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Jesús Ortega
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Non-parallel morphological divergence following colonization of a new host plant

Kalle Nilsson et al.Mar 30, 2021
Abstract Divergent ecological selection may diversify conspecific populations evolving into different niches, and may lead to speciation if gene flow is ceased, e.g, due to reinforcement leading to character displacement. Adaptation to the same niche is expected to be parallel. Whether selection against maladaptive hybridization in secondary sympatry also results in parallel divergence in traits that are not directly related to the ecological niches remains an empirical challenge, although such character displacement can be decisive for if ecotypes develop into new species. Here, we use a host shift in the phytophagous peacock fly Tephritis conura , with both host races represented in two geographically separate areas East and West of the Baltic Sea to investigate convergence in morphological adaptations. We asked i) if there are consistent morphological adaptations to a host plant shift and ii) if the response to secondary sympatry with the alternate host race is parallel across contact zones. We found surprisingly low and variable, albeit significant, divergence between host races. Only one trait, the length of the female ovipositor, which serves an important function in the interaction with the hosts, was consistently different. Instead, co-existence with the other host race significantly affected the degree of morphological divergence, but the divergence was largely driven by different traits in different contact zones. Thus, local stochastic fixation or reinforcement could generate trait divergence, and additional evidence is needed to conclude whether divergence is locally adaptive.
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Evolved and plastic gene expression in adaptation to a novel niche

Rachel Steward et al.Mar 5, 2024
Abstract Gene expression, resulting from complex regulatory interactions, plays an important role in adaptation and speciation. While gene expression historically has been studied in the context of reproductive isolation in speciation research, a role for evolved differences in gene expression in adaptation to novel niches is increasingly appreciated. How gene expression evolves and enables divergent ecological adaptation, and how changes in gene expression relate to genomic architecture and genetic divergence are pressing questions in understanding the processes of adaptation and ecological speciation. Further, how plasticity in gene expression can both contribute to and be affected by the process of ecological adaptation is a crucial component in understanding gene expression evolution. To address these questions, we investigate the role of evolved and plastic gene expression differences in adaptation leveraging an established host plant shift in the peacock fly Tephritis conura . Using a cross-fostering design where larvae feed on either natal or alternate host plants, we uncover extensive evolved differences in gene expression between the ecotypes, strikingly in genes associated with processing of host plant chemicals. We find limited evidence for plasticity, with some indications of higher plasticity in the ancestral ecotype where the expression of three gene coexpression modules is altered when larvae are cross-fostered to the derived host plant. Interestingly, we find an enrichment of differentially expressed genes within a large, ecotype-specific inversion in the T. conura genome. This finding adds to evidence that inversions are important for enabling diversification in the face of gene flow and underscores that effects on gene expression may be key to understanding the role of inversions.
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The genomic landscape of adaptation to a new host plant

Rachel Steward et al.Apr 18, 2023
Abstract Adaptation to novel ecological niches is known to be rapid. However, how ecological divergence translates into reproductive isolation remains a consequential question in speciation research. It is still unclear how coupling of ecological divergence loci and reproductive isolation loci occurs at the genomic level, ultimately enabling the formation of persistent species. Here, we investigate the genomic underpinning colonization of a new niche and formation of two host races in Tephritis conura peacock flies that persist in sympatry. To uncover the genomic differences underlying host plant adaptation, we take advantage of two independent sympatric zones, where host plant specialists using the thistle species Cirsium heterophyllum and C. oleraceum co-occur, and address what regions of the genome that diverge between the host races in a parallel fashion. Using Population Branch Statistics, dxy and BayPass we identify 2996 and 3107 outlier regions associated with host use among western and eastern Baltic populations, respectively, with 82% overlap. The majority of outliers are located within putative inversions, adding to the growing body of evidence that structural changes to the genome are important for adaptations to persist in face of gene flow. Potentially, the high contents of repetitive elements could have given rise to the inversions, but this remains to be tested. The outlier regions were enriched for genes involved in e.g. metabolism and morphogenesis, potentially due to the selection for processing different metabolites, and changes in size and ovipositor length respectively. In conclusion, this study suggests that structural changes in the genome, and divergence in independent ecological functions may facilitate the formation of persistent host races in face of gene flow.
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Evolved and Plastic Gene Expression in Adaptation of a Specialist Fly to a Novel Niche

Rachel Steward et al.Jan 9, 2025
ABSTRACT How gene expression evolves to enable divergent ecological adaptation and how changes in gene expression relate to genomic architecture are pressing questions for understanding the mechanisms enabling adaptation and ecological speciation. Furthermore, how plasticity in gene expression can both contribute to and be affected by the process of ecological adaptation is crucial to understanding gene expression evolution, colonisation of novel niches and response to rapid environmental change. Here, we investigate the role of constitutive and plastic gene expression differences between host races, or host‐specific ecotypes, of the peacock fly Tephritis conura , a thistle bud specialist. By cross‐fostering larvae to new buds of their natal host plant or the alternative, novel host plant, we uncover extensive constitutive differences in gene expression between the host races, especially genes associated with processing of host plant chemicals. However, evidence for expression plasticity was minimal and limited to the ancestral host race. Genes with host race‐specific expression are found more often than expected within a large inversion in the T. conura genome, adding to evidence that inversions are important for enabling diversification in the face of gene flow and underscores that altered gene expression may be key to understanding the evolutionary consequences of inversions.