W chromosome varia-on and poten-al fitness effects in a popula-on of great reed warblers

Abstract

While the sex-limited sex-chromosome (Y or W) is in general not believed to carry much variation that affects individual fitness, some evidence indicates that the Y sometimes influences male fitness. However, few studies have investigated similar effects of W in females. In this study we use whole genome sequencing data from individuals in a study population of great reed warblers with extensive collection of fitness data. We investigate the variation and coinheritance of W and the mitochondria and find three coinherited haplotype groups of the W and the mitochondria. We use generalized linear models to compare the fitness measurements between the haplotype groups and find that in males there is a significant difference between the groups with the highest and lowest fitness. We additionally see opposing male and female patterns in fitness effects between haplotype groups, which could potentially be a sign of a “mother’s curse”. Using annotations of loss of function and high impact mutations we find no differences between the haplotypes in the degree of degeneration. We also find no relationship between the variation of degeneration of the sex chromosomes and the fitness measurements. Lastly using GWAS we find few sites in the genome associated with the fitness measurements and no sites with sexual antagonism. Genes located close to the fitness-associated sites show no functional enrichment using GO enrichment analysis. In conclusion we find some evidence of fitness differences between co-inherited mt–W haplotype groups but only weak or no relationships between sex chromosome variation and fitness. This is to our knowledge the first study attempting to connect fitness measurements to genetic variation on W.

Popular Abstract (Swedish)

Påverkar könskromosomerna fitness?

Fitness eller reproduktionsframgång påverkas av många olika faktorer. Vilka individer som har högst fitness har betydelse för hur framtida generationer kommer att se ut. Något som skulle kunna påverka fitness är en individs könskromosomer. I denna studie undersöks huruvida den genetiska variationen på könskromosomerna har en effekt på fitness i en population av trastsångare.

Hos många arter bestäms kön genetiskt genom könskromosomer. Hos fåglar kallas könskromosomerna Z och W eftersom hanar har två Z kromosomer och honor en Z och en W kromosom. En viktig aspekt är att W inte utbyter genetiskt material med Z (dvs. Z och W rekombinerar inte) vilket gör att W efterhand ackumulerar skadliga mutationer som förstör genernas funktion. Detta leder i sin tur att olika W-varianter med olika fitness kan förekomma i en population. I den här studien var ett av målen att se om det går att hitta kopplingar mellan fitness och olika W-varianter.

Vi använde trastsångare (Acrocephalus arundinaceus) som studiesystem. Tidigare studier har visat att det finns minst två varianter av mitokondrien i vår studiepopulation och då både mitokondrien och W nedärvs tillsammans från modern borde även W ha två varianter. Med hjälp av DNA-sekvensering av hela genom från 160 individer fann vi att det finns tre varianter av mitokondrien och W som nedärvs tillsammans, och därmed delar evolutionär historia.

Detta gav oss möjlighet att undersöka vilken effekt dessa tre kromosomvarianter har på fitness. Genom att använda olika mått på fitness, som antal ungar och ålder, från individer så går det att med statistiska modeller jämföra fitness mellan dessa tre mitokondrie- och W-varianter.

Våra modeller visade inte någon signifikant skillnad mellan varianterna hos honor, men däremot att en av varianterna tenderade att ha något lägre fitness. Hos hanar sågs det däremot en signifikant skillnad mellan mitokondrie-varianten med högst fitness och den med lägst. Detta är intressant eftersom hanar ej har W kromosomen, med däremot mitokondrien som nedärvs från mamman. Då mitokondrien aldrig nedärvs från hanar, så är det den del av genomet som inte kan reagera på selektion när den befinner sig i hanar. Ytterligare ett intressant mönster var att vi ser motsatta tendenser hos honor och hanar när det gäller vilken variant som har högst och lägst fitness. Detta mönster skulle kunna förklaras genom ett fenomen som kallas ’mother’s curse’ som säger att hanar kan påverkas negativt av selektion på mitokondrien som endast sker på mödernet.

I de mått vi använt kan vi inte se att graden av degenererade könkromosomer har någon effekt på fitness. Vi hittade ett fåtal specifika positioner på kromosomerna som var associerade med fitness.

Masterexamensprojekt i Biologi 60 hp 2025
Biologiska institutionen, Lunds universitet

Handledare: Bengt Hansson & Simon Jacobsen Ellerstrand
Evolutionär ekologi och infektionsbiologi

• author: Fröjd, Ylva
• supervisor: Bengt Hansson; Simon Jacobsen Ellerstrand
• organization: Degree Projects in Biology
• course: BION03 20241
• year: 2025
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Biology and Life Sciences
• language: English
• id: 9188380
• date added to LUP: 2025-05-14 12:33:17
• date last changed: 2025-05-14 12:33:17