{"id":16705,"date":"2026-08-19T12:25:27","date_gmt":"2026-08-19T10:25:27","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/alexander-iain-tulloch-lapresa\/"},"modified":"2026-08-19T12:25:35","modified_gmt":"2026-08-19T10:25:35","slug":"alexander-iain-tulloch-lapresa","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/alexander-iain-tulloch-lapresa\/","title":{"rendered":"Alexander Iain Tulloch Lapresa"},"content":{"rendered":"","protected":true},"excerpt":{"rendered":"","protected":true},"author":8,"featured_media":16706,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-16705","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","post-password-required","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"main_text":"","naam_van_het_proefschift":"The Gamblers\u2019 Guide to Genetics","samenvatting":"Seks is alomtegenwoordig onder eukaryoten, maar het langetermijnvoordeel van seks is theoretisch nog niet vastgesteld. Cruciaal is dat genen niet individueel worden geselecteerd, maar collectief als onderdeel van een genoom. Individuele genomen produceren door mutatie zowel gunstige als nadelige allelen van deze genen, die vaak getranscribeerd moeten worden (zelfs relatief ten opzichte van omgevingsomstandigheden) om een fit fenotype te genereren. Seksuele reproductie is het mechanisme dat deze genen van elkaar scheidt, waardoor zowel gunstige allelen worden samengebracht als de verwijdering van nadelige allelen effici\u00ebnter wordt gemaakt. Elk voordeel van seksuele reproductie moet voortkomen uit deze generatie van adaptieve allelcombinaties.\n\nMeiose is het proces waarbij allelen op homologe chromosomen worden uitgewisseld. Om dit te doen, worden dubbelstrengsbreuken (DSB's) in het chromosoom gerepareerd door homologe recombinatie als crossovers (CO) of non-crossovers (NCO's), beide gebeurtenissen die potentieel nieuwe allelcombinaties vormen. Meerdere methodologie\u00ebn geven aan dat de snelheid van meiotische crossovers over het genoom varieert in alle soorten, wat een \"recombinatielandschap\" vormt. Bij veel soorten verandert dit recombinatielandschap in verschillende omgevingen, wat adaptief potentieel kan hebben.\n\nHet doel van mijn proefschrift was om een mogelijke verklaring voor veranderingen in meiotische landschappen in verschillende omgevingen te bestuderen, namelijk een mogelijke associatie tussen transcriptie en meiotische recombinatie. Om deze hypothese te testen, hebben we geprobeerd differenti\u00eble meiotische recombinatielandschappen te induceren door veranderingen in gentranscriptie in zowel Saccharomyces paradoxus als Arabidopsis thaliana.\n\nIn Hoofdstuk II bespreken mijn co-auteurs en ik de rol van de histonmethyleringsmarkering H3K4me3 als een doelwit voor katalyse van DSB's tijdens meiose bij eukaryoten. In alle eukaryoten is H3K4me3 geassocieerd met getranscribeerde gensequenties, wat bij de meeste bestudeerde soorten betekent dat meiotische dubbelstrengsbreuken, en bijgevolg crossover-vorming, worden gerekruteerd naar getranscribeerde DNA-sequenties. Omdat de expressie van genen vaak afhankelijk is van de omgevingscontext, kunnen H3K4me3-markeringen ten minste gedeeltelijk veranderingen in het recombinatielandschap verklaren. Of een associatie van transcriptie en meiotische recombinatie adaptieve voordelen heeft die voortvloeien uit het associ\u00ebren van meiotische recombinatie met DNA-sequenties onder selectie, evenals de specifieke associatie met transcriptiestartplaatsen, moet theoretisch nog worden onderzocht.\n\nHoofdstuk III beschrijft het nieuwe CREPES-algoritme dat wordt gebruikt om meiotische recombinatie te detecteren met behulp van variantposities in short-read sequenties. CREPES classificeert reads (of paired-end reads) als recombinant, niet-recombinant of niet-informatief. Om deze methode te valideren, hebben we CREPES toegepast op 250 bp paired-end reads geproduceerd uit bulk meiotische nakomelingen van een Saccharomyces paradoxus-kruising tussen ouders die op 1,59% van de sequentieposities uiteenliepen. We kozen ervoor om alleen reads te tellen die ten minste twee opeenvolgende variantposities van elke ouder bevatten, waardoor mogelijke sequencingfouten werden vermeden. Omdat deze reads relatief kort zijn, kan onze methode geen onderscheid maken tussen CO's en NCO's, waarvoor genconversie-gebeurtenissen ongeveer 2 kbp beslaan. Classificatie van reads als informatief of niet-informatief, en het uitfilteren van optische duplicaten verminderde de effectieve dekking van ~1.200X naar ~320X. Ondanks dat ~85% van het genoom werd gedekt door informatieve reads, konden we slechts maximaal ~50% van de verwachte recombinatie-gebeurtenissen detecteren die eerder in vergelijkbare kruisingen waren gedetecteerd. Dit waarschijnlijke (maar niet geverifieerde) gebrek aan gevoeligheid zou te wijten kunnen zijn aan een gebrek aan informatie op de ~15% van het genoom die hoge niveaus van homologie vertoont, vooral gezien het feit dat er een bias kan zijn in recombinatie richting homologe sequenties. Om de posities van meiotische recombinatie te onderzoeken, hebben we het referentiegenoom verdeeld in vensters van 500 bp en de recombinante paired-read dekking gedeeld door de totale informatieve dekking. Correlaties binnen monsters waren laag op het vensterniveau van 500 bp, maar namen toe met de venstergrootte, waardoor de studie van recombinatie op genniveau en daarboven een haalbare oefening werd. Ondanks de beperkingen van CREPES kan het mogelijk zijn om veranderingen in het recombinatielandschap te detecteren, met name bij gebruik van vensters groter dan 2,5 kbp.\n\nHoofdstuk IV gebruikt de methode ontwikkeld in Hoofdstuk III om de veranderingen in het recombinatielandschap op genniveau tussen verschillende omgevingen te onderzoeken. We kweekten de S. paradoxus-stam uit Hoofdstuk III in glucose bij 30 \u00b0C, glucose bij 25 \u00b0C en galactose bij 30 \u00b0C om differenti\u00eble transcriptie te induceren. RNAseq bevestigde differenti\u00eble transcriptie tussen de monsters, maar leverde verrassend genoeg ook transcriptionele handtekeningen van vroege meiose op in glucose bij 30 \u00b0C. Vervolgens induceerden we sporulatie via stikstof- en koolstofuithongering in KAc en sequensten we de nakomelingen in bulk. Om recombinatie te analyseren, schatten we de verhouding van recombinante read-dekking bij vensters van 2,5 kbp gecentreerd op de transcriptiestartplaats van genen. Hoewel we significante verschillen konden detecteren in Spearman-correlatie van vensterspecifieke recombinatiesnelheden tussen condities en tussen vensters met hoge en globale transcriptie, werd slechts een lage correlatie gevonden tussen recombinatiesnelheid en transcriptie, en geen effecten die toe te schrijven waren aan differenti\u00eble transcriptie. Er zijn veranderingen in het meiotische recombinatielandschap geassocieerd met de somatische groeiomgeving, en een zwakke algemene associatie tussen transcriptie en recombinatie, maar geen associatie tussen veranderingen in transcriptie en recombinatie tussen de verschillende behandelingen.\n\nIn Hoofdstuk V bestudeerden we het effect van hormoontoepassing op de recombinatiesnelheid in Arabidopsis thaliana met behulp van \"traffic lines\". Om recombinatie te volgen in regio's die geassocieerd zijn met omgevingsge\u00efnduceerde genen, kozen we A. thaliana traffic lines die DsRed en GFP fluoroforen bevatten. Er werden acht lijnen geselecteerd met fluorofoor-coderende genen die tussen vier en negentien centimorgan uit elkaar lagen. In drie van de lijnen omvatte de door fluoroforen begrensde regio methyljasmonaat-responsieve genen, twee salicylzuur-responsieve genen, naast drie andere die voor andere criteria waren geselecteerd. We besproeiden heterozygote lijnen met oplossingen van methyljasmonaat en salicylzuur gedurende de bloei, waarbij we recombinatiesnelheden schatten binnen de acht door markeringen geflankeerde vensters. Pilottesten van differenti\u00eble transcriptie met behulp van qPCR vertoonden differenti\u00eble inductie van een reeks doelgenen in wild-type planten. Om de algehele transcriptionele respons van de planten op de hormoonbehandelingen te detecteren, sequensten we totaal RNA van bloemmeristemen boven de eerste open bloem, inclusief alle meiocyten. Er werden geen significante veranderingen in transcriptiesnelheid waargenomen die toe te schrijven waren aan hormoontoepassing, ondanks zichtbare fenotypische verschillen in de planten. Zoals verwacht kon worden uit dit resultaat onder onze hypothese, detecteerden we geen significante veranderingen in recombinatie in een van onze monsters. De hoeveelheid variatie in recombinatiesnelheid die we waarnamen was vergelijkbaar met eerdere studies. Meer gerichte bemonsteringsmethoden en kleinere vensters van analyse kunnen nodig zijn om een impact van transcriptie-effecten op meiotische recombinatie te detecteren. Concluderend hebben we geen veranderingen in het bloemtranscriptoom noch in meiotische crossover-snelheden gedetecteerd die toe te schrijven zijn aan hormoontoepassing en konden we daarom geen significante conclusie trekken over de associatie tussen transcriptie en recombinatie in A. thaliana.\n\nConcluderend is de hypothese uiteengezet in Hoofdstuk II nog niet goed getest. Dit is te wijten aan een combinatie van onvolledige recombinatiegegevens van CREPES (beschreven in Hoofdstuk III), ongepaste omgevingsomstandigheden (in Hoofdstuk IV), en een combinatie van buitensporig grote analyse-venstergroottes en ongepaste weefselbemonstering (in Hoofdstuk V). Ondanks deze tegenslagen liet Hoofdstuk IV wel zien dat genoombrede recombinatiesnelheden veranderen in verschillende omgevingen, wat verder onderzoek naar veranderende recombinatielandschappen rechtvaardigt. Om dit te doen zou het bestuderen van recombinatie op een hogere resolutie vereist zijn, ofwel met behulp van marker-geassisteerde selectie op een klein aantal genen, ChIPseq geassocieerd met meiotische DSB's, of volledige genoomsequencing van individuele nakomelingen.","summary":"Sex is ubiquitous among eukaryotes, yet the long-term advantage of sex has yet to be theoretically determined. Crucially, genes are not selected individually, but collectively as part of a genome. Individual genomes produce through mutation both beneficial and deleterious alleles of these genes, which often must be transcribed (even relative to environmental conditions) to generate a fit phenotype. Sexual reproduction is the mechanism separating these genes from each other, both bringing beneficial alleles together and making the removal of deleterious alleles more efficient. Any benefit of sexual reproduction must come from this generation of adaptive allele combinations.\n\nMeiosis is the process whereby alleles on homologous chromosomes are exchanged. To do so, double strand breaks (DSBs) in the chromosome are repaired through homologous recombination as either crossovers (CO) or non-crossovers (NCOs), both events potentially forming new allele combinations. Multiple methodologies indicate the rate of meiotic crossovers varies across the genome in all species, forming a \u201crecombination landscape\u201d. In many species this recombination landscape changes across different environments, which may have adaptive potential.\n\nThe aim of my thesis was to study a possible explanation for changes in meiotic landscapes across environments, namely a possible association between transcription and meiotic recombination. To test this hypothesis, we attempted to induce differential meiotic recombination landscapes from changes in gene transcription in both Saccharomyces paradoxus and Arabidopsis thaliana.\n\nIn Chapter II, my coauthors and I review the role of the histone methylation mark H3K4me3 as a target for catalysis of DSBs during meiosis across eukaryotes. In all eukaryotes H3K4me3 is associated with transcribed gene sequences, which in most studied species means meiotic double strand breaks, and by consequence crossover formation is recruited to transcribed DNA sequences. As the expression of genes is often dependent on environmental context, H3K4me3 marks may at least partially explain changes in recombination landscape. Whether an association of transcription and meiotic recombination has adaptive benefits derived from associating meiotic recombination to DNA sequences under selection, as well as its specific association to transcription start sites, remains to be theoretically explored.\n\nChapter III describes the new CREPES algorithm used to detect meiotic recombination using variant positions in short-read sequences. CREPES classifies reads (or paired-end reads) as either recombinant, non-recombinant, or uninformative. To validate this method, we applied CREPES to 250 bp paired-end reads produced from bulk meiotic progeny of a Saccharomyces paradoxus cross between parents diverging at 1.59 % of sequence positions. We chose to count only reads that contained at least two consecutive variant positions from each parental type, avoiding possible sequencing errors. As these reads are relatively short, our method cannot distinguish COs from NCOs, for which gene-conversion events span ~ 2kbp. Classification of reads as informative or non-informative, and the filtering out of optical duplicates reduced the effective coverage from ~1,200X to ~320X. Despite ~85% of the genome being covered by informative reads, we could only detect a maximum of ~ 50% of the expected recombination events detected previously in comparable crosses. This likely (but unverified) lack of sensitivity could be due to a lack of information at the ~15% of the genome showing high levels of homology, particularly given that there may be a bias in recombination towards homologous sequences. To explore the positions of meiotic recombination, we divided the reference genome in 500-bp windows and divided the recombinant paired-read coverage by the total informative coverage. Correlations within samples were low at the 500-bp window level, but increased with window size, making the study of recombination at the gene level and above a feasible exercise. Despite the limitations of CREPES, it may be possible to detect changes in recombination landscape particularly using windows larger than 2.5kbp.\n\nChapter IV uses the method developed in Chapter III to explore the changes in recombination landscape at the gene level between different environments. We grew the S. paradoxus strain from Chapter III in glucose at 30 \u00b0C, glucose at 25 \u00b0C and galactose at 30 \u00b0C to induce differential transcription. RNAseq confirmed differential transcription between the samples, however also surprisingly yielded transcriptional signatures of early meiosis in Glucose at 30 \u00b0C. We then induced sporulation via nitrogen and carbon starvation in KAc and sequenced the progeny in bulk. To analyse recombination, we estimated the ratio of recombinant read coverage at 2.5-kbp windows centred at the transcription start site of genes. Although we could detect significant differences in Spearman correlation of window-specific recombination rates between conditions and between high and global transcription windows, only a low correlation was found between recombination rate and transcription, and no effects attributable to differential transcription. There are changes in meiotic recombination landscape associated to the somatic growth environment, and a weak general association between transcription and recombination, but no association between changes in transcription and recombination between the different treatments.\n\nIn Chapter V, we studied the effect of hormone application on the recombination rate in Arabidopsis thaliana using \u201ctraffic lines\u201d. To track recombination in regions associated with environmentally induced genes, we chose A. thaliana traffic lines containing DsRed and GFP fluorophores. Eight lines were selected with fluorophore-coding genes spaced between four and nineteen centimorgans apart. In three of the lines, the fluorophore-delimited region spanned methyl-jasmonate responsive genes, two responsive to salicylic acid, alongside another three selected for other criteria. We sprayed heterozygous lines with solutions of methyl jasmonate and salicylic acid over the course of flowering, estimating recombination rates within the eight windows flanked by markers. Pilot testing of differential transcription using qPCR showed differential induction of a series of target genes in wild-type plants. To detect overall transcriptional response of the plants to the hormone treatments, we sequenced total RNA from flower meristems above the first open flower, including all meiocytes. No significant changes in transcription rate attributable to hormone application were observed despite visible phenotypic differences in the plants. As could be expected from this result under our hypothesis, we detected no significant changes in recombination in any of our samples. The amount of variation in recombination rate that we observed was comparable with previous studies. More targeted sampling methods and smaller windows of analysis may be necessary to detect an impact of transcription effects on meiotic recombination. In conclusion, we did not detect changes in the flower transcriptome nor in meiotic crossover rates attributable to hormone application and therefore could not reach any significant conclusion on the association between transcription and recombination in A. thaliana.\n\nIn conclusion, the hypothesis laid out in Chapter II has not yet been properly tested. This is due to a combination of incomplete recombination data from CREPES (described in Chapter III), inappropriate environmental conditions (in Chapter IV), and a combination of excessively large analysis window sizes and inappropriate tissue sampling (in Chapter V). Despite these setbacks, Chapter IV did show genome-wide recombination rates change in different environments, warranting further exploration of changing recombination landscapes. To do so would require studying recombination at a higher resolution either using marker-assisted selection on a small number of genes, ChIPseq associated to meiotic DSBs, or whole-genome sequencing of individual progeny.","auteur":"Alexander Iain Tulloch Lapresa","auteur_slug":"alexander-iain-tulloch-lapresa","publicatiedatum":"7 september 2026","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/alexanderiaintullochlapresa?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/ae14cf62-afcb-48c6-aa11-e5e6d52d65f0\/highres","url_epub":"","ordernummer":"19283","isbn":"","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Wageningen University","afbeeldingen":16707,"video_url":"","podcast_url":"","naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Wageningen University","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/16705","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/8"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=16705"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/16705\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":16708,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/16705\/revisions\/16708"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/16706"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=16705"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=16705"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}