A mitogenomic perspective on the ancient, rapid radiation in the Galliformes with an emphasis on the Phasianidae

Background: The Galliformes is a well-known and widely distributed Order in Aves. The phylogenetic relationships of galliform birds, especially the turkeys, grouse, chickens, quails, and pheasants, have been studied intensively, likely because of their close association with humans. Despite extensive studies, convergent morphological evolution and rapid radiation have resulted in conflicting hypotheses of phylogenetic relationships. Many internal nodes have remained ambiguous. Results: We analyzed the complete mitochondrial (mt) genomes from 34 galliform species, including 14 new mt genomes and 20 published mt genomes, and obtained a single, robust tree. Most of the internal branches were relatively short and the terminal branches long suggesting an ancient, rapid radiation. The Megapodiidae formed the sister group to all other galliforms, followed in sequence by the Cracidae, Odontophoridae and Numididae. The remaining clade included the Phasianidae, Tetraonidae and Meleagrididae. The genus Arborophila was the sister group of the remaining taxa followed by Polyplectron. This was followed by two major clades: ((((Gallus, Bambusicola) Francolinus) (Coturnix, Alectoris)) Pavo) and (((((((Chrysolophus, Phasianus) Lophura) Syrmaticus) Perdix) Pucrasia) (Meleagris, Bonasa)) ((Lophophorus, Tetraophasis) Tragopan))). Conclusions: The traditional hypothesis of monophyletic lineages of pheasants, partridges, peafowls and tragopans was not supported in this study. Mitogenomic analyses recovered robust phylogenetic relationships and suggested that the Galliformes formed a model group for the study of morphological and behavioral evolution.

The complete mitochondrial genome of the Chinese hook snout carp Opsariichthys bidens (Actinopterygii : Cyprinifonnes) and an altemative pattem of mitogenomic evolution in vertebrate

The complete mitochondrial genome sequence of the Chinese hook snout carp, Opsariichthys bidens, was newly determined using the long and accurate polymerase chain reaction method. The 16,611-nucleotide mitogenome contains 13 protein-coding genes, two rRNA genes (12S, 16S) 22 tRNA genes, and a noncoding control region. We use these data and homologous sequence data from multiple other ostariophysan fishes in a phylogenetic evaluation to test hypothesis pertaining to codon usage pattern of O. bidens mitochondrial protein genes as well as to re-examine the ostariophysan phylogeny. The mitochondrial genome of O. bidens reveals an alternative pattern of vertebrate mitochondrial evolution. For the mitochondrial protein genes of O. bidens, the most frequently used codon generally ends with either A or C, with C preferred over A for most fourfold degenerate codon families; the relative synonymous codon usage of G-ending codons is greatly elevated in all categories. The codon usage pattern of O. bidens mitochondrial protein genes is remarkably different from the general pattern found previously in the relatively closely 9 related zebrafish and most other vertebrate mitochondria. Nucleotide bias at third codon positions is the main cause of codon bias in the mitochondrial protein genes of O. bidens, as it is biased particularly in favor of C over A. Bayesian analysis of 12 concatenated mitochondrial protein sequences for O. bidens and 46 other teleostean taxa supports the monophyly of Cypriniformes and Otophysi and results in a robust estimate of the otophysan phylogeny. (C) 2007 Published by Elsevier B.V.

The mitochondrial genome of the Russian wheat aphid Diuraphis noxia : large repetitive sequences between trnE and trnF in aphids

To characterize aphid mitochondrial genome (mitogenome) features, we sequenced the complete mitogenome of the Russian wheat aphid, Diuraphis noxia. The 15,784-bp mitogenome with a high A + T content (84.76%) and strong C skew (− 0.26) was arranged in the same gene order as that of the ancestral insect. Unlike typical insect mitogenomes, D. noxia possessed a large tandem repeat region (644 bp) located between trnE and trnF. Sequencing partial mitogenome of the cotton aphid (Aphis gossypii) further confirmed the presence of the large repeat region in aphids, but with different repeat length and copy number. Another motif (58 bp) tandemly repeated 2.3 times in the control region of D. noxia. All repeat units in D. noxia could be folded into stem-loop secondary structures, which could further promote an increase in copy numbers. Characterization of the D. noxia mitogenome revealed distinct mitogenome architectures, thus advancing our understanding of insect mitogenomic diversities and evolution.

The complete mitochondrial genome of the eastern grey kangaroo (Macropus giganteus)

We present the complete mitochondrial genome (accession number: LK995454) of an iconic Australian species, the eastern grey kangaroo (Macropus giganteus). The mitogenomic organization is consistent with other marsupials, encoding 13 protein-coding genes, 22 tRNA genes, 2 ribosomal RNA genes, an origin of light strand replication and a control region or Dloop. No repetitive sequences were detected in the control region. The M. giganteus mitogenome exemplifies a combination of tRNA gene order and structural peculiarities that appear to be unique to marsupials. We present a maximum likelihood phylogeny based on complete mitochondrial protein and RNA coding sequences that confirms the phylogenetic position of the grey kangaroo among macropodids.

Chimères, données manquantes et congruence : validation de différentes méthodes par simulations et application à la phylogénie des mammifères

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Comparative mitochondrial genomics toward understanding genetics and evolution of arbuscular mycorrhizal fungi

Les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA) sont très répandus dans le sol où ils forment des associations symbiotiques avec la majorité des plantes appelées mycorhizes arbusculaires. Le développement des CMA dépend fortement de la plante hôte, de telle sorte qu'ils ne peuvent vivre à l'état saprotrophique, par conséquent ils sont considérés comme des biotrophes obligatoires. Les CMA forment une lignée évolutive basale des champignons et ils appartiennent au phylum Glomeromycota. Leurs mycélia sont formés d’un réseau d’hyphes cénocytiques dans lesquelles les noyaux et les organites cellulaires peuvent se déplacer librement d’un compartiment à l’autre. Les CMA permettent à la plante hôte de bénéficier d'une meilleure nutrition minérale, grâce au réseau d'hyphes extraradiculaires, qui s'étend au-delà de la zone du sol explorée par les racines. Ces hyphes possèdent une grande capacité d'absorption d’éléments nutritifs qui vont être transportés par ceux-ci jusqu’aux racines. De ce fait, les CMA améliorent la croissance des plantes tout en les protégeant des stresses biotiques et abiotiques. Malgré l’importance des CMA, leurs génétique et évolution demeurent peu connues. Leurs études sont ardues à cause de leur mode de vie qui empêche leur culture en absence des plantes hôtes. En plus leur diversité génétique intra-isolat des génomes nucléaires, complique d’avantage ces études, en particulier le développement des marqueurs moléculaires pour des études biologiques, écologiques ainsi que les fonctions des CMA. C’est pour ces raisons que les génomes mitochondriaux offrent des opportunités et alternatives intéressantes pour étudier les CMA. En effet, les génomes mitochondriaux (mt) publiés à date, ne montrent pas de polymorphismes génétique intra-isolats. Cependant, des exceptions peuvent exister. Pour aller de l’avant avec la génomique mitochondriale, nous avons besoin de générer beaucoup de données de séquençages de l’ADN mitochondrial (ADNmt) afin d’étudier les méchanismes évolutifs, la génétique des population, l’écologie des communautés et la fonction des CMA. Dans ce contexte, l’objectif de mon projet de doctorat consiste à: 1) étudier l’évolution des génomes mt en utilisant l’approche de la génomique comparative au niveau des espèces proches, des isolats ainsi que des espèces phylogénétiquement éloignées chez les CMA; 2) étudier l’hérédité génétique des génomes mt au sein des isolats de l’espèce modèle Rhizophagus irregularis par le biais des anastomoses ; 3) étudier l’organisation des ADNmt et les gènes mt pour le développement des marqueurs moléculaires pour des études phylogénétiques. Nous avons utilisé l’approche dite ‘whole genome shotgun’ en pyroséquençage 454 et Illumina HiSeq pour séquencer plusieurs taxons de CMA sélectionnés selon leur importance et leur disponibilité. Les assemblages de novo, le séquençage conventionnel Sanger, l’annotation et la génomique comparative ont été réalisés pour caractériser des ADNmt complets. Nous avons découvert plusieurs mécanismes évolutifs intéressant chez l’espèce Gigaspora rosea dans laquelle le génome mt est complètement remanié en comparaison avec Rhizophagus irregularis isolat DAOM 197198. En plus nous avons mis en évidence que deux gènes cox1 et rns sont fragmentés en deux morceaux. Nous avons démontré que les ARN transcrits les deux fragments de cox1 se relient entre eux par épissage en trans ‘Trans-splicing’ à l’aide de l’ARN du gene nad5 I3 qui met ensemble les deux ARN cox1.1 et cox1.2 en formant un ARN complet et fonctionnel. Nous avons aussi trouvé une organisation de l’ADNmt très particulière chez l’espèce Rhizophagus sp. Isolat DAOM 213198 dont le génome mt est constitué par deux chromosomes circulaires. En plus nous avons trouvé une quantité considérable des séquences apparentées aux plasmides ‘plasmid-related sequences’ chez les Glomeraceae par rapport aux Gigasporaceae, contribuant ainsi à une évolution rapide des ADNmt chez les Glomeromycota. Nous avons aussi séquencé plusieurs isolats de l’espèces R. irregularis et Rhizophagus sp. pour décortiquer leur position phylogénéque et inférer des relations évolutives entre celles-ci. La comparaison génomique mt nous montré l’existence de plusieurs éléments mobiles comme : des cadres de lecture ‘open reading frames (mORFs)’, des séquences courtes inversées ‘short inverted repeats (SIRs)’, et des séquences apparentées aux plasimdes ‘plasmid-related sequences (dpo)’ qui impactent l’ordre des gènes mt et permettent le remaniement chromosomiques des ADNmt. Tous ces divers mécanismes évolutifs observés au niveau des isolats, nous permettent de développer des marqueurs moléculaires spécifiques à chaque isolat ou espèce de CMA. Les données générées dans mon projet de doctorat ont permis d’avancer les connaissances fondamentales des génomes mitochondriaux non seulement chez les Glomeromycètes, mais aussi de chez le règne des Fungi et les eucaryotes en général. Les trousses moléculaires développées dans ce projet peuvent servir à des études de la génétique des populations, des échanges génétiques et l’écologie des CMA ce qui va contribuer à la compréhension du rôle primorial des CMA en agriculture et environnement.

High-throughput monitoring of wild bee diversity and abundance via mitogenomics

1. Bee populations and other pollinators face multiple, synergistically acting threats, which have led to population declines, loss of local species richness and pollination services, and extinctions. However, our understanding of the degree, distribution and causes of declines is patchy, in part due to inadequate monitoring systems, with the challenge of taxonomic identification posing a major logistical barrier. Pollinator conservation would benefit from a high-throughput identification pipeline. 2. We show that the metagenomic mining and resequencing of mitochondrial genomes (mitogenomics) can be applied successfully to bulk samples of wild bees. We assembled the mitogenomes of 48 UK bee species and then shotgun-sequenced total DNA extracted from 204 whole bees that had been collected in 10 pan-trap samples from farms in England and been identified morphologically to 33 species. Each sample data set was mapped against the 48 reference mitogenomes. 3. The morphological and mitogenomic data sets were highly congruent. Out of 63 total species detections in the morphological data set, the mitogenomic data set made 59 correct detections (93�7% detection rate) and detected six more species (putative false positives). Direct inspection and an analysis with species-specific primers suggested that these putative false positives were most likely due to incorrect morphological IDs. Read frequency significantly predicted species biomass frequency (R2 = 24�9%). Species lists, biomass frequencies, extrapolated species richness and community structure were recovered with less error than in a metabarcoding pipeline. 4. Mitogenomics automates the onerous task of taxonomic identification, even for cryptic species, allowing the tracking of changes in species richness and istributions. A mitogenomic pipeline should thus be able to contain costs, maintain consistently high-quality data over long time series, incorporate retrospective taxonomic revisions and provide an auditable evidence trail. Mitogenomic data sets also provide estimates of species counts within samples and thus have potential for tracking population trajectories.