Abstract
Gametegroottedimorfisme tussen de geslachten (anisogamie) zou geëvolueerd zijn uit een isogaam systeem waarin de geslachten even grote, monomorfe gameten hebben. Hoewel er veel adaptieve verklaringen zijn voor de evolutie van anisogamie, ontbreekt het ons aan vergelijkbare inzichten in de moleculaire veranderingen die de overgang van monomorfisme naar dimorfisme bewerkstelligen. De basale schimmelclade Allomyces biedt unieke mogelijkheden om de genomische veranderingen te onderzoeken die gepaard gaan met deze overgang in nauw verwante soorten die ofwel isogame ofwel anisogame paringssystemen vertonen. De anisogame soorten vertonen seksueel dimorfisme in gametgrootte, aantal, pigmentatie en beweeglijkheid. Wij hebben de transcriptomen gesequeneerd van vijf Allomyces isolaten die de twee paringssystemen vertegenwoordigen, waaronder zowel mannelijke als vrouwelijke fenotypes bij de anisogame soorten. Maximale waarschijnlijkheid reconstructie van de voorouderlijke karaktertoestand, uitgevoerd in MESQUITE met behulp van de de-novo geassembleerde transcriptomen, gaf aan dat anisogamie waarschijnlijk één keer geëvolueerd is in Allomyces, en een afgeleid karakter is zoals voorspeld in de theorie. We vonden dat seksuele stadia van Allomyces homologs tot expressie brengen van verschillende genen waarvan bekend is dat ze betrokken zijn bij de geslachtsbepaling in modelorganismen als Drosophila en de mens. Bovendien ondersteunt de expressie van CatSper homologs in mannelijke en vrouwelijke monsters in onze analyse de hypothese dat interactie tussen gameten in de anisogame soorten van Allomyces vergelijkbare moleculaire gebeurtenissen met zich meebrengt als de interactie tussen eicel en zaadcel bij dieren, waaronder de mens. Hoewel de stammen die beide paringssystemen vertegenwoordigen een groot deel van het transcriptoom delen, wat recente gemeenschappelijke voorouders ondersteunt, wijst de analyse van de evolutiesnelheid aan de hand van individuele genbomen op hoge substitutiesnelheden en divergentie tussen de stammen. Samenvattend vinden we dat anisogamie waarschijnlijk één keer is geëvolueerd bij Allomyces, waarbij convergerende mechanismen zijn gebruikt voor die in andere taxa.