Application of SNPs for population genetics of nonmodel organisms:new opportunities and challenges

Recent improvements in the speed, cost and accuracy of next generation sequencing are revolutionizing the discovery of single nucleotide polymorphisms (SNPs). SNPs are increasingly being used as an addition to the molecular ecology toolkit in nonmodel organisms, but their efficient use remains challenging. Here, we discuss common issues when employing SNP markers, including the high numbers of markers typically employed, the effects of ascertainment bias and the inclusion of nonneutral loci in a marker panel. We provide a critique of considerations specifically associated with the application and population genetic analysis of SNPs in nonmodel taxa, focusing specifically on some of the most commonly applied methods.

Population genetics of C. Maenas : oceanography and larval dispersal

Decifrar a complexa interacção entre os ciclos de vida de espécies marinhas e a oceanografia revela-se fundamental para a compreensão do fluxo genético e da conectividade no meio marinho. Nas espécies marinhas com desenvolvimento indirecto o fluxo de genes entre populações depende da distância que separa as populações, bem como da interacção entre a duração do desenvolvimento larvar, do comportamento das larvas e dos padrões de circulação oceânica. A conectividade larvar influencia uma variedade de processos como a dinâmica de stocks e de populações, a distribuição e limites geográficos das espécies, a estrutura genética das populações e a dispersão de espécies invasivas e reveste-se consequentemente de uma importância fundamental na identificação das unidades populacionais evolucionariamente relevantes e para a gestão e conservação marinhas. Os marcadores genéticos e os Modelos Individuais Acoplados a Modelos Físico-Biológicos (“ICPBMs”) são actualmente ferramentas fundamentais para o estudo dos padrões de dispersão larvar e para avaliar o nível de conectividade populacional. A presente tese respeita à avaliação das escalas espaciais de conectividade de populações de uma espécie costeira, o caranguejo Carcinus maenas, e utiliza conjuntamente informação de marcadores genéticos, análise de séries temporais de fornecimento de larvas e um modelo numérico de circulação oceânica. O primeiro capítulo introduz a temática da conectividade em espécies marinhas e inclui algumas referências aos métodos moleculares, analíticos e de modelação seguidos ao longo da tese. Através da utilização de múltiplas ferramentas – avaliação da estrutura genética geográfica de C. maenas na sua distribuição nativa com recurso a marcadores de DNA (microssatélites) (Capítulo 2), avaliação da estrutura genética temporal das larvas que formam os eventos de fornecimento larvar à Ria de Aveiro, NW Portugal (Capítulo 3), descrição da variabilidade inter-anual do fornecimento larvar à Ria de Aveiro, NW Portugal (Capítulo 4) e validação de um modelo ICPBM que descreve os padrões observados de fornecimento (Capítulo 5) – esta tese espera poder contribuir para uma melhor compreensão dos mecanismos que regulam o fluxo de genes e a conectividade entre populações de organismos marinhos. No Capítulo 6 são apresentadas as principais conclusões da investigação. A análise genética com recurso a microssatélites indicou que as populações de C. maenas são geneticamente homogéneas ao longo de várias centenas de km, dentro da distribuição nativa da espécie. Paralelamente, não foram encontrados indícios da existência de reprodução por “sweepstakes” em C. maenas de populações da costa oeste da Península Ibérica, visto que não se obtiveram diferenças genéticas significativas entre os eventos larvares. Também não se encontrou qualquer estrutura familiar entre as larvas que formam cada episódio de fornecimento, e não houve nenhuma redução significativa da variabilidade genética das larvas quando comparada com a de caranguejos adultos. A análise de séries temporais de suprimento de larvas na Ria de Aveiro em cinco anos estudados indica que este é um fenómeno episódico e variável, sendo os maiores episódios de fornecimento coincidentes com as marés vivas e acentuados por fortes ventos de sul. O modelo ICPBM foi validado com sucesso e parece fornecer uma estimativa realística das escalas espaciais e temporais de dispersão larvar, de acordo com as observações da estrutura genética e da ausência de reprodução por “sweepstake” em C. maenas da costa oeste da Península Ibérica

Ecological genetics in the North Atlantic: environmental gradients and adaptation at specific loci

The North Atlantic intertidal community provides a rich set of organismal and environmental material for the study of ecological genetics. Clearly defined environmental gradients exist at multiple spatial scales: there are broad latitudinal trends in temperature, meso-scale changes in salinity along estuaries, and smaller scale gradients in desiccation and temperature spanning the intertidal range. The geology and geography of the American and European coasts provide natural replication of these gradients, allowing for population genetic analyses of parallel adaptation to environmental stress and heterogeneity. Statistical methods have been developed that provide genomic neutrality tests of population differentiation and aid in the process of candidate gene identification. In this paper, we review studies of marine organisms that illustrate associations between an environmental gradient and specific genetic markers. Such highly differentiated markers become candidate genes for adaptation to the environmental factors in question, but the functional significance of genetic variants must be comprehensively evaluated. We present a set of predictions about locus-specific selection across latitudinal, estuarine, and intertidal gradients that are likely to exist in the North Atlantic. We further present new data and analyses that support and contradict these simple selection models. Some taxa show pronounced clinal variation at certain loci against a background of mild clinal variation at many loci. These cases illustrate the procedures necessary for distinguishing selection driven by internal genomic vs. external environmental factors. We suggest that the North Atlantic intertidal community provides a model system for identifying genes that matter in ecology due to the clarity of the environmental stresses and an extensive experimental literature on ecological function. While these organisms are typically poor genetic and genomic models, advances in comparative genomics have provided access to molecular tools that can now be applied to taxa with well-defined ecologies. As many of the organisms we discuss have tight physiological limits driven by climatic factors, this synthesis of molecular population genetics with marine ecology could provide a sensitive means of assessing evolutionary responses to climate change.

Landscape genetics of a seagrass species in a tidal mudflat lagoon

Tese de doutoramento, Ciências do Mar, da Terra e do Ambiente, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Locust bean gum-based microparticles for pulmonary delivery of antibiotics

Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2016

Population and landscape genetics of the stone marten and red fox in Portugal : implications for conservation management of common carnivores

Tese de doutoramento, Biologia (Biologia da Conservação), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015

Genetics of berry colour and anthocyanin content variation in grapevine (Vitis vinifera L.subsp. vinifera)

Dissertation presented in fulfillment of the requirements for the Degree of Doctor of Philosophy in Biology (Molecular Genetics) at the Instituto de Tecnologia Química e Biológica da Universidade Nova de Lisboa

Phylogeography, conservation genetics and parasitology of chimpanzees (Pan troglodytes versus) in Guinea-Bissau, West Africa

Tese de doutoramento em Antropologia, especialidade em Antropologia Biológica e Etnoecologia

Molecular estimation of dispersal for ecology and population genetics

The dispersal process, by which individuals or other dispersing agents such as gametes or seeds move from birthplace to a new settlement locality, has important consequences for the dynamics of genes, individuals, and species. Many of the questions addressed by ecology and evolutionary biology require a good understanding of species' dispersal patterns. Much effort has thus been devoted to overcoming the difficulties associated with dispersal measurement. In this context, genetic tools have long been the focus of intensive research, providing a great variety of potential solutions to measuring dispersal. This methodological diversity is reviewed here to help (molecular) ecologists find their way toward dispersal inference and interpretation and to stimulate further developments.

Genetics: biased transmission of genomes according to parents of origin.

A new study shows that wood ant queens selectively pass the maternally-inherited half of their genome to their daughters and the paternally-inherited half to their sons. This system, which most likely evolved from ancestral hybridization, creates distinct genetic lineages.

Génétique et hypertension artérielle: qu'avons nous-appris ? [Hypertension genetics: what have we learned so far?]

Hypertension is a common, modifiable and heritable cardiovascular risk factor. Some rare monogenic forms of hypertension have been described, but the majority of patients suffer from "essential" hypertension, for whom the underlying pathophysiological mechanism is not clear. Essential hypertension is a complex trait, involving multiple genes and environmental factors. Recently, progress in the identification of common genetic variants associated with blood pressure and hypertension has been made thanks to large-scale international collaborative projects involving geneticists, epidemiologists, statisticians and clinicians. In this article, we review some basic genetic concepts and the main research methods used to study the genetics of hypertension, as well as selected recent findings in this field.