Genomics of wine yeast: functional analysis of new and variable genes

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a l’Institut National de la Recherche Agronomique, França, entre 2007 i 2009. Saccharomyces cerevisiae ha estat el llevat utilitzat durant mil.lenis en l'elaboració de vins. Tot i així, es té poc coneixement sobre les pressions de selecció que han actuat en la modelització del genoma dels llevats vínics. S’ha seqüenciat el genoma d'una soca vínica comercial, EC1118, obtenint 31 supercontigs que cobreixen el 97% del genoma de la soca de referència, S288c. S’ha trobat que el genoma de la soca vínica es diferencia bàsicament en la possessió de 3 regions úniques que contenen 34 gens implicats en funcions claus per al procés fermentatiu. A banda, s’han dut a terme estudis de filogènia i synteny (ordre dels gens) que mostren que una d'aquestes tres regions és pròxima a una espècie relacionada amb el gènere Saccharomyces, mentre que les altres dos regions tenen un origen no-Saccharomyces. S’ha identificat mitjançant PCR i seqüenciació a Zygosaccharomyces bailii, una espècie contaminant de les fermentacions víniques, com a espècie donadora d'una de les dues regions. Les hibridacions naturals entre soques de diferents espècies dins del grup Saccharomyces sensu stricto ja han estat descrites. El treball és el primer que presenta hibridacions entre espècies Saccharomyces i no-Saccharomyces (Z. bailii, en aquest cas). També s’assenyala que les noves regions es troben freqüent i diferencialment presents entre els clades de S. cerevisiae, trobant-se de manera gairebé exclusiva en el grup de les soques víniques, suggerint que es tracta d'una adquisició recent de transferència gènica. En general, les dades demostren que el genoma de les soques víniques pateix una constant remodelació mitjançant l'adquisició de gens exògens. Els resultats suggereixen que aquests processos estan afavorits per la proximitat ecològica i estan implicats en l'adaptació molecular de les soques víniques a les condicions d'elevada concentració en sucres, poc nitrogen i elevades concentracions en etanol.

Estudi del tractament de la teoria de l'evolució a La Vanguardia Española entre el 1939 i el 1978

Aquesta recerca pretén ser una primera aproximació a l’objectiu d’esbrinar si el tractament de la teoria de l’evolució als mitjans de comunicació a l’Espanya del franquisme i la transició pot ser un baròmetre a través del qual poder rastrejar l’estat de la societat espanyola i la seva evolució. Aquesta recerca serà restringida, com a primera prospecció, a l’anàlisi dels articles sobre teoria de l’evolució publicats a La Vanguardia Española entre els anys 1939 i 1978. En l’anàlisi s’ha tingut en compte tant articles que se centren en l’evolucionisme biològic, com aquells que hi fan referència en el tractament d’altres temes, com els que simplement l’esmenten en el seu discurs. D’aquesta manera es pretén aconseguir una visió àmplia de l’abast de l’apropiació del concepte d’evolució en la quotidianitat del discurs popular i de l’ús de la teoria com a instrument ideològic. L’estudi dels usos lingüístics, conceptuals i estratègics de la teoria en el discurs periodístic d’aquest període apunta un reflex entre les preocupacions i situació política de la societat del moment i el tractament de la teoria de l’evolució, resultat punt de partida que mereix ser estudiat i contrastat amb més profunditat per tal de poder-ne establir una generalitat.

Mathematical modeling and analysis of the interaction of populations of bacteria and bacteriophages within chicken intestine

Vegeu el resum a l'inici del document de l'arxiu adjunt

El efecto de los cambios climáticos y procesos geológicos en la génesis de la biodiversidad del mediterráneo occidental: el caso de los géneros de arañas Harpactocrates SIMON, 1914y Parachtes ALICATA, 1964

El objetivo principal de mi tesis doctoral es identificar y entender los procesos que determinan la enorme riqueza de seres vivos que existe en el Mediterráneo. Para conseguir los objetivos planteados he utilizado como modelo de estudio los géneros de arañas Parachtes y Harpactocrates endémicas del mediterráneo occidental. Los resultados obtenidos hasta el momento se basan en la información que nos proporcionan las datos moleculares a través de una aproximación filogenética, de inferencia de tiempos de divergencia y de genética de poblaciones. Algunas de las conclusiones a las que he llegado son: (1) la secuencia de formación de las especies que componen el género Parachtes y sus edades asociadas sigue la secuencia geocronológica de formación de la cuenca mediterránea occidental, (2) las especies del género Harpactocrates de los Alpes provienen de una colonización desde la Península Ibérica, (3) las edades de divergencia entre las especies de éste género preceden a las glaciaciones, lo que rechaza la hipótesis de especiación pleistocénica (4) el patrón filogeográfico obtenido para la especie pirenaica Harpactocrates ravastellus sugieren que los cambios climáticos pleistocénicos modelaron la estructura poblacional de la especie, identificándose refugios glaciares, (5) el patrón filogeográfico obtenido para las 3 especies del Sistema Central (H. gredensis, H. globifer y H. gurdus) muestra una marcada estructura poblacional, con tiempos de divergencia que datan alrededor de las épocas del Plio-Pleistoceno, sugiriendo la existencia de varios refugios dentro del Sistema Central.

Genome Biology and Evolution of the Animal Kingdom

Estudi realitzat a partir d’una estada a la Institut J.W. Jenkinson Laboratory for Evolution and Development of the University of Oxford, Regne Unit, entre 2010 i 2012. He estat membre del laboratori del Professor Peter W.H. Holland com a becari post-doctoral Beatriu de Pinós des de setembre de 2010 al setembre de 2012. El nostre projecte de recerca se centra en l'anàlisi genòmic comparatiu del Regne Animal, tot explorant el contingut dels genomes a través de totes les branques de l'arbre dels animals. Totes les referències a les meves publicacions durant aquest post-doc es poden trobar a http://about.me/jordi_paps. Crec que el nombre i la qualitat dels resultats del meu post-doc, un total de 8 publicacions incloent dos articles a la prestigiosa revista Nature, són prova de l'èxit d'aquest post-doc. Prof Peter W. H. Holland (Departament de Zoologia de la Universitat d'Oxford) i jo som coautors de tres articles de genòmica comparativa, resultats directes d'aquest projecte: 1) comparació de families gèniques entre vertebrats invertebrats (Briefings in Functional Genomics), 2) el genoma de l'ostra (publicat a la revista Nature), i 3) els genomes de 6 platihelmints paràsits (acceptat també a Nature). A més, tenim altres 2 treballs en preparació. Un d'ells analitza l'evolució, expressió i funció dels gens Hox al a la tènia Hymenolepis. El perfil fi d'aquests gens clau del desenvolupament esclareix els canvis d'estil de vida dels organismes. A més, durant aquest últim post-doc he participat en diverses col•laboracions, incloent anàlisi de gens d'envelliment a cucs plans, un estudi sobre la filogènia del grup Gastrotricha, una revisió de l'evolució phylum Platyhelminthes, així com un capítol d'un llibre sobre l'evolució dels animals bilaterals. Finalment, gràcies a la beca Beatriu de Pinós, el Prof. Peter W.H. Holland m'ha convidat a formar part del seu equip com un investigador post-doctoral en el seu projecte ERC Advance actual sobre duplicacions genòmiques.

Origen i diversificació de les comunitats de rèptils dels deserts del Nord d’Àfrica i Aràbia: els paràsits com a eines filogenètiques

Els deserts constitueixen aproximadament un terç de la superfície terrestre i estan caracteritzats per la seva aridesa extrema. Els Sàhara, la zona àrida més gran del Nord d’Àfrica és, amb diferencia, el desert més gran del mon. Ocupa una extensió de més de 9 milions de kilòmetres quadrats, expandint-se 5500 km a través del nord d’Àfrica, des de l’oceà Atlàntic fins el mar Roig. El desert d’Aràbia es troba a l’est del Sàhara i és aproximadament una octava part més petit. Tot i el seu clima tan extrem, les flores i faunes dels deserts acostumen a ser relativament riques, el que fa que ens preguntem com aquestes biotes han estat adquirides i com es mantenen. En aquest projecte utilitzem els rèptils com a model d’estudi, un dels habitants més comuns dels deserts. El propòsit d’aquest projecte era utilitzar filogènies moleculars de diversos taxons de rèptils dels deserts del nord d’Àfrica i Aràbia per respondre Quan i Com els deserts han adquirit la seva fauna de rèptils endèmica (origen i diversificació), i de quina manera aquestes faunes s’han mantingut fins ara (adaptació). Però més enllà de les dades morfològiques i les eines de filogènia molecular, els paràsits representen una alternativa excitant i innovadora dins del camp de la biologia evolutiva. En aquest sentit, aquest projecte de beca proposava anar més lluny i utilitzar els paràsits com a eina (biological tags) per millor entendre l’historia evolutiva dels seus hostes en base a una aproximació biogeogràfica i co-evolutiva. Els objectius durant aquest primer any de projecte han sigut: 1) Estudiar l’origen i diversificació de la fauna de rèptils endèmica dels deserts del Sàhara i Aràbia, 2) caracteritzar la comunitat d’ecto- haemoparàsits de les espècies d’estudi, 3) posar a punt un estudi comparatiu de la filogeografia i estructuració genètica d’hostes i paràsits.

RPS4Y gene family evolution in primates

Background: The RPS4 gene codifies for ribosomal protein S4, a very well-conserved protein present in all kingdoms. In primates, RPS4 is codified by two functional genes located on both sex chromosomes: the RPS4X and RPS4Y genes. In humans, RPS4Y is duplicated and the Y chromosome therefore carries a third functional paralog: RPS4Y2, which presents a testis-specific expression pattern. Results: DNA sequence analysis of the intronic and cDNA regions of RPS4Y genes from species covering the entire primate phylogeny showed that the duplication event leading to the second Y-linked copy occurred after the divergence of New World monkeys, about 35 million years ago. Maximum likelihood analyses of the synonymous and non-synonymous substitutions revealed that positive selection was acting on RPS4Y2 gene in the human lineage, which represents the first evidence of positive selection on a ribosomal protein gene. Putative positive amino acid replacements affected the three domains of the protein: one of these changes is located in the KOW protein domain and affects the unique invariable position of this motif, and might thus have a dramatic effect on the protein function.Conclusion: Here, we shed new light on the evolutionary history of RPS4Y gene family, especially on that of RPS4Y2. The results point that the RPS4Y1 gene might be maintained to compensate gene dosage between sexes, while RPS4Y2 might have acquired a new function, at least in the lineage leading to humans.

Rapid radiation in spiny lobsters (Palinurus spp) as revealed by classic and ABC methods using mtDNA and microsatellite data

Background: Molecular tools may help to uncover closely related and still diverging species from a wide variety of taxa and provide insight into the mechanisms, pace and geography of marine speciation. There is a certain controversy on the phylogeography and speciation modes of species-groups with an Eastern Atlantic-Western Indian Ocean distribution, with previous studies suggesting that older events (Miocene) and/or more recent (Pleistocene) oceanographic processes could have influenced the phylogeny of marine taxa. The spiny lobster genus Palinurus allows for testing among speciation hypotheses, since it has a particular distribution with two groups of three species each in the Northeastern Atlantic (P. elephas, P. mauritanicus and P. charlestoni) and Southeastern Atlantic and Southwestern Indian Oceans (P. gilchristi, P. delagoae and P. barbarae). In the present study, we obtain a more complete understanding of the phylogenetic relationships among these species through a combined dataset with both nuclear and mitochondrial markers, by testing alternative hypotheses on both the mutation rate and tree topology under the recently developed approximate Bayesian computation (ABC) methods. Results Our analyses support a North-to-South speciation pattern in Palinurus with all the South-African species forming a monophyletic clade nested within the Northern Hemisphere species. Coalescent-based ABC methods allowed us to reject the previously proposed hypothesis of a Middle Miocene speciation event related with the closure of the Tethyan Seaway. Instead, divergence times obtained for Palinurus species using the combined mtDNA-microsatellite dataset and standard mutation rates for mtDNA agree with known glaciation-related processes occurring during the last 2 my. Conclusion The Palinurus speciation pattern is a typical example of a series of rapid speciation events occurring within a group, with very short branches separating different species. Our results support the hypothesis that recent climate change-related oceanographic processes have influenced the phylogeny of marine taxa, with most Palinurus species originating during the last two million years. The present study highlights the value of new coalescent-based statistical methods such as ABC for testing different speciation hypotheses using molecular data.

Schmidtea mediterranea phylogeography: an old species surviving on a few mediterranean islands?

Schmidtea mediterranea (Platyhelminthes, Tricladida, Continenticola) is found in scattered localities on a few islands and in coastal areas of the western Mediterranean. Although S. mediterranea is the object of many regeneration studies, little is known about its evolutionary history. Its present distribution has been proposed to stem from the fragmentation and migration of the Corsica-Sardinia microplate during the formation of the western Mediterranean basin, which implies an ancient origin for the species. To test this hypothesis, we obtained a large number of samples from across its distribution area. Using known and new molecular markers and, for the first time in planarians, a molecular clock, we analysed the genetic variability and demographic parameters within the species and between its sexual and asexual populations to estimate when they diverged. Results: A total of 2 kb from three markers (COI, CYB and a nuclear intron N13) was amplified from ~200 specimens. Molecular data clustered the studied populations into three groups that correspond to the west, central and southeastern geographical locations of the current distribution of S. mediterranea. Mitochondrial genes show low haplotype and nucleotide diversity within populations but demonstrate higher values when all individuals are considered. The nuclear marker shows higher values of genetic diversity than the mitochondrial genes at the population level, but asexual populations present lower variability than the sexual ones. Neutrality tests are significant for some populations. Phylogenetic and dating analyses show the three groups to be monophyletic, with the west group being the basal group. The time when the diversification of the species occurred is between ~20 and ~4 mya, although the asexual nature of the western populations could have affected the dating analyses. Conclusions: S. mediterranea is an old species that is sparsely distributed in a harsh habitat, which is probably the consequence of the migration of the Corsica-Sardinia block. This species probably adapted to temperate climates in the middle of a changing Mediterranean climate that eventually became dry and hot. These data also suggest that in the mainland localities of Europe and Africa, sexual individuals of S. mediterranea are being replaced by asexual individuals that are either conspecific or are from other species that are better adapted to the Mediterranean climate.

BadiRate: Estimating Family Turnover Rates by Likelihood-Based Methods

Motivation: The comparative analysis of gene gain and loss rates is critical for understanding the role of natural selection and adaptation in shaping gene family sizes. Studying complete genome data from closely related species allows accurate estimation of gene family turnover rates. Current methods and software tools, however, are not well designed for dealing with certain kinds of functional elements, such as microRNAs or transcription factor binding sites. Results: Here, we describe BadiRate, a new software tool to estimate family turnover rates, as well as the number of elements in internal phylogenetic nodes, by likelihood-based methods and parsimony. It implements two stochastic population models, which provide the appropriate statistical framework for testing hypothesis, such as lineage-specific gene family expansions or contractions. We have assessed the accuracy of BadiRate by computer simulations, and have also illustrated its functionality by analyzing a representative empirical dataset.

BadiRate: estimating family turnover rates by likelihood-based methods

Motivation: The comparative analysis of gene gain and loss rates is critical for understanding the role of natural selection and adaptation in shaping gene family sizes. Studying complete genome data from closely related species allows accurate estimation of gene family turnover rates. Current methods and software tools, however, are not well designed for dealing with certain kinds of functional elements, such as microRNAs or transcription factor binding sites. Results: Here, we describe BadiRate, a new software tool to estimate family turnover rates, as well as the number of elements in internal phylogenetic nodes, by likelihood-based methods and parsimony. It implements two stochastic population models, which provide the appropriate statistical framework for testing hypothesis, such as lineage-specific gene family expansions or contractions. We have assessed the accuracy of BadiRate by computer simulations, and have also illustrated its functionality by analyzing a representative empirical dataset.

PhylomeDB v4: zooming into the plurality of evolutionary histories of a genome

Phylogenetic trees representing the evolutionary relationships of homologous genes are the entry point for many evolutionary analyses. For instance, the use of a phylogenetic tree can aid in the inference of orthology and paralogy relationships, and in the detection of relevant evolutionary events such as gene family expansions and contractions, horizontal gene transfer, recombination or incomplete lineage sorting. Similarly, given the plurality of evolutionary histories among genes encoded in a given genome, there is a need for the combined analysis of genome-wide collections of phylogenetic trees (phylomes). Here, we introduce a new release of PhylomeDB (http://phylomedb.org), a public repository of phylomes. Currently, PhylomeDB hosts 120 public phylomes, comprising >1.5 million maximum likelihood trees and multiple sequence alignments. In the current release, phylogenetic trees are annotated with taxonomic, protein-domain arrangement, functional and evolutionary information. PhylomeDB is also a major source for phylogeny-based predictions of orthology and paralogy, covering >10 million proteins across 1059 sequenced species. Here we describe newly implemented PhylomeDB features, and discuss a benchmark of the orthology predictions provided by the database, the impact of proteome updates and the use of the phylome approach in the analysis of newly sequenced genomes and transcriptomes.

eggNOG v4.0: nested orthology inference across 3686 organisms

With the increasing availability of various 'omics data, high-quality orthology assignment is crucial for evolutionary and functional genomics studies. We here present the fourth version of the eggNOG database (available at http://eggnog.embl.de) that derives nonsupervised orthologous groups (NOGs) from complete genomes, and then applies a comprehensive characterization and analysis pipeline to the resulting gene families. Compared with the previous version, we have more than tripled the underlying species set to cover 3686 organisms, keeping track with genome project completions while prioritizing the inclusion of high-quality genomes to minimize error propagation from incomplete proteome sets. Major technological advances include (i) a robust and scalable procedure for the identification and inclusion of high-quality genomes, (ii) provision of orthologous groups for 107 different taxonomic levels compared with 41 in eggNOGv3, (iii) identification and annotation of particularly closely related orthologous groups, facilitating analysis of related gene families, (iv) improvements of the clustering and functional annotation approach, (v) adoption of a revised tree building procedure based on the multiple alignments generated during the process and (vi) implementation of quality control procedures throughout the entire pipeline. As in previous versions, eggNOGv4 provides multiple sequence alignments and maximum-likelihood trees, as well as broad functional annotation. Users can access the complete database of orthologous groups via a web interface, as well as through bulk download.

Estudi d’adaptació de clons de pollancre (Populus sp.) mitjançant models mitxes en la vall intermèdia de l’Ebre

Durant la dècada dels 80 la DGA (Diputación General de Aragon), va engegar una xarxa d’assaigs experimentals. La major part d’aquests assaigs es troben a la vall de l’Ebre. Padró el 1992 publica les dades de creixement i aporta informació sobre el comportament clonal de cada assaig. Malgrat tot, la enorme desestructura dels assaigs dificultà, en el seu moment, l’anàlisi simultani de les dades. En el treball es proposa un reanàlisi de les dades de la xarxa de la DGA basat en l’ús de models mitxes, amb l’objecte d’interpretar patrons adaptatius i amb especial interès en la descripció de la interacció genotip-ambient. S’utilitzen el models de estabilitat de Shukla, regressions de Finlay-Wilkinson y Eberhart-Russell, AMMI a on el factor ambient és aleatori i el genotip fixe.

The UlaG protein familly defines novel structural and functional motifs grafted on an ancient RNase fold

Background: Bacterial populations are highly successful at colonizing new habitats and adapting to changing environmental conditions, partly due to their capacity to evolve novel virulence and metabolic pathways in response to stress conditions and to shuffle them by horizontal gene transfer (HGT). A common theme in the evolution of new functions consists of gene duplication followed by functional divergence. UlaG, a unique manganese-dependent metallo-b-lactamase (MBL) enzyme involved in L-ascorbate metabolism by commensal and symbiotic enterobacteria, provides a model for the study of the emergence of new catalytic activities from the modification of an ancient fold. Furthermore, UlaG is the founding member of the so-called UlaG-like (UlaGL) protein family, a recently established and poorly characterized family comprising divalent (and perhaps trivalent)metal-binding MBLs that catalyze transformations on phosphorylated sugars and nucleotides. Results: Here we combined protein structure-guided and sequence-only molecular phylogenetic analyses to dissect the molecular evolution of UlaG and to study its phylogenomic distribution, its relatedness with present-day UlaGL protein sequences and functional conservation. Phylogenetic analyses indicate that UlaGL sequences are present in Bacteria and Archaea, with bona fide orthologs found mainly in mammalian and plant-associated Gramnegative and Gram-positive bacteria. The incongruence between the UlaGL tree and known species trees indicates exchange by HGT and suggests that the UlaGL-encoding genes provided a growth advantage under changing conditions. Our search for more distantly related protein sequences aided by structural homology has uncovered that UlaGL sequences have a common evolutionary origin with present-day RNA processing and metabolizing MBL enzymes widespread in Bacteria, Archaea, and Eukarya. This observation suggests an ancient origin for the UlaGL family within the broader trunk of the MBL superfamily by duplication, neofunctionalization and fixation. Conclusions: Our results suggest that the forerunner of UlaG was present as an RNA metabolizing enzyme in the last common ancestor, and that the modern descendants of that ancestral gene have a wide phylogenetic distribution and functional roles. We propose that the UlaGL family evolved new metabolic roles among bacterial and possibly archeal phyla in the setting of a close association with metazoans, such as in the mammalian gastrointestinal tract or in animal and plant pathogens, as well as in environmental settings. Accordingly, the major evolutionary forces shaping the UlaGL family include vertical inheritance and lineage-specific duplication and acquisition of novel metabolic functions, followed by HGT and numerous lineage-specific gene loss events.