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Hénault M, Marsit S, Charron G, Landry CR. The genomic landscape of transposable elements in yeast hybrids is shaped by structural variation and genotype-specific modulation of transposition rate. eLife 2024; 12:RP89277. [PMID: 38411604 PMCID: PMC10911583 DOI: 10.7554/elife.89277] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 02/28/2024] Open
Abstract
Transposable elements (TEs) are major contributors to structural genomic variation by creating interspersed duplications of themselves. In return, structural variants (SVs) can affect the genomic distribution of TE copies and shape their load. One long-standing hypothesis states that hybridization could trigger TE mobilization and thus increase TE load in hybrids. We previously tested this hypothesis (Hénault et al., 2020) by performing a large-scale evolution experiment by mutation accumulation (MA) on multiple hybrid genotypes within and between wild populations of the yeasts Saccharomyces paradoxus and Saccharomyces cerevisiae. Using aggregate measures of TE load with short-read sequencing, we found no evidence for TE load increase in hybrid MA lines. Here, we resolve the genomes of the hybrid MA lines with long-read phasing and assembly to precisely characterize the role of SVs in shaping the TE landscape. Highly contiguous phased assemblies of 127 MA lines revealed that SV types like polyploidy, aneuploidy, and loss of heterozygosity have large impacts on the TE load. We characterized 18 de novo TE insertions, indicating that transposition only has a minor role in shaping the TE landscape in MA lines. Because the scarcity of TE mobilization in MA lines provided insufficient resolution to confidently dissect transposition rate variation in hybrids, we adapted an in vivo assay to measure transposition rates in various S. paradoxus hybrid backgrounds. We found that transposition rates are not increased by hybridization, but are modulated by many genotype-specific factors including initial TE load, TE sequence variants, and mitochondrial DNA inheritance. Our results show the multiple scales at which TE load is shaped in hybrid genomes, being highly impacted by SV dynamics and finely modulated by genotype-specific variation in transposition rates.
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Affiliation(s)
- Mathieu Hénault
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université LavalQuébecCanada
- Département de biochimie, microbiologie et bioinformatique, Université LavalQuébecCanada
- Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications (PROTEO), Université LavalQuébecCanada
- Université Laval Big Data Research Center (BDRC_UL)QuébecCanada
| | - Souhir Marsit
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université LavalQuébecCanada
- Département de biochimie, microbiologie et bioinformatique, Université LavalQuébecCanada
- Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications (PROTEO), Université LavalQuébecCanada
- Université Laval Big Data Research Center (BDRC_UL)QuébecCanada
- Département de biologie, Université LavalQuébecCanada
| | - Guillaume Charron
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université LavalQuébecCanada
- Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications (PROTEO), Université LavalQuébecCanada
- Université Laval Big Data Research Center (BDRC_UL)QuébecCanada
- Département de biologie, Université LavalQuébecCanada
| | - Christian R Landry
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université LavalQuébecCanada
- Département de biochimie, microbiologie et bioinformatique, Université LavalQuébecCanada
- Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications (PROTEO), Université LavalQuébecCanada
- Université Laval Big Data Research Center (BDRC_UL)QuébecCanada
- Département de biologie, Université LavalQuébecCanada
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Hénault M, Marsit S, Charron G, Landry CR. Hybridization drives mitochondrial DNA degeneration and metabolic shift in a species with biparental mitochondrial inheritance. Genome Res 2022; 32:2043-2056. [PMID: 36351770 PMCID: PMC9808621 DOI: 10.1101/gr.276885.122] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 04/29/2022] [Accepted: 10/26/2022] [Indexed: 11/11/2022]
Abstract
Mitochondrial DNA (mtDNA) is a cytoplasmic genome that is essential for respiratory metabolism. Although uniparental mtDNA inheritance is most common in animals and plants, distinct mtDNA haplotypes can coexist in a state of heteroplasmy, either because of paternal leakage or de novo mutations. mtDNA integrity and the resolution of heteroplasmy have important implications, notably for mitochondrial genetic disorders, speciation, and genome evolution in hybrids. However, the impact of genetic variation on the transition to homoplasmy from initially heteroplasmic backgrounds remains largely unknown. Here, we use Saccharomyces yeasts, fungi with constitutive biparental mtDNA inheritance, to investigate the resolution of mtDNA heteroplasmy in a variety of hybrid genotypes. We previously designed 11 crosses along a gradient of parental evolutionary divergence using undomesticated isolates of Saccharomyces paradoxus and Saccharomyces cerevisiae Each cross was independently replicated 48 to 96 times, and the resulting 864 hybrids were evolved under relaxed selection for mitochondrial function. Genome sequencing of 446 MA lines revealed extensive mtDNA recombination, but the recombination rate was not predicted by parental divergence level. We found a strong positive relationship between parental divergence and the rate of large-scale mtDNA deletions, which led to the loss of respiratory metabolism. We also uncovered associations between mtDNA recombination, mtDNA deletion, and genome instability that were genotype specific. Our results show that hybridization in yeast induces mtDNA degeneration through large-scale deletion and loss of function, with deep consequences for mtDNA evolution, metabolism, and the emergence of reproductive isolation.
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Affiliation(s)
- Mathieu Hénault
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université Laval, Québec, Québec, G1V 0A6, Canada;,Département de Biochimie, Microbiologie et Bioinformatique, Université Laval, Québec, Québec, G1V 0A6, Canada;,Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications (PROTEO), Université Laval, Québec, Québec, G1V 0A6, Canada;,Université Laval Big Data Research Center (BDRC_UL), Québec, Québec, G1V 0A6, Canada
| | - Souhir Marsit
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université Laval, Québec, Québec, G1V 0A6, Canada;,Département de Biochimie, Microbiologie et Bioinformatique, Université Laval, Québec, Québec, G1V 0A6, Canada;,Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications (PROTEO), Université Laval, Québec, Québec, G1V 0A6, Canada;,Université Laval Big Data Research Center (BDRC_UL), Québec, Québec, G1V 0A6, Canada;,Département de Biologie, Université Laval, Québec, Québec, G1V 0A6, Canada
| | - Guillaume Charron
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université Laval, Québec, Québec, G1V 0A6, Canada;,Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications (PROTEO), Université Laval, Québec, Québec, G1V 0A6, Canada;,Université Laval Big Data Research Center (BDRC_UL), Québec, Québec, G1V 0A6, Canada;,Département de Biologie, Université Laval, Québec, Québec, G1V 0A6, Canada
| | - Christian R. Landry
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université Laval, Québec, Québec, G1V 0A6, Canada;,Département de Biochimie, Microbiologie et Bioinformatique, Université Laval, Québec, Québec, G1V 0A6, Canada;,Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications (PROTEO), Université Laval, Québec, Québec, G1V 0A6, Canada;,Université Laval Big Data Research Center (BDRC_UL), Québec, Québec, G1V 0A6, Canada;,Département de Biologie, Université Laval, Québec, Québec, G1V 0A6, Canada
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Abstract
Mutation rates and spectra vary between species and among populations. Hybridization can contribute to this variation, but its role remains poorly understood. Estimating mutation rates requires controlled conditions where the effect of natural selection can be minimized. One way to achieve this is through mutation accumulation experiments coupled with genome sequencing. Here, we investigate 400 mutation accumulation lines initiated from 11 genotypes spanning intralineage, interlineage, and interspecific crosses of the yeasts Saccharomyces paradoxus and S. cerevisiae and propagated for 770 generations. We find significant differences in mutation rates and spectra among crosses, which are not related to the level of divergence of parental strains but are specific to some genotype combinations. Differences in number of generations and departures from neutrality play a minor role, whereas polyploidy and loss of heterozygosity impact mutation rates in some of the hybrid crosses in an opposite way.
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Affiliation(s)
- Anna Fijarczyk
- Département de Biologie, Université Laval, Québec, Québec, Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systemes (IBIS), Université Laval, Québec, Québec, Canada.,Département de Biochimie, Microbiologie et Bioinformatique, Université Laval, Québec, Québec, Canada.,PROTEO, Le Réseau Québécois de Recherche sur la Fonction, La Structure et L'Ingénierie des Protéines, Université Laval, Québec, Québec, Canada.,Centre de Recherche en Données Massives (CRDM), Université Laval, Québec, Québec, Canada
| | - Mathieu Hénault
- Département de Biologie, Université Laval, Québec, Québec, Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systemes (IBIS), Université Laval, Québec, Québec, Canada.,Département de Biochimie, Microbiologie et Bioinformatique, Université Laval, Québec, Québec, Canada.,PROTEO, Le Réseau Québécois de Recherche sur la Fonction, La Structure et L'Ingénierie des Protéines, Université Laval, Québec, Québec, Canada.,Centre de Recherche en Données Massives (CRDM), Université Laval, Québec, Québec, Canada
| | - Souhir Marsit
- Département de Biologie, Université Laval, Québec, Québec, Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systemes (IBIS), Université Laval, Québec, Québec, Canada.,Département de Biochimie, Microbiologie et Bioinformatique, Université Laval, Québec, Québec, Canada.,PROTEO, Le Réseau Québécois de Recherche sur la Fonction, La Structure et L'Ingénierie des Protéines, Université Laval, Québec, Québec, Canada.,Centre de Recherche en Données Massives (CRDM), Université Laval, Québec, Québec, Canada
| | - Guillaume Charron
- Département de Biologie, Université Laval, Québec, Québec, Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systemes (IBIS), Université Laval, Québec, Québec, Canada.,Département de Biochimie, Microbiologie et Bioinformatique, Université Laval, Québec, Québec, Canada.,PROTEO, Le Réseau Québécois de Recherche sur la Fonction, La Structure et L'Ingénierie des Protéines, Université Laval, Québec, Québec, Canada.,Centre de Recherche en Données Massives (CRDM), Université Laval, Québec, Québec, Canada
| | - Christian R Landry
- Département de Biologie, Université Laval, Québec, Québec, Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systemes (IBIS), Université Laval, Québec, Québec, Canada.,Département de Biochimie, Microbiologie et Bioinformatique, Université Laval, Québec, Québec, Canada.,PROTEO, Le Réseau Québécois de Recherche sur la Fonction, La Structure et L'Ingénierie des Protéines, Université Laval, Québec, Québec, Canada.,Centre de Recherche en Données Massives (CRDM), Université Laval, Québec, Québec, Canada
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Drouin M, Hénault M, Hallin J, Landry CR. Testing the Genomic Shock Hypothesis Using Transposable Element Expression in Yeast Hybrids. Front Fungal Biol 2021; 2:729264. [PMID: 37744137 PMCID: PMC10512236 DOI: 10.3389/ffunb.2021.729264] [Citation(s) in RCA: 4] [Impact Index Per Article: 1.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/22/2021] [Accepted: 07/26/2021] [Indexed: 09/26/2023]
Abstract
Transposable element (TE) insertions are a source of structural variation and can cause genetic instability and gene expression changes. A host can limit the spread of TEs with various repression mechanisms. Many examples of plant and animal interspecific hybrids show disrupted TE repression leading to TE propagation. Recent studies in yeast did not find any increase in transposition rate in hybrids. However, this does not rule out the possibility that the transcriptional or translational activity of TEs increases following hybridization because of a disruption of the host TE control mechanisms. Thus, whether total expression of a TE family is higher in hybrids than in their parental species remains to be examined. We leveraged publically available RNA-seq and ribosomal profiling data on yeast artificial hybrids of the Saccharomyces genus and performed differential expression analysis of their LTR retrotransposons (Ty elements). Our analyses of total mRNA levels show that Ty elements are generally not differentially expressed in hybrids, even when the hybrids are exposed to a low temperature stress condition. Overall, only 2/26 Ty families show significantly higher expression in the S. cerevisiae × S. uvarum hybrids while there are 3/26 showing significantly lower expression in the S. cerevisiae x S. paradoxus hybrids. Our analysis of ribosome profiling data of S. cerevisiae × S. paradoxus hybrids shows similar translation efficiency of Ty in both parents and hybrids, except for Ty1_cer showing higher translation efficiency. Overall, our results do not support the hypothesis that hybridization could act as a systematic trigger of TE expression in yeast and suggest that the impact of hybridization on TE activity is strain and TE specific.
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Affiliation(s)
- Marika Drouin
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, Université Laval, Québec, QC, Canada
- Département de Biochimie, de Microbiologie et de Bio-Informatique, Université Laval, Québec, QC, Canada
- PROTEO - Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, l'Ingénierie et les Applications des Protéines, Québec, QC, Canada
- Centre de Recherche en Données Massives de l'Université Laval, Université Laval, Québec, QC, Canada
| | - Mathieu Hénault
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, Université Laval, Québec, QC, Canada
- Département de Biochimie, de Microbiologie et de Bio-Informatique, Université Laval, Québec, QC, Canada
- PROTEO - Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, l'Ingénierie et les Applications des Protéines, Québec, QC, Canada
- Centre de Recherche en Données Massives de l'Université Laval, Université Laval, Québec, QC, Canada
| | - Johan Hallin
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, Université Laval, Québec, QC, Canada
- Département de Biochimie, de Microbiologie et de Bio-Informatique, Université Laval, Québec, QC, Canada
- PROTEO - Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, l'Ingénierie et les Applications des Protéines, Québec, QC, Canada
- Centre de Recherche en Données Massives de l'Université Laval, Université Laval, Québec, QC, Canada
- Département de Biologie, Université Laval, Québec, QC, Canada
| | - Christian R. Landry
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, Université Laval, Québec, QC, Canada
- Département de Biochimie, de Microbiologie et de Bio-Informatique, Université Laval, Québec, QC, Canada
- PROTEO - Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, l'Ingénierie et les Applications des Protéines, Québec, QC, Canada
- Centre de Recherche en Données Massives de l'Université Laval, Université Laval, Québec, QC, Canada
- Département de Biologie, Université Laval, Québec, QC, Canada
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Marsit S, Hénault M, Charron G, Fijarczyk A, Landry CR. The neutral rate of whole-genome duplication varies among yeast species and their hybrids. Nat Commun 2021; 12:3126. [PMID: 34035259 PMCID: PMC8149824 DOI: 10.1038/s41467-021-23231-8] [Citation(s) in RCA: 15] [Impact Index Per Article: 5.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/29/2020] [Accepted: 04/19/2021] [Indexed: 11/09/2022] Open
Abstract
Hybridization and polyploidization are powerful mechanisms of speciation. Hybrid speciation often coincides with whole-genome duplication (WGD) in eukaryotes. This suggests that WGD may allow hybrids to thrive by increasing fitness, restoring fertility and/or increasing access to adaptive mutations. Alternatively, it has been suggested that hybridization itself may trigger WGD. Testing these models requires quantifying the rate of WGD in hybrids without the confounding effect of natural selection. Here we show, by measuring the spontaneous rate of WGD of more than 1300 yeast crosses evolved under relaxed selection, that some genotypes or combinations of genotypes are more prone to WGD, including some hybrids between closely related species. We also find that higher WGD rate correlates with higher genomic instability and that WGD increases fertility and genetic variability. These results provide evidence that hybridization itself can promote WGD, which in turn facilitates the evolution of hybrids.
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Affiliation(s)
- S Marsit
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, Université Laval, Québec, QC, Canada.
- Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, l'Ingénierie et les Applications des Protéines, (PROTEO), Université Laval, Québec, QC, Canada.
- Département de Biologie, Université Laval, Québec, QC, Canada.
- Département de biochimie, microbiologie et bio-informatique, Université Laval, Québec, QC, Canada.
| | - M Hénault
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, Université Laval, Québec, QC, Canada
- Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, l'Ingénierie et les Applications des Protéines, (PROTEO), Université Laval, Québec, QC, Canada
- Département de Biologie, Université Laval, Québec, QC, Canada
- Département de biochimie, microbiologie et bio-informatique, Université Laval, Québec, QC, Canada
| | - G Charron
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, Université Laval, Québec, QC, Canada
- Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, l'Ingénierie et les Applications des Protéines, (PROTEO), Université Laval, Québec, QC, Canada
- Département de Biologie, Université Laval, Québec, QC, Canada
| | - A Fijarczyk
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, Université Laval, Québec, QC, Canada
- Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, l'Ingénierie et les Applications des Protéines, (PROTEO), Université Laval, Québec, QC, Canada
- Département de Biologie, Université Laval, Québec, QC, Canada
- Département de biochimie, microbiologie et bio-informatique, Université Laval, Québec, QC, Canada
| | - C R Landry
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, Université Laval, Québec, QC, Canada.
- Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, l'Ingénierie et les Applications des Protéines, (PROTEO), Université Laval, Québec, QC, Canada.
- Département de Biologie, Université Laval, Québec, QC, Canada.
- Département de biochimie, microbiologie et bio-informatique, Université Laval, Québec, QC, Canada.
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Hénault M, Marsit S, Charron G, Landry CR. The effect of hybridization on transposable element accumulation in an undomesticated fungal species. eLife 2020; 9:e60474. [PMID: 32955438 PMCID: PMC7584455 DOI: 10.7554/elife.60474] [Citation(s) in RCA: 20] [Impact Index Per Article: 5.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/27/2020] [Accepted: 09/21/2020] [Indexed: 12/24/2022] Open
Abstract
Transposable elements (TEs) are mobile genetic elements that can profoundly impact the evolution of genomes and species. A long-standing hypothesis suggests that hybridization could deregulate TEs and trigger their accumulation, although it received mixed support from studies mostly in plants and animals. Here, we tested this hypothesis in fungi using incipient species of the undomesticated yeast Saccharomyces paradoxus. Population genomic data revealed no signature of higher transposition in natural hybrids. As we could not rule out the elimination of past transposition increase signatures by natural selection, we performed a laboratory evolution experiment on a panel of artificial hybrids to measure TE accumulation in the near absence of selection. Changes in TE copy numbers were not predicted by the level of evolutionary divergence between the parents of a hybrid genotype. Rather, they were highly dependent on the individual hybrid genotypes, showing that strong genotype-specific deterministic factors govern TE accumulation in yeast hybrids.
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Affiliation(s)
- Mathieu Hénault
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université LavalQuébecCanada
- Département de biochimie, microbiologie et bioinformatique, Université LavalQuébecCanada
- Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications (PROTEO), Université LavalQuébecCanada
- Université Laval Big Data Research Center (BDRC_UL)QuébecCanada
| | - Souhir Marsit
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université LavalQuébecCanada
- Département de biochimie, microbiologie et bioinformatique, Université LavalQuébecCanada
- Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications (PROTEO), Université LavalQuébecCanada
- Université Laval Big Data Research Center (BDRC_UL)QuébecCanada
- Département de biologie, Université LavalQuébecCanada
| | - Guillaume Charron
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université LavalQuébecCanada
- Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications (PROTEO), Université LavalQuébecCanada
- Université Laval Big Data Research Center (BDRC_UL)QuébecCanada
- Département de biologie, Université LavalQuébecCanada
| | - Christian R Landry
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université LavalQuébecCanada
- Département de biochimie, microbiologie et bioinformatique, Université LavalQuébecCanada
- Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications (PROTEO), Université LavalQuébecCanada
- Université Laval Big Data Research Center (BDRC_UL)QuébecCanada
- Département de biologie, Université LavalQuébecCanada
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Hallin J, Cisneros AF, Hénault M, Fijarczyk A, Dandage R, Bautista C, Landry CR. Similarities in biological processes can be used to bridge ecology and molecular biology. Evol Appl 2020; 13:1335-1350. [PMID: 32684962 PMCID: PMC7359829 DOI: 10.1111/eva.12961] [Citation(s) in RCA: 1] [Impact Index Per Article: 0.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 10/28/2019] [Revised: 02/17/2020] [Accepted: 03/16/2020] [Indexed: 01/10/2023] Open
Abstract
Much of the research in biology aims to understand the origin of diversity. Naturally, ecological diversity was the first object of study, but we now have the necessary tools to probe diversity at molecular scales. The inherent differences in how we study diversity at different scales caused the disciplines of biology to be organized around these levels, from molecular biology to ecology. Here, we illustrate that there are key properties of each scale that emerge from the interactions of simpler components and that these properties are often shared across different levels of organization. This means that ideas from one level of organization can be an inspiration for novel hypotheses to study phenomena at another level. We illustrate this concept with examples of events at the molecular level that have analogs at the organismal or ecological level and vice versa. Through these examples, we illustrate that biological processes at different organization levels are governed by general rules. The study of the same phenomena at different scales could enrich our work through a multidisciplinary approach, which should be a staple in the training of future scientists.
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Affiliation(s)
- Johan Hallin
- Département de biochimie de microbiologie et de bio-informatique Faculté des sciences et de génie Université Laval Québec Canada.,Département de biologie Faculté des sciences et de génie Université Laval Québec Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS) Université Laval Québec Canada.,PROTEO Le réseau québécois de recherche sur la fonction la structure et l'ingénierie des protéines Université Laval Québec Canada.,Centre de Recherche en Données Massives (CRDM) Université Laval Québec Canada
| | - Angel F Cisneros
- Département de biochimie de microbiologie et de bio-informatique Faculté des sciences et de génie Université Laval Québec Canada.,Département de biologie Faculté des sciences et de génie Université Laval Québec Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS) Université Laval Québec Canada.,PROTEO Le réseau québécois de recherche sur la fonction la structure et l'ingénierie des protéines Université Laval Québec Canada.,Centre de Recherche en Données Massives (CRDM) Université Laval Québec Canada
| | - Mathieu Hénault
- Département de biochimie de microbiologie et de bio-informatique Faculté des sciences et de génie Université Laval Québec Canada.,Département de biologie Faculté des sciences et de génie Université Laval Québec Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS) Université Laval Québec Canada.,PROTEO Le réseau québécois de recherche sur la fonction la structure et l'ingénierie des protéines Université Laval Québec Canada.,Centre de Recherche en Données Massives (CRDM) Université Laval Québec Canada
| | - Anna Fijarczyk
- Département de biochimie de microbiologie et de bio-informatique Faculté des sciences et de génie Université Laval Québec Canada.,Département de biologie Faculté des sciences et de génie Université Laval Québec Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS) Université Laval Québec Canada.,PROTEO Le réseau québécois de recherche sur la fonction la structure et l'ingénierie des protéines Université Laval Québec Canada.,Centre de Recherche en Données Massives (CRDM) Université Laval Québec Canada
| | - Rohan Dandage
- Département de biochimie de microbiologie et de bio-informatique Faculté des sciences et de génie Université Laval Québec Canada.,Département de biologie Faculté des sciences et de génie Université Laval Québec Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS) Université Laval Québec Canada.,PROTEO Le réseau québécois de recherche sur la fonction la structure et l'ingénierie des protéines Université Laval Québec Canada.,Centre de Recherche en Données Massives (CRDM) Université Laval Québec Canada
| | - Carla Bautista
- Département de biochimie de microbiologie et de bio-informatique Faculté des sciences et de génie Université Laval Québec Canada.,Département de biologie Faculté des sciences et de génie Université Laval Québec Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS) Université Laval Québec Canada.,PROTEO Le réseau québécois de recherche sur la fonction la structure et l'ingénierie des protéines Université Laval Québec Canada.,Centre de Recherche en Données Massives (CRDM) Université Laval Québec Canada
| | - Christian R Landry
- Département de biochimie de microbiologie et de bio-informatique Faculté des sciences et de génie Université Laval Québec Canada.,Département de biologie Faculté des sciences et de génie Université Laval Québec Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS) Université Laval Québec Canada.,PROTEO Le réseau québécois de recherche sur la fonction la structure et l'ingénierie des protéines Université Laval Québec Canada.,Centre de Recherche en Données Massives (CRDM) Université Laval Québec Canada
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Charron G, Marsit S, Hénault M, Martin H, Landry CR. Spontaneous whole-genome duplication restores fertility in interspecific hybrids. Nat Commun 2019; 10:4126. [PMID: 31511504 PMCID: PMC6739354 DOI: 10.1038/s41467-019-12041-8] [Citation(s) in RCA: 37] [Impact Index Per Article: 7.4] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/19/2019] [Accepted: 08/19/2019] [Indexed: 11/21/2022] Open
Abstract
Interspecies hybrids often show some advantages over parents but also frequently suffer from reduced fertility, which can sometimes be overcome through sexual reproduction that sorts out genetic incompatibilities. Sex is however inefficient due to the low viability or fertility of hybrid offspring and thus limits their evolutionary potential. Mitotic cell division could be an alternative to fertility recovery in species such as fungi that can also propagate asexually. Here, to test this, we evolve in parallel and under relaxed selection more than 600 diploid yeast inter-specific hybrids that span from 100,000 to 15 M years of divergence. We find that hybrids can recover fertility spontaneously and rapidly through whole-genome duplication. These events occur in both hybrids between young and well-established species. Our results show that the instability of ploidy in hybrid is an accessible path to spontaneous fertility recovery. Hybridization across species can lead to offspring with reduced fertility. Here, the authors experimentally evolve yeast and show that whole-genome duplication during asexual reproduction can restore fertility in hybrids over a relatively short evolutionary timespan.
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Affiliation(s)
- Guillaume Charron
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, 1030 avenue de la Médecine, Université Laval, Québec (Qc), G1V 0A6, Canada.,Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, l'Ingénierie et les Applications des Protéines, (PROTEO), 1045 Avenue de la Médecine, Université Laval, Québec (Qc), G1V 0A6, Canada.,Département de biologie, 1045 Avenue de la Médecine, Université Laval, Québec (Qc), G1V 0A6, Canada
| | - Souhir Marsit
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, 1030 avenue de la Médecine, Université Laval, Québec (Qc), G1V 0A6, Canada.,Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, l'Ingénierie et les Applications des Protéines, (PROTEO), 1045 Avenue de la Médecine, Université Laval, Québec (Qc), G1V 0A6, Canada.,Département de biologie, 1045 Avenue de la Médecine, Université Laval, Québec (Qc), G1V 0A6, Canada.,Département de biochimie, microbiologie et bio-informatique, 1045 Avenue de la Médecine, Université Laval, Québec (Qc), G1V 0A6, Canada
| | - Mathieu Hénault
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, 1030 avenue de la Médecine, Université Laval, Québec (Qc), G1V 0A6, Canada.,Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, l'Ingénierie et les Applications des Protéines, (PROTEO), 1045 Avenue de la Médecine, Université Laval, Québec (Qc), G1V 0A6, Canada.,Département de biochimie, microbiologie et bio-informatique, 1045 Avenue de la Médecine, Université Laval, Québec (Qc), G1V 0A6, Canada
| | - Hélène Martin
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, 1030 avenue de la Médecine, Université Laval, Québec (Qc), G1V 0A6, Canada.,Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, l'Ingénierie et les Applications des Protéines, (PROTEO), 1045 Avenue de la Médecine, Université Laval, Québec (Qc), G1V 0A6, Canada.,Département de biologie, 1045 Avenue de la Médecine, Université Laval, Québec (Qc), G1V 0A6, Canada.,Département de biochimie, microbiologie et bio-informatique, 1045 Avenue de la Médecine, Université Laval, Québec (Qc), G1V 0A6, Canada
| | - Christian R Landry
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, 1030 avenue de la Médecine, Université Laval, Québec (Qc), G1V 0A6, Canada. .,Regroupement Québécois de Recherche sur la Fonction, l'Ingénierie et les Applications des Protéines, (PROTEO), 1045 Avenue de la Médecine, Université Laval, Québec (Qc), G1V 0A6, Canada. .,Département de biologie, 1045 Avenue de la Médecine, Université Laval, Québec (Qc), G1V 0A6, Canada. .,Département de biochimie, microbiologie et bio-informatique, 1045 Avenue de la Médecine, Université Laval, Québec (Qc), G1V 0A6, Canada.
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Eberlein C, Hénault M, Fijarczyk A, Charron G, Bouvier M, Kohn LM, Anderson JB, Landry CR. Author Correction: Hybridization is a recurrent evolutionary stimulus in wild yeast speciation. Nat Commun 2019; 10:2199. [PMID: 31086180 PMCID: PMC6513852 DOI: 10.1038/s41467-019-09702-z] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Track Full Text] [Download PDF] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/17/2022] Open
Affiliation(s)
- Chris Eberlein
- PROTEO, The Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications, Québec, QC, G1V 0A6, Canada. .,Département de Biologie, Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada. .,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université Laval, 1030 Ave de la Médecine, Québec, QC, G1V 0A6, Canada. .,Centre de recherche en données massives (CRDM), Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.
| | - Mathieu Hénault
- PROTEO, The Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université Laval, 1030 Ave de la Médecine, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Centre de recherche en données massives (CRDM), Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Département de Biochimie, Microbiologie et Bio-informatique, Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada
| | - Anna Fijarczyk
- PROTEO, The Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Département de Biologie, Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université Laval, 1030 Ave de la Médecine, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Centre de recherche en données massives (CRDM), Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada
| | - Guillaume Charron
- PROTEO, The Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Département de Biologie, Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université Laval, 1030 Ave de la Médecine, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Centre de recherche en données massives (CRDM), Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada
| | - Matteo Bouvier
- PROTEO, The Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Département de Biologie, Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université Laval, 1030 Ave de la Médecine, Québec, QC, G1V 0A6, Canada
| | - Linda M Kohn
- Departments of Ecology and Evolutionary Biology and Cell and Systems Biology, University of Toronto Mississauga, 3359 Mississauga Rd, Mississauga, ON, L5L 1C6, Canada
| | - James B Anderson
- Departments of Ecology and Evolutionary Biology and Cell and Systems Biology, University of Toronto Mississauga, 3359 Mississauga Rd, Mississauga, ON, L5L 1C6, Canada
| | - Christian R Landry
- PROTEO, The Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications, Québec, QC, G1V 0A6, Canada. .,Département de Biologie, Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada. .,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université Laval, 1030 Ave de la Médecine, Québec, QC, G1V 0A6, Canada. .,Centre de recherche en données massives (CRDM), Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada. .,Département de Biochimie, Microbiologie et Bio-informatique, Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.
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Eberlein C, Hénault M, Fijarczyk A, Charron G, Bouvier M, Kohn LM, Anderson JB, Landry CR. Hybridization is a recurrent evolutionary stimulus in wild yeast speciation. Nat Commun 2019; 10:923. [PMID: 30804385 PMCID: PMC6389940 DOI: 10.1038/s41467-019-08809-7] [Citation(s) in RCA: 39] [Impact Index Per Article: 7.8] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 10/11/2018] [Accepted: 01/31/2019] [Indexed: 01/30/2023] Open
Abstract
Hybridization can result in reproductively isolated and phenotypically distinct lineages that evolve as independent hybrid species. How frequently hybridization leads to speciation remains largely unknown. Here we examine the potential recurrence of hybrid speciation in the wild yeast Saccharomyces paradoxus in North America, which comprises two endemic lineages SpB and SpC, and an incipient hybrid species, SpC*. Using whole-genome sequences from more than 300 strains, we uncover the hybrid origin of another group, SpD, that emerged from hybridization between SpC* and one of its parental species, the widespread SpB. We show that SpD has the potential to evolve as a novel hybrid species, because it displays phenotypic novelties that include an intermediate transcriptome profile, and partial reproductive isolation with its most abundant sympatric parental species, SpB. Our findings show that repetitive cycles of divergence and hybridization quickly generate diversity and reproductive isolation, providing the raw material for speciation by hybridization. Hybridization can contribute to diversity from the genomic to the species level. Here, Eberlein, Hénault et al. investigate genomic, transcriptomic and phenotypic variation among wild lineages of the yeast Saccharomyces paradoxus and suggest that an incipient species has formed by recurrent hybridization.
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Affiliation(s)
- Chris Eberlein
- PROTEO, The Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications, Québec, QC, G1V 0A6, Canada. .,Département de Biologie, Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada. .,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université Laval, 1030 Ave de la Médecine, Québec, QC, G1V 0A6, Canada. .,Centre de recherche en données massives (CRDM), Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.
| | - Mathieu Hénault
- PROTEO, The Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université Laval, 1030 Ave de la Médecine, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Centre de recherche en données massives (CRDM), Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Département de Biochimie, Microbiologie et Bio-informatique, Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada
| | - Anna Fijarczyk
- PROTEO, The Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Département de Biologie, Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université Laval, 1030 Ave de la Médecine, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Centre de recherche en données massives (CRDM), Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada
| | - Guillaume Charron
- PROTEO, The Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Département de Biologie, Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université Laval, 1030 Ave de la Médecine, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Centre de recherche en données massives (CRDM), Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada
| | - Matteo Bouvier
- PROTEO, The Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Département de Biologie, Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université Laval, 1030 Ave de la Médecine, Québec, QC, G1V 0A6, Canada
| | - Linda M Kohn
- Departments of Ecology and Evolutionary Biology and Cell and Systems Biology, University of Toronto Mississauga, 3359 Mississauga Rd, Mississauga, ON, L5L 1C6, Canada
| | - James B Anderson
- Departments of Ecology and Evolutionary Biology and Cell and Systems Biology, University of Toronto Mississauga, 3359 Mississauga Rd, Mississauga, ON, L5L 1C6, Canada
| | - Christian R Landry
- PROTEO, The Quebec Network for Research on Protein Function, Engineering, and Applications, Québec, QC, G1V 0A6, Canada. .,Département de Biologie, Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada. .,Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes (IBIS), Université Laval, 1030 Ave de la Médecine, Québec, QC, G1V 0A6, Canada. .,Centre de recherche en données massives (CRDM), Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada. .,Département de Biochimie, Microbiologie et Bio-informatique, Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada.
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Affiliation(s)
- Mathieu Hénault
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, Département de Biologie, PROTEO, Pavillon Charles-Eugène-Marchand, Université Laval, Québec City, QC, Canada
| | - Christian R Landry
- Institut de Biologie Intégrative et des Systèmes, Département de Biologie, PROTEO, Pavillon Charles-Eugène-Marchand, Université Laval, Québec City, QC, Canada
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Hénault M. [Computers in the hospital]. Nurs Que 1988; 8:24-7. [PMID: 3340348] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [MESH Headings] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 01/05/2023]
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Hénault M. [The school--one obstacle too many for the child experiencing psychosocial problems]. Nurs Que 1985; 5:24-7. [PMID: 3853113] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [MESH Headings] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 01/07/2023]
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