Evolutionary dynamics of sex‐biased gene expression in a young <scp>XY</scp> system: insights from the brown alga genus <i>Fucus</i> - Sorbonne Université Access content directly
Journal Articles New Phytologist Year : 2023

Evolutionary dynamics of sex‐biased gene expression in a young XY system: insights from the brown alga genus Fucus

Dynamique évolutive de l'expression génétique sexuée dans un jeune système XY : aperçu du genre d'algue brune Fucus.

Abstract

Sex-biased gene expression is considered to be an underlying cause of sexually dimorphic traits. Although the nature and degree of sex-biased expression have been well documented in several animal and plant systems, far less is known about the evolution of sex-biased genes in more distant eukaryotic groups. Here, we investigate sex-biased gene expression in two brown algal dioecious species, Fucus serratus and Fucus vesiculosus, where male heterogamety (XX/XY) has recently emerged. We find that in contrast to evolutionary distant plant and animal lineages, male-biased genes do not experience high turnover rates, but instead reveal remarkable conservation of bias and expression levels between the two species, suggesting their importance in sexual differentiation. Genes with consistent male bias were enriched in functions related to gamete production, along with sperm competition and include three flagellar proteins under positive selection. We present one of the first reports, outside of the animal kingdom, showing that malebiased genes display accelerated rates of coding sequence evolution compared with femalebiased or unbiased genes. Our results imply that evolutionary forces affect male and female sex-biased genes differently on structural and regulatory levels, resulting in unique properties of differentially expressed transcripts during reproductive development in Fucus algae.
L'expression génétique biaisée par le sexe est considérée comme une cause sous-jacente des caractères sexuellement dimorphiques. Bien que la nature et le degré d'expression sexuée aient été bien documentés dans plusieurs systèmes animaux et végétaux, on en sait beaucoup moins sur l'évolution des gènes sexués dans des groupes eucaryotes plus éloignés. Ici, nous étudions l'expression des gènes sexués chez deux espèces d'algues brunes dioïques, Fucus serratus et Fucus vesiculosus, où l'hétérogamie mâle (XX/XY) est apparue récemment. Nous constatons que, contrairement aux lignées végétales et animales éloignées sur le plan de l'évolution, les gènes à orientation masculine ne connaissent pas de taux de renouvellement élevés, mais révèlent au contraire une conservation remarquable de l'orientation et des niveaux d'expression entre les deux espèces, ce qui suggère leur importance dans la différenciation sexuelle. Les gènes présentant un biais mâle constant étaient enrichis dans des fonctions liées à la production de gamètes, ainsi qu'à la compétition des spermatozoïdes, et comprennent trois protéines flagellaires soumises à une sélection positive. Nous présentons l'un des premiers rapports, en dehors du royaume animal, montrant que les gènes à biais masculin présentent des taux accélérés d'évolution de la séquence codante par rapport aux gènes à biais féminin ou sans biais. Nos résultats impliquent que les forces évolutives affectent les gènes mâles et femelles biaisés par le sexe différemment sur les niveaux structurels et réglementaires, ce qui entraîne des propriétés uniques de transcrits exprimés de manière différentielle pendant le développement reproductif chez les algues Fucus.
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hal-03992688 , version 1 (02-03-2023)

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William J Hatchett, Alexander O Jueterbock, Martina Kopp, James A Coyer, Susana M Coelho, et al.. Evolutionary dynamics of sex‐biased gene expression in a young XY system: insights from the brown alga genus Fucus. New Phytologist, 2023, ⟨10.1111/nph.18710⟩. ⟨hal-03992688⟩
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