Genomic and functional approaches to genetic adaptation

Abstract

The genetic basis of phenotypes that have contributed to the adaptation of species and organisms to new environments is a central question in evolutionary genetics. The recent accumulation of genetic variability data has allowed a genome-wide search for different signatures of positive selection which has led to the discovery of hundreds of putative candidate genes that may have played a role in adaptation. However, such hypothesis-free approaches do not reveal either causal variants or the actual biological mechanisms that have made each adaptation possible. Furthermore, the detection of molecular signatures is limited both by the complex architecture of the genome and by the possible polygenic nature of the selected trait. In this thesis, through different evolutionary and functional approaches, we have disentangled the adaptive role of two non-synonymous variants in two different candidate genes encoding for a lymphocyte receptor and a zinc transporter, respectively. In past human adaptation, they were most likely selected as more effective means to fight pathogens. We have also revealed differences in the action of natural selection between different pathways and different coding and non-coding genomic elements in the chimpanzee lineage by analyzing polymorphisms and divergence data together. Thus, the results of this PhD thesis have contributed to detect new instances of genetic adaptation and provide biological explanation to them.

La base genética de los carácteres que han contribuido a la adaptación de los organismos y las especies ha sido siempre una pregunta central en biología evolutiva. Gracias a la acumulación masiva de datos de variabilidad genética, en los últimos años se ha podido detectar en el genoma diferentes señales de selección positiva y también localizar cientos de genes candidatos que han podido tener un papel en la adaptación de las poblaciones a diferentes ambientes. Sin embargo en estos estudios, donde no hay una hipótesis a priori, se desconoce qué variantes dentro de estos genes fueron realmente las que proporcionaron una ventaja selectiva y por qué. Además, la compleja arquitectura del genoma y la naturaleza poligénica de muchos carácteres hace que sea difícil detectar casos más complejos de adaptación. En esta tesis se intenta resolver algunos de estos problemas. En primer lugar, mediante un enfoque evolutivo y funcional, hemos descifrado el rol adaptativo de dos variantes genéticas, una en un receptor linfocitario y la otra en un transportador de zinc, que probablemente fueron seleccionadas por conferir resistencia a patógenos. En segundo lugar, mediante el análisis de datos de polimorfismo y divergencia conjuntamente, también hemos detectado distintos mecanismos de acción de la selección natural en distintos pathways y entre elementos codificantes y elementos no codificantes reguladores en chimpancé.