Genetic population structure of two species of brittle stars with contrasting life histories
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Abstract
Echinoderms display a wide array of life histories, which can have a profound effect in the
dispersal potential and population structure of species. The brittle stars Ophiocoma echinata and
Amphipholis squamata are commonly found in the shallow waters of the Caribbean Sea. The two
species exhibit differing modes of development: O. echinata is a spawning species having
asynchronous breeding cycles and A. squamata is a brooding species, viviparous and selffertilizing
hermaphrodite. Their overlapping geographic range offers the opportunity to compare
their genetic population structure as brooders are expected to exhibit higher population
subdivision than spawners. Mitochondrial (16S) and ribosomal nuclear DNA sequences (ITS-1)
were recovered from 16 populations of O. echinata and five populations of A. squamata around
the Caribbean and Western Atlantic. Results indicate that the spawning O. echinata harbors
moderate levels of genetic variability in the 16S gene (163 specimens, 66 haplotypes). There is
no significant population structure (16S; FST = 0.00236; P = 0.38319) in this wide geographic
area. This pattern is further supported by the ITS-1 gene. A. squamata however, harbors high
levels of genetic variability (63 specimens, 45 haplotypes) with two well supported lineages.
One of these is a newly discovered lineage of A. squamata around the world. Significant
population structure (16S; FST = 0.63867; P = 0.0000) was observed between Puerto Rico and
Florida, a result supported by the ITS-1 data. At a finer geographic scale in southwestern Puerto
Rico, population differentiation was observed in A. squamata (FST = 0.14845; p<0.01369).
These data provide compelling evidence that life history traits influence the connectivity of
geographically distant populations. The spawner O. echinata showed no population structure
from samples as far as Bermuda, Curaçao, Panama and Belize whereas the brooder A. squamata
is potentially a complex of at least 2 cryptic species with partially overlapping geographic
distributions. Los echinodermos poseen una amplia variabilidad de historias de vida, lo cual pueden tener un
efecto profundo en el potencial de dispersión y estructura poblacional de las especies. Las
estrellas quebradizas Ophiocoma echinata y Amphipholis squamata son comúnmente
encontradas en aguas someras del mar Caribe. Las dos especies exhiben diferentes modos de
desarrollo: O. echinata es una especie que desova y posee ciclos asíncronos y A. squamata es
una especie que incuba, vivípara y hermafrodita que se fertiliza a si misma. Debido a que
coinciden en su rango geográfico esto ofrece la oportunidad de comparar su estructura
poblacional, se espera que la especie que incuba exhiba más alta subdivisión poblacional que la
especie que desova. Secuencias de ADN mitocondrial (16S) y ribosomal nuclear (ITS-1) fueron
obtenidas de 16 poblaciones de O. echinata y cinco poblaciones de A. squamata alrededor del
Caribe y el Atlántico oeste. Los resultados indican que la especie que desova O. echinata posee
niveles moderados de variabilidad genética en el gen 16S (163 especímenes, 66 haplotipos). No
existe estructura poblacional significativa (16S; FST = 0.00236; P = 0.38319) en esta amplia
región geográfica. Este comportamiento es apoyado por el gen ITS-1. Al contrario, A. squamata
posee altos niveles de variabilidad genética (63 especímenes, 45 haplotipos) con dos linajes bien
soportado. Uno de los linajes es un nuevo reporte para A. squamata alrededor del mundo.
Estructura poblacional significativa (16S; FST = 0.63867; P = 0.0000) fue observada entre Puerto
Rico y Florida, resultados son soportados con los datos del gen ITS-1. En una escala geográfica
fina en el sudoeste de Puerto Rico se observó una diferenciación poblacional en A. squamata
(16S; FST = 0.14845; p<0.01369). Estos datos proveen evidencia convincente de que los rasgos
de historia de vida influencias las tasas de conectividad de las poblaciones geográficamente.
Ophiocoma echinata la especie que desova, no exhibe estructura poblacional incluso muestras
tan distantes como Bermuda, Curaçao, Panamá y Belize donde A. squamata la especie
incubadora muestra un complejo de por lo menos 2 especies cripticas con una coincidencia
parcial en la distribución geográfica.
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