Gene expression profiling of two fish helminths throughout their complex life cycles. Are parasite’s life stages genetically decoupled?
Creators: name: Gramolini, Laura
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2024
Subjects: subject: Komplexe Lebenszyklen
subject: Parasiten
subject: Transkriptom
subject: Hypothese der adaptiven Entkopplung
subject: Complex life cycles (CLC)
subject: Transcriptome
subject: Parasites
subject: Adaptive decoupling hypothesis
subject: 570 Biologie

description: Komplexe Lebenszyklen sind eine häufige, aber anspruchsvolle Lebensweise von Parasiten. Parasiten mit komplexen Lebenszyklen infizieren nacheinander mehrere Wirte und passen sich an verschiedene ökologische Nischen an. Werden in diesem Szenario dieselben Gene in allen Wirten einheitlich exprimiert? Die Hypothese der adaptiven Entkopplung besagt, dass verschiedene Stadien in einem komplexen Lebenszyklus genetisch und evolutionär unabhängig sind, was bedeutet, dass die Selektion auf Parasitenmerkmale in einem Wirt keine Auswirkungen auf Merkmale in anderen Wirten hat. Wir haben diese Hypothese anhand von zwei Parasitenarten getestet: dem Bandwurm Schistocephalus solidus und dem Fadenwurm Camallanus lacustris. Die Transkriptomsequenzierung wurde an Proben während ihrer komplexen Lebenszyklen durchgeführt. Die Genexpressionsanalyse wurde durchgeführt, um Gene zu identifizieren, die zwischen den Wirten, zwischen den Funktionsstadien und zwischen den Bedingungen unterschiedlich exprimiert werden. Darüber hinaus wurde mit einer Analyse der Anreicherung von Gensätzen untersucht, ob ähnliche biologische Funktionen von ähnlichen Genen in verschiedenen Stadien kodiert werden. Unsere Ergebnisse zeigen signifikante Unterschiede in der Genexpression zwischen den verschiedenen Stadien, wobei keine positive Korrelation zwischen Stadien mit derselben Aufgabe oder demselben Wirt beobachtet wurde. Gene, die in einem Stadium hochreguliert (oder herunterreguliert) werden, werden in anderen Stadien nicht in ähnlicher Weise exprimiert. Dies spricht für die Unabhängigkeit der einzelnen Stadien bei der Genexpression, die es den Parasiten ermöglicht, ihren Phänotyp als Reaktion auf unterschiedlichen Selektionsdruck zu modulieren. Diese Ergebnisse bestätigen die Hypothese der adaptiven Entkopplung bei parasitären Würmern und bieten Einblicke in den evolutionären Erfolg dieser Lebensweise.
description: Complex life cycles are a common but demanding lifestyle among parasites. Parasites with complex life cycles sequentially infect multiple hosts, adapting to various ecological niches using information encoded within a single genome. In this scenario, are the same genes expressed consistently across all hosts, as might occur when parasite stages perform similar functions? The adaptive decoupling hypothesis posits that different stages in a complex life cycle are genetically and evolutionarily independent, meaning selection on parasite traits in one host does not affect traits in other hosts. We tested this hypothesis using two species of parasites: the tapeworm Schistocephalus solidus and the nematode Camallanus lacustris, both of which have three-host life cycles. Transcriptome sequencing was performed on samples throughout their complex life cycles, generating transcriptomes from 10 stages of S. solidus and 7 stages of C. lacustris. Gene expression analysis was conducted to identify genes differentially expressed between hosts, between functional stages, and between conditions. Additionally, gene set enrichment analysis assessed whether similar biological functions are encoded by similar genes across stages. Our findings demonstrate significant differences in gene expression across stages, with no positive correlation observed between stages sharing the same task or host. The highest correlation occurred between stages sampled close in time. In conclusion, the lack of positive correlation between different life cycle stages indicates that genes up-regulated (or down-regulated) in one stage are not similarly expressed in other stages. This evidence supports the independence of each stage in gene expression, enabling parasites to modulate their phenotype in response to different selective pressures. These findings corroborate the adaptive decoupling hypothesis in parasitic worms with complex life cycles, offering insights into the evolutionary success of this lifestyle.