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Genetic diversity and population structure of Caribbean marine invertebrates
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Abstract
Natural populations of many marine invertebrates are under pressure by fisheries due
to the increasing demand and unit prices leading to overexploitation. I examined the genetic
variation of two marine invertebrates: the corallimorpharian Ricordea florida and the emerald
crab Mithraculus sculptus both of which are heavily traded by the marine aquarium industry.
A third species studied, the commensal barnacle Chelonibia caretta, was not under direct
fishing pressure, but its host is an endangered species, the hawksbill sea turtle (Eretmochelys
imbricata). Using direct sequencing of mitochondrial genes (COI and 16S) and the nuclear
the ITS region (ITS1, 5.8S, and ITS2), the phylogeography and genetic population structure
of these invertebrates were characterized. The genetic diversity in C. caretta was low
compared to published sequences from populations of barnacles attached to fixed substrata.
However, genetic diversity values from C. caretta were comparable to those reported from C.
testudinaria, an epibiont barnacle on loggerhead turtles. Analysis of molecular variance and
phylogenetic analysis of the sampled turtle epibionts indicated that they are genetically
homogeneous, irrespective of the host or host gender. In contrast, the phylogeography of the
ITS region of the coral R. florida uncovered two partial sympatric genetic lineages. These
lineages showed two highly supported monophyletic groups when they were compared
phylogenetically against published nuclear ribosomal sequences of other genera of
Corallimorpharia (Actinodiscus, Amplexidiscus, Corynactis, and Rhodactis). Similarly to R.
florida, the phylogeographic analysis of M. sculptus based on 16S revealed two distinct
lineages distributed throughout the sampled region. The analysis of molecular variance and
the phylogeography of the sampled populations of M. sculptus reflected that most of the
specimens within each lilneage were collected from demographically open populations
within the western Caribbean. In general, the three species studied are consistent with the prediction that higher rates
of dispersal reduce population divergence and estimates of nucleotide diversity. As in
previous studies, the absence of genetic differentiation between geographical distant
populations of these species suggests high connectivity between all sampled areas.
Additionally, the presence of cryptic lineages confirms concerns regarding that biodiversity
can be vastly understudied for marine environment.
Las poblaciones naturales de muchos invertebrados estĂ¡n bajo presiĂ³n por las pesquerĂas debido a su creciente demanda y valor comercial, que conducen a su sobreexplotaciĂ³n. Yo examinĂ© la variaciĂ³n genĂ©tica de dos especies de invertebrados marinos: el corallimorfario Ricorea florida y el cangrejo esmeralda Mithraculus sculptus, ambos cosechados extensamente para la industria de acuarios marinos. Una tercera especie fue estudiada, la bayoca comensalista Chelonibia caretta, la cual no estĂ¡ bajo presiĂ³n directa de la pesquerĂa, pero su hospedero, el carey de concha (Eretmochelys imbricata), es una especie de tortuga marina amenazada. Utilizando amplificaciones directas de genes mitocondriales (COI y 16S) y nucleares (ITS1, 5.8S y ITS2) se caracterizĂ³ la filogeografĂa y estructura genĂ©tica poblacional de estos invertebrados. La diversidad genĂ©tica de Chelonibia caretta fue baja al compararla con secuencias publicadas de otras especies de bayocas sobre substratos fijos. Sin embargo, los valores de la variabilidad genĂ©tica para C. caretta son comparables con aquellos publicados para C. testudinaria, bayoca epibionte de la tortuga marina cabezona. AnĂ¡lisis de variaciĂ³n molecular y anĂ¡lisis filogenĂ©tico de los epibiontes muestreados de la tortuga indicaron que Ă©stos son genĂ©ticamente homogĂ©neos, independientemente del hospedero o del gĂ©nero del hospedero. En contraste, los anĂ¡lisis de la regiĂ³n del ITS de R. florida revelaron dos linajes genĂ©ticos parcialmente solapados. Estos linajes fueron comparados filogenĂ©ticamente contra secuencias ribosomales nucleares publicadas de otros gĂ©neros de Corallimorpharia (Actinodiscus, Amplexidiscus, Corynactis y Rhodactis) y cada linaje formĂ³ un grupo monofilĂ©tico altamente apoyado. Al igual que para R. florida, los anĂ¡lisis filogenĂ©ticos del 16S de Mithraculus sculptus, revelaron dos linajes distribuidos a travĂ©s de la regiĂ³n muestreada. Los anĂ¡lisis de varianza molecular y la filogeografia de las poblaciones muestreadas de M. sculptus reflejaron que la mayor parte de los especĂmenes, dentro de cada linage, fueron colectados de poblaciones demogrĂ¡ficamente abiertas dentro del Caribe occidental. En general, las tres especies estudiadas son consistentes con la predicciĂ³n de que si los Ăndices de dispersiĂ³n son altos disminuyen la divergencia y los estimados de diversidad de nucleĂ³tidos. Como en estudios previos, la ausencia de la diferenciaciĂ³n genĂ©tica entre poblaciones geogrĂ¡ficamente distantes de estas especies sugiere una alta conectividad entre las Ă¡reas muestreadas. En adiciĂ³n, la presencia de linajes crĂpticos confirma la preocupaciĂ³n de que la biodiversidad estĂ¡ sub-estimada en los ambientes marinos.
Las poblaciones naturales de muchos invertebrados estĂ¡n bajo presiĂ³n por las pesquerĂas debido a su creciente demanda y valor comercial, que conducen a su sobreexplotaciĂ³n. Yo examinĂ© la variaciĂ³n genĂ©tica de dos especies de invertebrados marinos: el corallimorfario Ricorea florida y el cangrejo esmeralda Mithraculus sculptus, ambos cosechados extensamente para la industria de acuarios marinos. Una tercera especie fue estudiada, la bayoca comensalista Chelonibia caretta, la cual no estĂ¡ bajo presiĂ³n directa de la pesquerĂa, pero su hospedero, el carey de concha (Eretmochelys imbricata), es una especie de tortuga marina amenazada. Utilizando amplificaciones directas de genes mitocondriales (COI y 16S) y nucleares (ITS1, 5.8S y ITS2) se caracterizĂ³ la filogeografĂa y estructura genĂ©tica poblacional de estos invertebrados. La diversidad genĂ©tica de Chelonibia caretta fue baja al compararla con secuencias publicadas de otras especies de bayocas sobre substratos fijos. Sin embargo, los valores de la variabilidad genĂ©tica para C. caretta son comparables con aquellos publicados para C. testudinaria, bayoca epibionte de la tortuga marina cabezona. AnĂ¡lisis de variaciĂ³n molecular y anĂ¡lisis filogenĂ©tico de los epibiontes muestreados de la tortuga indicaron que Ă©stos son genĂ©ticamente homogĂ©neos, independientemente del hospedero o del gĂ©nero del hospedero. En contraste, los anĂ¡lisis de la regiĂ³n del ITS de R. florida revelaron dos linajes genĂ©ticos parcialmente solapados. Estos linajes fueron comparados filogenĂ©ticamente contra secuencias ribosomales nucleares publicadas de otros gĂ©neros de Corallimorpharia (Actinodiscus, Amplexidiscus, Corynactis y Rhodactis) y cada linaje formĂ³ un grupo monofilĂ©tico altamente apoyado. Al igual que para R. florida, los anĂ¡lisis filogenĂ©ticos del 16S de Mithraculus sculptus, revelaron dos linajes distribuidos a travĂ©s de la regiĂ³n muestreada. Los anĂ¡lisis de varianza molecular y la filogeografia de las poblaciones muestreadas de M. sculptus reflejaron que la mayor parte de los especĂmenes, dentro de cada linage, fueron colectados de poblaciones demogrĂ¡ficamente abiertas dentro del Caribe occidental. En general, las tres especies estudiadas son consistentes con la predicciĂ³n de que si los Ăndices de dispersiĂ³n son altos disminuyen la divergencia y los estimados de diversidad de nucleĂ³tidos. Como en estudios previos, la ausencia de la diferenciaciĂ³n genĂ©tica entre poblaciones geogrĂ¡ficamente distantes de estas especies sugiere una alta conectividad entre las Ă¡reas muestreadas. En adiciĂ³n, la presencia de linajes crĂpticos confirma la preocupaciĂ³n de que la biodiversidad estĂ¡ sub-estimada en los ambientes marinos.
Description
Date
2009-12
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Collections
Keywords
Marine invertebrate populations - Phylogeography, Marine invertebrate populations - Genetic sequencing, Corallimorpharian Ricordea florida - Genetic population structure, Emerald crab Mithraculus sculptus - Genetic population structure