 |
 |
|
Existing applicants/evaluators log in here
|
|
Cooperability
| Project leader |
Nosil Patrik |
| Project co-leader: |
Göran Klobučar |
| Administering organization: |
Division of Biology, Faculty of Science, University of Zagreb, Rooseveltov trg 6, 10 000 Zagreb, Croatia |
| Partner Institution/Company: |
Department of Animal and Plant Sciences, University of Sheffield |
| Grant type: |
1B |
| Project title: |
The effects of pollution on rapid evolution and ecological change in the Mediterranean mussel (Mytilus galloprovincialis) |
| Project summary: |
Recent and dramatic changes induced by anthropogenic disturbance are widespread across the Earth, creating conservation and economic concerns and receiving much attention in applied research. Additionally, such changes create a unique arena for the basic study of rapid evolution and ecological dynamics. Therefore, studies of anthropogenic change are at the crossroads of basic and applied research. Here we propose a highly multidisciplinary study that combines evolutionary and eco-toxicological approaches with the latest genomic technologies (next-generation-sequencing, NGS) and computational biology to test the biological effects of anthropogenic change. Specifically, we propose to test how pollution affects the rapid evolution, ecology, phenotypic traits, and genetic characteristics of Mediterranean mussel (Mytilus galloprovincialis) populations along the Croatian Adriatic coast. The project contains four inter-related components. First, chemical and ecotoxicological analyses will quantify a gradient of pollution across ten sites, ranging from pristine waters to highly polluted harbours, followed by further ecological characterisation of the sites. Second, mussel populations from these sites will be surveyed for patterns of genetic differentiation at numerous regions across the genome. Data analysis in a Bayesian population genomic framework will quantify genetic structure, infer gene flow and population sizes, and identify exceptionally differentiated ‘outlier’ loci that are implicated in divergent adaptation. The results will test whether pollution affects genetic structure and drives rapid evolution. Third, associations between genotype, phenotype, and fitness will be identified using a combination of transplant experiments and genome wide association mapping. This will quantify the genetic architecture of fitness variation and test whether regions differing strongly between populations are the same as those associated with fitness of individuals. Fourth, surveys of DNA methylation patterns will test whether pollution alters epigenetic profiles, i.e., causes molecular changes via mechanisms other than alterations in DNA sequence. The collective results will yield an integrative understanding of the biological effects of pollution, with strong implications for basic and applied research. For example, the results will inform debates in evolutionary biology concerning the manner and rate in which natural selection impacts the genome. It will also quantify the degree to which the same genomic regions are affected by selection in different populations, thus testing repeatability and constraint in biological diversification. From an applied angle, knowledge of fitness correlates in mussels can improve aquaculture practices and the pollution monitoring will inform environmental and tourism practices. The proposed work will result in high-profile publications and bring cutting-edge genomic and computational methods to Croatian science. |
| Hrvatski sažetak: |
ntropogeno uvjetovane promjene ekosustava zadnjih su desetljeća sve izraženije, te su zbog mnogih posljedica po gospodarstvo i očuvanje prirode predmetom brojnih primijenjenih istraživanja. Takve promjene ujedno predstavljaju jedinstveno okruženje za temeljna istraživanja ekološke dinamike i brze evolucije, pa su istraživanja antropogenog utjecaja na ekosustave na granici između temeljnih i primijenjenih znanosti. U sklopu ovog projekta predlažemo multidisciplinarno istraživanje koje kombinira evolucijski i ekotoksikološki pristup s najnovijim tehnologijama iz područja genomike (sekvenciranje nove generacije) i računalne biologije u svrhu utvrđivanja bioloških učinaka kao posljedice antropogenog utjecaja. Predloženo istraživanje posebice će se baviti problematikom utjecaja onečišćenja na brzu evoluciju, ekologiju, fenotipske oznake i genetska svojstva populacija mediteranske dagnje (Mytilus galloprovincialis) uzduž hrvatske obale Jadrana. Projekt se sastoji od četiri međusobno povezane cjeline: 1) Kemijskim i ekotoksikološkim analizama kvantificirat će se onečišćenje na različitim postajama, od postaja s minimalnim antropogenim utjecajem do vrlo onečišćenih luka, a provest će se i ekološka karakterizacija postaja. 2) Utvrdit će se genetska diferencijacija populacija dagnji na istraživanim postajama koristeći mnogobrojne genomske regije. Pomoću Bayesian populacijske genomske analize kvantificirat će se genetska strukturiranost, dobiti uvid u protok gena i veličinu populacija te identificirati iznimno diferencirani lokusi koji ukazuju na divergentnu adaptaciju. Ovim će se rezultatima ujedno i utvrditi na koji način onečišćenje utječe na genetsku strukturiranost populacija i pojavu brze evolucije. 3) Utvrdit će se poveznice između genotipova, fenotipova i fitnesa kombinacijom metode GWAS (genomsko asocijacijsko mapiranje) i transplantacijskog izlaganja jedinki. Na ovaj način kvantificirat će se genomska arhitektura varijabilnosti fitnesa i utvrditi da li iste genomske regije uvjetuju populacijsku divergenciju i fitnes jedinki. 4) Analizom metiliranosti DNA utvrdit će se ima li onečišćenje utjecaj na epigenetičke mehanizme, odnosno uzrokuje li promjene DNA izuzev promjena nukleotidnog slijeda. Svi prikupljeni rezultati omogućit će bolje razumijevanje bioloških učinaka onečišćenja, čime će se proširiti spoznaje ne samo u temeljnim nego i u primijenjenim istraživanjima. Primjerice, rezultati ovog istraživanja dat će nova saznanja u evolucijskoj biologiji posebice u pogledu pitanja o načinu, jačini i brzini utjecaja selekcije na genom. Nadalje, kvantificirat će se utjecaj selekcije na određene regije genoma u pojedinim populacijama, te tako testirati ponovljivost i povezanost u procesima biološke divergencije. S gledišta primjenjivosti, saznanja o uvjetovanosti fitnesa školjkaša mogu se koristiti za poboljšanje prinosa u akvakulturi, a informacije dobivene biomonitoringom onečišćenja koristit će u zaštiti okoliša i turizmu. Predloženi projekt rezultirat će publikacijama u visoko kvalitetnim znanstvenim časopisima, te implementirati najnovija dostignuća iz genomske i računalne tehnologije u hrvatsku znanost. |
| Amount requested from UKF: |
1.468.659,61 HRK |
| Amount of matching funding: |
293.734,00 HRK |
|
|
|
