line of least resistance

Luke Hayden et al.Oct 24, 2019
Developmental systems may preferentially produce certain types of variation and, thereby, bias phenotypic evolution. This is a central issue in evolutionary developmental biology, albeit somewhat understudied. Here we focus on the shape of the first upper molar which shows a clear, repeated tendency for anterior elongation at different scales from within mouse populations to between species of the Mus genus. In contrast, the lower molar displays more evolutionary stability. We compared upper and lower molar development of mouse strains representative of this fine variation (DUHi: elongated molars and FVB: short molars). Using a novel quantitative approach to examine small-scale developmental variation, we identified temporal, spatial and functional differences in tooth signaling centers between the two strains, likely due to different tuning of the activation-inhibition mechanisms ruling signaling center patterning. Based on the spatio-temporal dynamics of signaling centers and their lineage tracing, we show an intrinsic difference in the fate of signaling centers between lower and upper jaw of both strains. This can explain why variations in activation-inhibition parameters between strains are turned into anterior elongation in the upper molar only. Finally, although the 'elongated' DUHi strain was inbred, first molar elongation was variable in adults, and we found high levels of intra-strain developmental variation in upper molar development. This is consistent with the inherent developmental instability of the upper molar system enabling the morphological variability of the tooth phenotype. In conclusion, we have uncovered developmental properties that underlie the molar's capacity for repeated phenotypic change, or said differently, that underlie a 'line of least resistance'. By focusing on the developmental basis of fine phenotypic variation, our study also challenges some common assumptions and practices in developmental and evolutionary developmental biology.