Evolution of tissue-specific transcriptomes across bilaterian animals

Abstract

Regulated Gene Expression (rGE) and Alternative Splicing (rAS) are two of the main mechanisms contributing to tissue-phenotypic diversity within and between species. In this thesis, we aim at characterizing rGE and rAS patterns impacting tissue-specific transcriptomes throughout ~600 million years of bilaterian evolution. Our work revolves around (1) a vast RNA-seq dataset covering eight tissues across a symmetric phylogeny of twenty bilaterian species (eight vertebrates, eight insects and two pairs of outgroups); and (2) the exclusive focus on bilaterian-conserved genes. First, we identify ancestral tissue-specific rGE patterns, together with parallel, convergent and divergent evolutionary trajectories between and within vertebrates and insects. Second, we develop a software to infer exon orthologies at any evolutionary distance, a crucial prerequisite for rAS evolutionary analyses. Third, we characterize a compendium of tissue-specific exons across all species. Finally, we compare rGE- and rAS- regulated genes, extracting unique features associated with each type of tissue-specific regulation.

La regulación de la expresión génica (rGE) y el empalme alternativo (rAS) son dos de los principales mecanismos que contribuyen a la diversidad fenotípica de tejidos dentro y entre especies. En esta tesis, nuestro objetivo es caracterizar los patrones de rGE y rAS que afectan a los transcriptomas específicos de tejido a lo largo de ~600 millones de años de evolución bilateral. Nuestro trabajo gira en torno a (1) un vasto conjunto de datos de RNA-seq que cubre ocho tejidos en una filogenia simétrica de veinte especies bilaterales (ocho vertebrados, ocho insectos y dos pares de grupos externos); y (2) el enfoque exclusivo en genes conservados bilateralmente. Primero, identificamos patrones de rGE específicos de tejidos ancestrales, junto con trayectorias evolutivas paralelas, convergentes y divergentes entre y dentro de vertebrados e insectos. En segundo lugar, desarrollamos un software para inferir ortologías de exón a cualquier distancia evolutiva, un requisito previo crucial para los análisis evolutivos de rAS. En tercer lugar, caracterizamos un compendio de exones específicos de tejido en todas las especies. Finalmente, comparamos genes regulados por rGE y rAS, extrayendo características únicas asociadas con cada tipo de regulación específica de tejido.