A cost‐and‐time effective procedure to develop SNP markers for multiple species: A support for community genetics. Issue 9 (5th July 2018)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Delord, Chrystelle; Lassalle, Gilles; Oger, Adrien; Barloy, Dominique; Coutellec, Marie‐Agnes; Delcamp, Adline; Evanno, Guillaume; Genthon, Clemence; Guichoux, Erwan; Le Bail, Pierre‐Yves; Le Quilliec, Patricia; Longin, Guillaume; Lorvelec, Olivier; Massot, Marie; Reveillac, Elodie; Rinaldo, Raphaelle; Roussel, Jean‐Marc; Vigouroux, Regis; Launey, Sophie; Petit, Eric J.
• Editors: Bunce, Michael
• Is Part Of: Methods in ecology and evolution. Volume 9:Issue 9(2018)
• Page Start: 1959
• Page End: 1974
• Publication Date: 2018-07-05
• Subjects: community genetics -- comparative genetic studies -- Guiana shield fish -- MassARRAY -- nonmodel organisms -- pipeline -- RAD‐Seq -- SNP development; Ecology -- Periodicals; Evolution -- Periodicals; 577
• DOI: 10.1111/2041-210X.13034
• Languages: English
• ISSNs: 2041-210X

Abstract

Abstract: Multispecies population genetics is an emerging field that provides insight relevant to conservation biology and community ecology. However, to date, this approach is limited to species with available genetic resources. The use of thousands of single‐nucleotide polymorphism (SNP) markers developed from recent genotyping‐by‐sequencing (GBS) technologies is a roadmap for the study of nonmodel species, but remains cost prohibitive when several, distantly related species are involved. We aimed to overcome this issue using a single HiSeq3000 run of restriction‐site associated DNA sequencing (RAD‐Seq) to retrieve SNP markers for 40 diverse species including plants, invertebrates, fish, and mammals. We developed a Python‐based pipeline to isolate c . 100–500 high‐quality SNP markers for each species that could be genotyped through classical PCR amplification methods. To assess the quality of these markers, we validated our approach on c . 160 of the characterized SNPs for each of 18 Neotropical fish species from the river Maroni (French Guiana, South America), using the MassARRAY iPLEX platform from Agena Bioscience (San Diego, CA, USA). A run of the pipeline applying stringent filtering parameters enabled the successful design of between 130 and 3, 492 SNP markers for 30 of the 40 study species. Relaxing pipeline parameters allows for an increase in the number of detected SNPs. Across the 18 species from French Guiana, an average of 85% of markers were successfully amplified, polymorphic, and scored in ≥90% of individuals ( c . 200 individuals per species). The great majority (>98%) of these markers were at Hardy–Weinberg equilibrium in each sampling site from the river Maroni. This SNP discovery was performed at the cost of c . $US110 for each of the 40 species. Genotyping was performed at the cost of c . $US6000 for each of the 18 fish species with an average of 200 individuals per species. This strategy was found cost‐and‐time efficient to develop hundreds of SNP markers for a large range of nonmodel species, which can be used to investigate ecological and evolutionary questions that do not require whole‐genome coverage. Résumé: La génétique des populations comparée entre plusieurs espèces, constitue un axe émergent dans l'appréhension de questions relatives à la biologie de la conservation et à l'écologie des communautés. Cependant, cette approche reste à ce jour restreinte aux espèces pour lesquelles des ressources génétiques sont disponibles. L'utilisation de plusieurs milliers de marqueurs de type SNP (single‐nucleotide polymorphism) développés via les technologies de génotypage‐par‐séquençage présente un avantage certain pour l'étude d'espèces non‐modèles, mais garde un coût prohibitif lorsque plusieurs espèces sont impliquées. Nous nous proposons de répondre à ces considérations par le développement de marqueurs SNP pour 40 espèces de divers taxa incluant plantes, invertébrés, poisons et mammifères à partir du séquençage de marqueurs RAD‐sequencing sur un seul run de HiSeq3000. Nous présentons un pipeline informatique ayant pour but d'isoler, pour chaque espèce, 100 à 500 SNPs de haute qualité, c'est‐à‐dire pouvant être génotypés de façon robuste via des techniques classiques d'amplification par PCR. Pour évaluer la qualité de ces marqueurs, nous validons notre approche sur un sous‐échantillonnage de c . 160 des SNPs spécifiquement caractérisés pour 18 espèces de poissons néotropicaux provenant du bassin versant du Maroni (Guyane française, Amérique du Sud). Nous utilisons pour cela les équipements proposés par une plateforme de type MassARRAY iPLEX, et développés par Agena Bioscience (San Diego, CA, USA). L'utilisation de paramètres stringents au cours d'un run du pipeline a permis d'isoler entre 130 et 3492 SNPs pour 30 des 40 espèces focales. Des paramètres plus tolérants augmentent le nombre de SNPs isolés. Parmi les 18 espèces de Guyane française, en moyenne 85% des marqueurs ont été amplifiés avec succès chez au moins 90% des individus génotypés ( c . 200 par espèce). La grande majorité (>98%) de ces marqueurs étaient à l'équilibre de Hardy‐Weinberg dans chacun des sites d'échantillonnage du bassin du Maroni. Le coût de ce développement de marqueurs SNP avoisinait 110$ pour chacune des 40 espèces. La procédure de génotypage consécutive avoisinait 6000$ pour chacune des 18 espèces de Guyane française avec en moyenne 200 individus par espèce. La stratégie proposée s'avère d'une grande efficacité pour développer jusqu'à plusieurs centaines de marqueurs SNPs pour une large gamme d'espèces non‐modèles, ouvrant des perspectives d'étude de questions écologiques ou évolutives qui ne nécessiteraient toutefois pas d'approche génomique à très haute densité de marqueurs.