Research Open Access
Long-wavelength sensitive visual pigments of the guppy (Poecilia
reticulata): six opsins expressed in a single individual
Cameron J Weadick and Belinda SW Chang*
Address: Departments of Ecology & Evolutionary Biology, Cell & Systems Biology, and Centre for the Analysis of Genome Evolution & Function,
University of Toronto, 25 Harbord Street, M5S3G5, Ontario, Canada
Email: Cameron J Weadick - cameron.weadick@utoronto.ca; Belinda SW Chang* - changb@zoo.utoronto.ca
* Corresponding author




Abstract

Background:

The diversity of visual systems in fish has long been of interest for evolutionary
biologists and neurophysiologists, and has recently begun to attract the attention of molecular
evolutionary geneticists. Several recent studies on the copy number and genomic organization of
visual pigment proteins, the opsins, have revealed an increased opsin diversity in fish relative to
most vertebrates, brought about through recent instances of opsin duplication and divergence.
However, for the subfamily of opsin genes that mediate vision at the long-wavelength end of the
spectrum, the LWS opsins, it appears that most fishes possess only one or two loci, a value
comparable to most other vertebrates. Here, we characterize the LWS opsins from cDNA of an
individual guppy, Poecilia reticulata, a fish that is known exhibit variation in its long-wavelength
sensitive visual system, mate preferences and colour patterns.

Results:

We identified six LWS opsins expressed within a single individual. Phylogenetic analysis
revealed that these opsins descend from duplication events both pre-dating and following the
divergence of the guppy lineage from that of the bluefin killifish, Lucania goodei, the closest species
for which comparable data exists. Numerous amino acid substitutions exist among these different
LWS opsins, many at sites known to be important for visual pigment function, including spectral
sensitivity and G-protein activation. Likelihood analyses using codon-based models of evolution
reveal significant changes in selective constraint along two of the guppy LWS opsin lineages.

Conclusion:

The guppy displays an unusually high number of LWS opsins compared to other fish,
and to vertebrates in general. Observing both substitutions at functionally important sites and the
persistence of lineages across species boundaries suggests that these opsins might have functionally
different roles, especially with regard to G-protein activation. The reasons why are currently
unknown, but may relate to aspects of the guppy's behavioural ecology, in which both male colour
patterns and the female mate preferences for these colour patterns experience strong, highly
variable selection pressures.
from First International Conference on Phylogenomics
Sainte-Adèle, Québec, Canada. 15–19 March, 2006
Published: 8 February 2007
BMC Evolutionary Biology 2007, 7(Suppl 1):S11 doi:10.1186/1471-2148-7-S1-S11
<supplement> <title> <p>First International Conference on Phylogenomics</p> </title> <editor>Hervé Philippe, Mathieu Blanchette</editor> <note>Proceedings</note> </supplement>
© 2007 Weadick and Chang; licensee BioMed Central Ltd.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0),
which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

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Open-Access-Forschung
Langwellige sensible Bild-Pigmente des Guppy (Poecilia
reticulata): sechs Opsine in einem einzigen Individuum exprimiert
Cameron J Weadick und Belinda Chang SW *
Adresse: Abteilung für Ökologie und Evolutionsbiologie, Zell-und Systembiologie, und Zentrum für die Analyse von Genom-Evolution & Function,
University of Toronto, 25 Harbord Street, M5S3G5, Ontario, Kanada
E-Mail: Cameron J Weadick - cameron.weadick @ utoronto.ca; Belinda Chang SW * - changb@zoo.utoronto.ca
* Korrespondenzautor

Zusammenfassung

Hintergrund
Die Vielfalt der visuellen Systeme beim Fisch war seit langem von Interesse für Evolutions-Biologen und Neurophysiologen und hat vor kurzem begonnen, die Aufmerksamkeit der Molekular-Evolutions-Genetiker zu gewinnen.
Mehrere neuere Studien über die Kopienzahl und die genomische Organisation
Sehpigment-Proteine, die Opsine, haben eine erhöhte Opsin-Vielfalt bei Fischen gegenüber den meisten Wirbeltiere enthüllt, herbeigeführt durch die jüngsten Fälle von Opsin Duplikation und Divergenz.
Doch für die Unterfamilie der Opsin-Gene, die die Sicht Vision auf das langwelligen Ende des
Spektrums, die LWS Opsine, vermittelt, scheint es, dass die meisten Fische nur ein oder zwei Loci besitzen, ein Wert vergleichbar mit dem der meisten anderen Wirbeltieren. Hier charakterisieren wir die LWS Opsine aus der cDNA eines
einzelnen Guppys, Poecilia reticulata, einem Fisch, der dafür bekannt ist dass er die Variation seines sensitiven, visuellen Langwellen Systems zeigt, und zwar in seinen Paarungs Vorlieben und Farbmustern.

Resultate
Wir identifizierten sechs LWS Opsine, die innerhalb eines einzelnen Individuums ausgeprägt.
Die phylogenetische Analyse ergab, dass diese Opsine aus Duplikationsereignissen herrühren und sowohl der Vordatierung als auch nach der Guppy-Abstammung dem blauflossigen, Lucania goodei, der nächsten Art, für die vergleichbare Daten vorliegen, folgen.
Zahlreiche Aminosäuresubstitutionen existieren unter diesen verschiedenen
LWS Opsine, viele befinden sich an den Orten, die bekanntermaßen wichtig für die Sehpigment-Funktion, einschließlich spektrale Empfindlichkeit und G-Protein-Aktivierung sind. Wahrscheinlichkeits-Analysen unter Verwendung der Codon-basierten Modelle der Evolution

Schluss
Der Guppy zeigt eine ungewöhnlich hohe Zahl von LWS Opsine im Vergleich zu anderen Fischen
und Wirbeltieren im allgemeinen. Beobachtet man beide Substitutionen an funktionell wichtigen Orten und die Persistenz von (Abstammungs-) Linien über Artgrenzen hinweg, liegt es nahe, dass diese Opsine funktional verschiedene Rollen haben könnten, insbesondere im Hinblick auf G-Protein-Aktivierung.
Die Gründe dafür sind zur Zeit unbekannt, können sich aber auf Aspekte der Verhaltensökologie der Guppys beziehen, in der sowohl männliches Farbmuster als auch die weiblichen Paarungs-Präferenzen für diese Farbmuster einen starken, sehr variablen Selektionsdruck erleben.

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