title: Evolution of genome sizes and repetitive DNA fractions in selected species in the genus Tillandsia
Creators: name: McNair, Neil Andrew
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Die Gattung Tillandsia wird seit langem als Beispiel für eine adaptive Radiation untersucht. Ihre etwa 600 Arten weisen eine große Vielfalt an Ökotypen auf, wobei die wiederholte unabhängige Evolution der CAM-Photosynthese von besonderem Interesse ist. Außerdem weisen Arten dieser Gattung eine große Bandbreite an Genomgrößen auf. Dieses Projekt befasst sich mit dem Muster der Genomgrößenevolution bei ausgewählten Arten der Gattung und dessen Zusammenhang mit der Repeatom-Evolution. Durchflusszytometrische Messung der Genomgrößen von 21 Arten (16 bei Tillandsia und fünf bei anderen Gattungen der Tillandsioideae) wurde gefolgt von zwei Schätzmethoden, der Exon-Alignment-Methode und der k-mer-Methode, die beide kurze DNA-Sequenzdaten verwenden. Ein Vergleich der geschätzten Genomgrößen mit den gemessenen Werten ließ auf einen systematischen Fehler bei beiden angewandten Schätzmethoden schliessen. Die Überschätzungen waren im Fall der Exon-Methode auf die zu große phylogenetische Distanz zwischen Tillandsia und dem Ananas-Referenzgenom zurückzuführen, beziehungsweise auf die unzureichende Abdeckungstiefe der DNA-Sequenzdaten, im Fall der k-mer-Methode. Darüber hinaus erfolgte eine Analyse der Repeatome von fünf Tillandsia-Arten mithilfe der RepeatExplorer-Pipeline. Die häufigste Klasse von Repeats, die in allen Arten gefunden wurde, war das LTR-Retrotransposon, insbesondere Ty3-gypsy/Tekay und Ty1-copia/SIRE. DNA-Transposonen, Cassandra-TRIMs, MITEs und Satelliten-DNAs wurden ebenfalls gefunden, allerdings in viel geringeren Mengen. Eine vergleichende Analyse der fünf Arten ergab das Vorhandensein unterschiedlicher Linien von Retrotransposonen, die in den einzelnen Arten in unterschiedlichem Ausmaß verstärkt wurden, was auf eine unabhängige Fortführung der Verbreitung genetischer Repeats nach der Divergenz dieser Art deutet. Die Daten zeigten eindeutig eine direkte Korrelation zwischen Repeat-Häufigkeit und Genomgröße. Zudem wurde gezeigt, dass Repeat-Profile Aufschluss über die Phylogenese von Tillandsia geben.
description: The genus Tillandsia has long been studied as an example of an adaptive radiation, with its ~600 species showing a wide diversity of ecotypes, and the repeated independent evolution of CAM photosynthesis being of especial interest. Species in this genus also have a wide range of genome sizes. This project addresses the pattern of genome size evolution in selected species in the genus, and how this is linked to repeatome evolution. Genome sizes of 21 species (16 in Tillandsia and five in other Tillandsioideae genera) were measured using flow cytometry and then estimated by two methods, the exon alignment method and the k-mer method, both using short read DNA sequence data. Comparison of the estimated genome sizes with measured values allowed the conclusion that both estimation methods showed systematic errors. The overestimates were due to the too large phylogenetic distance between Tillandsia and the Ananas reference genome used in the exon method, and to the insufficient depth of coverage of the DNA sequence data used in the k-mer method. Further, the repeatomes of five Tillandsia species were analyzed using the RepeatExplorer pipeline. The most common class of repeats recovered in all species was the LTR-retrotransposon, in particular Ty3-gypsy/Tekay and Ty1-copia/SIRE. DNA transposons, Cassandra-TRIMs, MITEs, and satellite DNAs were also found, but in much smaller amounts. Comparative analysis of the five species revealed the presence of distinct lineages of retrotransposons, amplified to differing extent in the individual species, suggesting that proliferation of genomic repeats has continued independently after the divergence of these species from each other. The data clearly showed a direct correlation between repeat abundances and genome sizes, and it was also shown that repeat profiles are informative of the phylogeny of Tillandsia.