Andreas Wallbergs forskargrupp

Populationsgenomik och evolutionär genetik

Forskningsområden

Genom att analysera mönster av genetisk variation inom och mellan populationer kan vi förstå hur olika evolutionära processer – såsom genetisk drift, spridning, selektion och anpassning – har format arvsmassan och arters evolutionära historia. Dessa processer är särskilt dåligt förstådda hos marina arter, som ofta är svåra att provta, har komplexa livscykler och höga nivåer av genetisk variation.

• Hur är genflödet strukturerat mellan populationer i öppet hav?
• Påverkar havsströmmar utbytet av genetiskt material?
• Är hyper-abundanta djurplankton i stort sett opåverkade av genetisk drift?
• I vilken utsträckning är observerad genetisk variation adaptiv?
• Är populationer genetiskt anpassade till sina lokala miljöer?
• Hur kan vi spåra och förklara den snabba expansionen av genomstorlek hos många kräftdjur?
• Har djurplankton, som ofta spelar nyckelroller i marina ekosystem, förmåga att genetiskt anpassa sig till ett förändrat klimat? Vilka bestånd är mest utsatta och vilka blir konsekvenserna för marina näringsvävar?

Detta är några av de stora frågor vi försöker besvara. Vår forskning drivs av de dramatiska förändringarna och den osäkra framtiden för våra havsekosystem, samt den bristande kunskapen om några av planetens vanligaste djurarter.

Anpassning och evolution i havet: ekologisk genomik hos krill och hoppkräftor

Vårt forskningsprogram startade 2018 och har tilldelats flera nationella forskningsanslag för att studera nyckelarter bland djurplankton: de räkliknande lysräkorna (krill) och de små hoppkräftorna av släktet Calanus. Planktoniska kräftdjur utgör hälften av planetens djurbiomassa och är som stora konsumenter av alger och föda för ekologiskt och kommersiellt viktiga fiskar och däggdjur, avgörande länkar mellan primärproduktion och högre trofiska nivåer. Oroväckande nog verkar många arter av krill och hoppkräftor minska i antal på grund av havsuppvärmning.

Genetiska resurser som kan hjälpa oss att spåra populationsdynamik och förstå hur dessa arter kommer att reagera på fortsatt förändring (genom genetisk anpassning, migration eller utdöende) saknas till stor del. Detta beror främst på att dessa kräftdjurs genom är stora och komplexa – 2 till 14 gånger större än människans – vilket gör dem mycket svåra att kartlägga och studera.

Vi strävar efter att använda den senaste tekniken inom genomik för att förstå hur krill och hoppkräftor är anpassade till havsmiljön och hur de kan komma att reagera på pågående och framtida klimatförändringar. För detta använder vi avancerad DNA- och RNA-sekvensering (nästa generations och tredje generationens tekniker) för att sätta samman deras genom, annotera funktionella element och kartlägga genetisk variation.

Vi samarbetar med ett internationellt nätverk av marina ekologer för att samla in, sekvensera och analysera prover från världens hav. Detta innebär fältarbete vid stationer eller expeditioner för att samla in material från olika miljöer. Med hjälp av bänkmaskiner som MinION Nanopore-sekvenserare, eller större maskiner som Illumina och PromethION vid SciLifeLab, producerar vi sekvensdata för att sätta samman deras genom och transkriptom samt katalogisera variation mellan populationer och arter. Därefter tillämpar vi populations- och jämförande genomik för att avslöja deras evolutionära historia och identifiera de genetiska mekanismer som ligger bakom differentiering och anpassning.

Våra pågående projekt syftar till att:

• Sätta samman och annotera referensgenomet för nordlig krill (Meganyctiphanes norvegica, 18 Gbp) och identifiera adaptiv genetisk variation genom att sekvensera populationer från varma och kalla vatten i Nordatlanten.
• Jämföra evolutionstakten i hundratals transkriptom från olika krillarter för att identifiera gener som utvecklats under positiv selektion och bidragit till anpassning.
• Sätta samman genomet för en arktisk Calanus-art för att förstå neutrala och adaptiva processer bakom den stora variationen i genomstorlek inom arten.

Här finns några populärvetenskapliga vloggar från en nyligen genomförd fältkampanj i Indiska och Södra oceanen.

Vår forskargrupp utvecklar nya och grundläggande genomiska resurser för att bättre förstå anpassning och evolution i havet, inklusive utveckling av nya laboratorieprotokoll och bioinformatiska metoder för att påskynda analyser och forskning.