Advanced

How lizards make diamonds - the evo-devo of Anolis pattern formation

Pranter, Robin (2020) BION03 20191
Degree Projects in Biology
Abstract
Animal color patterns are ecologically significant but developmentally complex traits. By understanding how they develop we can predict why some patterns evolve while others do not. Diamonds are an interesting set of patterns exhibited by many reptiles. The brown anole lizard has a female polymorphism, some females have a chevron pattern while others have a diamond-shaped pattern. Here, I show that the morphs are inherited by a single biallelic mendelian locus and identify the gene responsible for this pattern polymorphism. The gene encodes a protein with coiled-coil domains which are known to regulate cell polarity and migration, suggesting that the pattern form as the neural crest cells that will become chromatophores (cells containing... (More)
Animal color patterns are ecologically significant but developmentally complex traits. By understanding how they develop we can predict why some patterns evolve while others do not. Diamonds are an interesting set of patterns exhibited by many reptiles. The brown anole lizard has a female polymorphism, some females have a chevron pattern while others have a diamond-shaped pattern. Here, I show that the morphs are inherited by a single biallelic mendelian locus and identify the gene responsible for this pattern polymorphism. The gene encodes a protein with coiled-coil domains which are known to regulate cell polarity and migration, suggesting that the pattern form as the neural crest cells that will become chromatophores (cells containing pigments and/or structural color) migrate to their locations in the skin. To test this hypothesis and to identify effector genes, I studied differential gene expression in the developing skin between the two morphs, traced their expression through embryonic development and observed their spatial expression patterns in the developing embryos. Six genes are differentially expressed. Several of the investigated genes have interesting expression patterns seemingly relevant for the directionality and spatial constraint of the color patterns. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Ett intressant mönster och hur det uppstod

Många djur har vackra mönster. Huggormens svarta zigzag, lodjurets fläckar och abborrens mörka tvärband är bekanta mönster för de flesta av oss. Men varför har djur de mönster som de har? Den vetenskapliga gren som försöker förstå varför djur ser ut på de vis de gör kallas för evolutionsbiologi. En av de första evolutionsbiologerna var Charles Darwin. Han kom på att djur hela tiden föder fler ungar än vad det egentligen finns resurser för och att dessa barn därför måste konkurera om de resurser som finns. På grund av nedärvda egenskaper kommer vissa av dem vara bättre konkurrenter än de andra och därför få fler barn som i sin tur ärver samma fördelaktiga egenskaper. Givet tillräckligt med tid... (More)
Ett intressant mönster och hur det uppstod

Många djur har vackra mönster. Huggormens svarta zigzag, lodjurets fläckar och abborrens mörka tvärband är bekanta mönster för de flesta av oss. Men varför har djur de mönster som de har? Den vetenskapliga gren som försöker förstå varför djur ser ut på de vis de gör kallas för evolutionsbiologi. En av de första evolutionsbiologerna var Charles Darwin. Han kom på att djur hela tiden föder fler ungar än vad det egentligen finns resurser för och att dessa barn därför måste konkurera om de resurser som finns. På grund av nedärvda egenskaper kommer vissa av dem vara bättre konkurrenter än de andra och därför få fler barn som i sin tur ärver samma fördelaktiga egenskaper. Givet tillräckligt med tid kommer så småningom de fördelaktiga egenskaperna ha spritt sig i hela populationen. Detta kallade han evolution genom naturligt urval.

Men hur uppstår mönster från början? För att det naturliga urvalet ska kunna gynna ett mönster framför ett annat så måste mönstret redan finnas. Men hur kom det till från början? För att förstå hur ett mönster uppstod första gången är det användbart att förstå hur det uppstår igen och igen generation efter generation. Den vetenskapliga gren som försöker förstå hur djur generation efter generation återskapar sina kroppar från befruktad eggcell till vuxet djur kallas utvecklingsbiologi. När man använder sig av lärdommar från utvecklingsbiologi för att förstå evolutionsbiologi kallas det evolutionär utvecklingsbiologi. Man studerar fortfarande evolution men man försöker nu förstå både naturligt urval och uppkomst. Vi kan kalla det evolution genom uppkommst och naturligt urval.

Ett intressant mönster
Den bruna anolis ödlan, en vanlig ödla i karibien, har ett mycket intressant mönster! Längs med en mörk rygg har den en rad ljusa romber. Men det är inte alla som har detta mönster, vissa honor och alla hanar har istället ett annat mönster med upprepade V-former längs med ryggen. Detta gör den bruna anolis ödlan till en mycket intressant art att studera för att förstå hur mönster evolverar. Vilket är precis vad jag gjort.

Genom att undersöka var och när olika gener aktiveras i embryor har jag försökt förstå hur detta mönster uppstår. Jag har funnit fem gener som uttrycks på intressanta vis i ödleembryornas rygghud vid de relevanta tidpunkterna och därför kan vara involverade i att skapa mönstret.

Genom att exponera embryor för olika temperaturer under deras utveckling har jag även kunnat visa att miljö påverkar mönstret och till och med kan göra så att ett embryo som borde utvecklas till en ödla med det ena mönstet istället kan få det andra. Detta betyder att de utvecklingsbiologiska system som bygger de två olika mönstren antagligen är väldigt lika varandra. Vilket i sin tur betyder att det antagligen är enkelt att evolvera från det ena mönstret till det andra. Detta är intressant eftersom det i flera tidigare studier visat sig vara svårt att, med hjälp av endast naturligt urval, förklara hur båda mönstrena kan finnas samtidigt. I just detta fall verkar det alltså som att uppkomst kanske är viktigare än naturligt urval som förklaring för de två mönstrenas evolution.

Masterexamensprojekt i Biologi 60 hp 2019
Biologiska institutionen, Lunds universitet

Handledare: Nathalie Feiner
Forskargruppen för Evolutionsbiologi innom enheten för Evolutionär Ekologi (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Pranter, Robin
supervisor
organization
course
BION03 20191
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
language
English
id
9000070
date added to LUP
2020-01-08 11:17:57
date last changed
2020-01-08 11:17:57
@misc{9000070,
  abstract     = {Animal color patterns are ecologically significant but developmentally complex traits. By understanding how they develop we can predict why some patterns evolve while others do not. Diamonds are an interesting set of patterns exhibited by many reptiles. The brown anole lizard has a female polymorphism, some females have a chevron pattern while others have a diamond-shaped pattern. Here, I show that the morphs are inherited by a single biallelic mendelian locus and identify the gene responsible for this pattern polymorphism. The gene encodes a protein with coiled-coil domains which are known to regulate cell polarity and migration, suggesting that the pattern form as the neural crest cells that will become chromatophores (cells containing pigments and/or structural color) migrate to their locations in the skin. To test this hypothesis and to identify effector genes, I studied differential gene expression in the developing skin between the two morphs, traced their expression through embryonic development and observed their spatial expression patterns in the developing embryos. Six genes are differentially expressed. Several of the investigated genes have interesting expression patterns seemingly relevant for the directionality and spatial constraint of the color patterns.},
  author       = {Pranter, Robin},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {How lizards make diamonds - the evo-devo of Anolis pattern formation},
  year         = {2020},
}