MicroRNA in the development and craniofacial morphogenesis of polymorphic Arctic charr (Salvelinus alpinus)

MicroRNAs (miRNAs) are post-transcriptional regulators of gene expression with important roles in the development of animals. The expansive and highly conserved repertoire of vertebrate miRNAs has been proposed as a significant contributor to the clades morphological evolution. Arctic charr is a highly polymorphic species showing great divergence in a wide variety of traits such as adult body size and craniofacial morphology. Here we attempt to further characterize candidate miRNAs in teleost development, involved in processes such as skeletogenesis and developmental timing. We employ qPCR to study the expression of candidate miRNAs in the early development of three Arctic charr morphs and aquaculture charr. Our results suggest a differential expression of miR-199a, miR-17 and miR-19a between dwarf charr compared to other morphs (with lower miR-199a but higher miR-17 and miR-19a expression). We find that Arctic charr has two complete miR-17-92 clusters (containing six miRNAs including miR-17 and miR-19a) and multiple paralogous sequences in our charr genome assemblies. Furthermore, a functional analysis of miR-199a via miR-199a inhibition in zebrafish embryos, results in distinctive changes in craniofacial morphology compared to control groups, mimicking features of the benthic phenotype of Arctic charr. The transcription factor Ets2 was not validated as a target of miR-199a with our current luciferase assay design. Lastly, we show that expression of let-7a in Arctic charr is consistent with the conserved temporal expression of let-7 in bilaterian development. Together, these findings describe the state of selected miRNAs in Arctic charr development and implicate miR-199a in shaping teleost craniofacial morphogenesis.

MicroRNA (miRNA) stýra próteintjáningu og gegna mikilvægu hlutverki í þroskun og lífeðlisfræðilegum ferlum dýra sem og annarra heilkjörnunga. Margar vel varðveittar miRNA sameindir í hryggdýrum eru taldar hafa gegnt mikilvægu hlutverki í formfræðilegri (e. morhological) þróun þeirra. Bleikja er tegund beinfisks sem sýnir óvenumikinn breytileika í mörgum eiginleikum, svo sem stærð og lögun höfuðs. Ýmsum ólíkum afbrigðum bleikju hefur verið lýst byggt á stærð og byggingu höfuðbeina. Í Þingvallavatni finnast fjögur afbrigði; annars vegar dvergbleikja (SB) og kuðungableikja (LB) sem hafa ávalt höfuð og stuttan neðri kjálka, og hins vegar murta (PL) og sílableikja (PI) sem hafa ílangt höfuð og lengri neðri kjálka. Í þessu verkefni var kannað hlutverk valdra miRNA gena í þroskun beinfiska, í ferlum eins og beinmyndun eða tímasetningu þroskunarferla. qPCR greiningu var beitt til að kanna tjáningu valdra miRNA gena snemma í þroskun þriggja afbrigða Þingvallableikju og eldisbleikju. Niðurstöðurnar benda til þess að miR-199a, miR-17 og miR-19a séu mistjáð milli dvergbleikju og annara bleikjuafbrigða (með lægri miR-199a en hærri miR-17 og miR-19a tjáningu). Það finnast tveir heilir miR-17-92 klasar og nokkur fjöldi samrænna (e. paralogous) klasa í erfðamengi bleikju. Tilraunir með zebrafiskafóstur, sýndu að bæling á miR-199a veldur marktækum breytingum á lögun höfuðs, sem líkja eftir vissum eiginleikum SB og LB. Vísbendingar um að Ets2 umritunarþátturinn sé eitt af markgenum miR-199a var ekki hægt að staðfesta. Loks var sýnt að tjáning let-7a í bleikju er í samræmi við varðveitt tjáningarmunstur let-7 í þroskun tvíhliða dýra (e. bilateria). Samantekið lýsa þessar niðurtöður áhrifum valdra miRNA gena á þroskun bleikju og benda til mikilvægs hlutverks miR-199a í að móta formþroskun (e. morphogenesis) höfuðs í beinfiskum.