Comparative transcriptomics of the two distinct morphologies of the Caribbean octocoral Briareum asbestinum (Pallas, 1766)

Abstract

Briareum asbestinum (Pallas, 1766) seems to be the only Caribbean species in the genus Briareum, with four additional species found in the Indo-pacific region. Since the 1970’s, interest from pharmaceutical companies to isolate chemicals from Briareum colonies for potential human use led to further investigations of its defense mechanisms and distribution. As in many other octocoral taxa exhibiting diverse morphologies, B. asbestinum has been plagued by taxonomic uncertainty. The two common morphotypes, a digitate form and a crustose form (B. polyanthes), have been previously reported as separated species. Recent reports however, lump them together into one species. Furthermore, the use of single molecular markers have led to inconclusive results, failing to resolve the ambiguous taxonomic status of the two morphs of B. asbestinum. We used new genomic tools (i.e. transcriptomes) to explore and solve the taxonomic status of the two morphotypes found across the southwest coast of Puerto Rico. We used a multi-assembly approach implemented in the NCGAS pipeline. The gene ontology analysis was performed using Trinotate, and genes were categorized by molecular functions, biological processes, and cellular components. The phylogenetic analysis was performed using distinct custom bash programs to select homologous sequences among the transcriptomes, resulting in 2,568 homologous sequences. The concatenation analysis (with traditional Maximum Likelihood) resulted in a topology supporting a clade of B. asbestinum shallow species, while the octocoral Heliopora coerulea was used as the outgroup. Coalescence-based tree estimation analysis (using RAxML-NG and ASTRAL-II), resulted in a similar topological structure as the concatenated approach. The phylogenetic results showed no significant differences between the two B. asbestinum morphotypes, but close genetic similarities, which together with recent molecular results seem to indicate the presence of a single species in Puerto Rico and the Caribbean.

Briareum asbestinum parece ser la única especie caribeña del género Briareum, mientras que cuatro especies adicionales se han descrito para la región Indo-Pacífica. Desde los años 1970, el interés de compañías farmacéuticas para aislar químicos de colonias de Briareum como potencial para uso medicinal en humanos, ha fomentado investigaciones adicionales de sus, metabolitos secundarios como mecanismos de defensa y su distribución local y geográfica. B. asbestinum presenta dos formas de crecimiento: un morfotipo cilíndrico erecto y uno incrustante. Como en muchos otros octocorales con alta variabilidad morfológica, la taxonomía de B. asbestinum ha sido confusa. Estos dos morfotipos han sido previamente reportados como especies distintas (B. asbestinum y B. polyanthes), pero reportes recientes usando marcadores moleculares únicos para cada morfología produjo resultados inconclusos, y otros resultados indican la presencia de una sola especie. En este trabajo usamos nuevas herramientas (transcriptomas) para tratar de descifrar el estatus taxonómico de los dos morfotipos comunes a lo largo de la costa sur-oeste de Puerto Rico y en el Caribe. Usamos un multi-ensamblador implementados en el protocolo de NCGAS. Un análisis ontológico fue hecho a través del programa Trinotate y los genes fueron categorizados como funciones moleculares, procesos biológicos y componentes celulares. El análisis filogenético fue hecho usando distintos programas personalizados en “bash” para seleccionar secuencias homólogas entre los transcriptomas, con un resultado de 2,568 secuencias homólogas. El análisis de concatenación (empleando Máxima Verosimilitud) produjo una homología favoreciendo un clado entre morfotipos de arrecifes someros, utilizando el octocoral Heliopora coerulea como grupo externo. Los análisis de incorporación reprodujeron un esquema similar al análisis concatenado. Los resultados filogenéticos indican que no hay diferencias significativas entre los morfotipos de B. asbestinum, pero una una relación genética cercana entre los morfotipos. Estos resultados junto con los últimos análisis moleculares parecen indicar la presencia de una sola especie con alta variabilidad morfológica.