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Mathematical models of xpeciation and polygenic adaptation
Ilse Höllinger
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Mathematik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Mathematik, DK: Population Genetics)
Betreuer*innen
Joachim Hermisson ,
Reinhard Bürger
DOI
10.25365/thesis.55845
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-10720.20312.699970-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Anpassung an verschiedenste Lebensräume und Umweltbedingungen hat dazu geführt, dass natürliche Organismen so gut wie jede ökologische Nische unseres Planeten besiedeln konnten. Während dabei die phänotypischen Veränderungen offensichtlich sind, waren und sind die genetischen Mechanismen die zu diesen Anpassungen führten oft unbekannt und boten ein weites Feld für Spekulationen. Dadurch spielten theoretische Vorhersagen eine große Rolle, sodass über lange Zeit weite Felder der Evolutionsbiologie gänzlich auf diesen beruhten. Inzwischen hat die Entwicklung moderner, genom-weiter Sequenzierungsmethoden eine neue wissenschaftliche Ära eingeläutet. Es ist nun möglich langfristig etablierte Paradigmen der theoretischen Evolutionsbiologie eingehender, empirischer Verifikation zu unterziehen. Umgekehrt führen die neuen Methoden auch zur Inspiration und Entwicklung neuer evolutionsbiologischer Theorien und Ansätze. Heutzutage wird das Genom zunehmend als Einheit verstanden, die in ihrer Gesamtheit auf neue, selektive Einflüsse reagiert. In der vorliegenden Arbeit untersuche ich den Einfluss verschiedener genetische Architekturen, das heißt Genomposition, Anzahl der involvierten Loci oder der Stärke Selektion und epistatischer Interaktionen, auf den daraus resultierenden adaptiven Prozess und auf die beginnende Artbildung. Der Fokus liegt hierbei auf populationsgenetischen Modellen, die Allelefrequenztrajektorien und -dynamiken beschreiben. Das erste Kapitel widmet sich dem Prozess beginnender Artbildung durch eine zwei-lokus Dobzhansky-Muller Hybridinkompatibilität. Es zeigt sich sich, dass genomische Architekturen die Sexchromosomen enthalten stärkere Resistenz gegen Genfluss zeigen, als rein autosomale oder mitochondriale Inkompatibilitäten. Das zweite und dritte Kapitel beschreiben verschiedene Modelle zur Dynamik der Anpassung eines komplexen, phänotypischen Merkmals mit einer polygenen Basis in einer panmiktischen Population. Dabei stellt sich heraus, dass die Stärke der genetischen Redundanz der polygenen Basis immer der Schlüsselfaktor für die resultierende adaptive Architektur ist.
Abstract
(Englisch)
Adaptation to new environmental challenges is ubiquitous in natural populations, such that organisms have come to live in almost every possible niche. While such phenotypic adaptations have been observed and documented for a long time, the underlying genetic and genomic mechanisms have long been elusive. For many processes, evolutionary biology relied entirely on theoretical inferences. Only the recent advent of high trough put, genome-wide sequencing techniques has opened up the possibility of cross-validation of some of the long standing theoretical paradigms by empirical observations, as well as the influence of empiricism back towards the development of new analytical frameworks. In this new era the genome is more and more understood as an entity, responding jointly to new selective challenges. In the current thesis different genomic architectures, including aspects of genomic position (autosomes, sex-chromosomes, cytoplasmic genome), number of contributing loci, or strength of selection and epistatic interactions are vetted for their individual and cumulative impact on adaptation and parapatric speciation. The theoretical and numerical predictions presented all rely on models in the tradition of population genetics, following dynamics of individual alleles. The first project deals with the process of incipient, parapatric speciation, based on a two locus Dobzhansky-Muller hybrid incompatibility in a continent island model. It turns out that the genomic positioning of the involved loci, e.g. X-linkage or sex-biased selection and epistasis can strongly increase the sustainability of incipient divergence against swamping due to immigrating alleles, showing the importance of the genomic architecture of the DMI for its evolution and maintenance. The second and third project focus on evolutionary dynamics of polygenic adaptation of a complex trait within a single, panmictic population, based on a binary trait and a quantitative trait model. In both cases the strength of genetic redundancy within the trait basis proves to be the main, composite predictor for the resulting adaptive architecture of a polygenic trait.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Theoretical Populationgenetics mathematical modelling speciation polygenic adaptation
Schlagwörter
(Deutsch)
theoretische Populationsgenetik mathematische Modellierung Artbildung polygene Anpassung
Autor*innen
Ilse Höllinger
Haupttitel (Englisch)
Mathematical models of xpeciation and polygenic adaptation
Paralleltitel (Deutsch)
Mathematische Modelle der Artbildung und polygenen Anpassung
Publikationsjahr
2018
Umfangsangabe
X, 238 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Claus Vogl ,
Samuel Yeaman
AC Nummer
AC15427698
Utheses ID
49350
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 405 |