Mitochondrial DNA analyses for species Identification of snappers from Caribbean waters

Abstract

This study examined phylogenetic relationships among fifteen species of the Lutjanidae family occurring within the Caribbean Basin, based on mitochondrial 12S rDNA analysis. Previous investigations have limited their scope to species occurring in the western Atlantic (WA) and Cuba, or to several species within the Lutjaninae subfamily. This is the first phylogenetic study that includes all 3 subfamilies of lutjanids occurring in the Caribbean. We identified diagnostic polymorphisms within the mitochondrial DNA (mtDNA) for 15 lutjanid species in the Caribbean. Specimens were obtained from local catches at La Parguera, Puerto Real and Rincón, western Puerto Rico and Cataño, at the north. DNA variation was quantified through the use of polymerase-chain-reaction (PCR) amplification of fragments corresponding to 450 bp of the mtDNA 12S rRNA gene followed by sequencing. Intraspecific variation was not found within any species for the adult specimens analyzed during this study. Assessment of phylogenetic relationships of species was conducted using Neighbor Joining (NJ) and Bayesian Inference (BI) analyses. Phylogenetic relationships within the subfamily Lutjaninae remained rather unresolved for some species. Nevertheless, our study suggests that even if not strongly supported, the groups found are associated according to morphology, habitat or feeding preferences. In addition, the consistency in the sequence data for each species in this study demonstrates that the 12S rRNA gene is a reliable tool for taxonomic identification within this family. These sequences constitute a sort of molecular key for all the 15 species of lutjanids studied, useful for identification of early stages and processed tissues or fillets for fisheries management regulations. Lutjanidae is one of the largest teleostean families, commonly known as snappers and is one of the most important in Caribbean fisheries. For appropriate management, description of dispersion patterns for each species is needed. However, specific identification of lutjanid larvae is still difficult despite published larval descriptions and is one of the main bottlenecks in our understanding of their early life history. To address this problem, we identified diagnostic polymorphisms within the mitochondrial DNA (mtDNA) for 15 lutjanid species in the Caribbean. Adult specimens were obtained from local catches and larvae from plankton tows using a 202 μm mesh net. DNA variation was quantified through the use of polymerase-chain-reaction (PCR) amplification of fragments corresponding to 450 bp of the mtDNA 12S rRNA gene followed by sequencing. Phylogenetic trees were constructed from DNA sequence data including adults and larvae. Seven species were identified among the collected larvae: Lutjanus apodus, Lutjanus synagris, Lutjanus analis, Lutjanus griseus, Lutjanus mahogoni, Ocyurus chrysurus and Rhomboplites aurorubens. Identification of these larvae increases our understanding of early larval stages taxonomy. In addition, this information is useful for the design of research leading to the description of spawning, dispersal and recruitment patterns, as well as habitat selection for these species. These analyses are of vital relevance for assessments regarding the establishment of Marine Protected Areas (MPAs) as a management option to restore diminishing stocks of fish populations.

En este estudio se examinaron las relaciones filogenéticas entre quince especies de la familia Lutjanidae que habitan en la cuenca del Mar Caribe, por medio de análisis de un fragmento del gen 12S rRNA del ADN mitocondrial. Investigaciones previas limitaron su enfoque a especies del Atlántico occidental y Cuba, o a algunas especies de la subfamilia Lutjaninae. Este es el primer estudio filogenético que incluye las tres subfamilias de lutjánidos del Caribe. Se identificaron polimorfismos diagnósticos dentro del ADN mitocondrial para las quinces especies analizadas. Los especimenes se obtuvieron en pescaderías locales de La Parguera, Puerto Real, Rincón, al oeste de Puerto Rico y en Cataño, al norte. La variación en el ADN se cuantificó por medio de la reacción de polimerasa en cadena (PCR) de un fragmento correspondiente a 450 pb del gen mitocondrial 12S rRNA, seguido de secuenciación. No se encontró variación intraespecífica entre los individuos de las especies analizadas en este estudio. La relaciones filogenéticas fueron investigadas utilizando análisis de Neighbor Joining (NJ) e Inferencias Bayesianas (BI). Los resultados de nuestro estudio sugieren que, aunque no apoyado robustamente, los grupos encontrados en los árboles filogenéticos se asociaron de acuerdo a morfología, hábitat o hábitos de alimentación. Además, la consistencia en las secuencias de cada especie en este estudio demuestra que el gen 12S rRNA se puede utilizar como una herramienta confiable para la identificación de especies dentro de esta familia. Las secuencias encontradas constituyen un tipo de clave molecular para las quince especies de lutjánidos estudiados. Estas secuencias pueden ser útiles para la identificación de larvas de lutjánidos, así como de filetes de especies protegidas por regulaciones de manejo. La familia Lutjanidae es una de las más grandes de entre los peces óseos, se conocen como pargos o chillos, y es una de las mas importantes en las pesquerías del Caribe. Para su manejo es necesario describir los patrones de dispersión de las larvas de cada especie. Sin embargo, la identificación de las larvas de lutjánidos es aún muy difícil a pesar de la existencia de descripciones publicadas y representa uno de los mayores obstáculos en el entendimiento de sus ciclos de vida. Para atender este problema, identificamos polimorfismos diagnósticos en el ADN mitocondrial (mtADN) para 15 especies de lutjánidos del Caribe. Los especimenes se obtuvieron en pescaderías locales de La Parguera, Puerto Real, Rincón, al oeste de Puerto Rico y en Cataño, al norte. Las larvas fueron obtenidas mediante arrastres de plancton utilizando redes con malla de 202 μm. Se cuantificaron variaciones en el mtADN amplificando fragmentos correspondientes a 450 pb del gen de 12S rRNA por medio de la reacción de polimerasa en cadena (RPC) seguido de secuenciación. Se construyeron árboles filogenéticos utilizando las secuencias de ADN de los adultos y larvas. Siete especies de lutjánidos fueron identificadas dentro de las muestras de larvas: Lutjanus apodus, Lutjanus griseus, Lutjanus synagris, Lutjanus analis, Lutjanus mahogoni, Ocyurus chrysurus y Rhomboplites aurorubens. La identificación de estas larvas puede facilitar el entendimiento de investigaciones sobre patrones de dispersión en las que fueron identificadas sólo a nivel de familia. Esta información también será de gran valor para diseñar investigaciones mas detalladas dirigidas a describir patrones de dispersión y reclutamiento, así como la selección de lugares de desove y habitáculo para estas especies. Estos análisis son de vital importancia para realizar evaluaciones para el establecimiento de Áreas Marinas Protegidas (AMPs) como opciones de manejo dirigidas a reestablecer los abastecimientos de poblaciones de peces de arrecife de coral en disminución.