Publication:
Phenotypic and genetic variability in the octocoral Plexaura flexuosa

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Authors
Prada-Montoya, Carlos A.
Embargoed Until
Advisor
Yoshioka, Paul M.
College
College of Arts and Sciences - Sciences
Department
Department of Marine Sciences
Degree Level
M.S.
Publisher
Date
2007-05
Abstract
Clonal marine organisms exhibit high levels of morphological variation. Morphological variation may be a response to environmental factors but also they can be attributed to genetic factors. In this study, we examined the extensive morphological variation observed in the gorgonian Plexaura flexuosa (Lamouroux, 1821), a widely distributed Caribbean octocoral. We quantified differences in morphological traits in natural populations along depth profiles (shallow <5 m and deep >17 m), degree of protection to water motion and sedimentation rates (from inshore, protected and high sedimentation rates to offshore, exposed and lower sediment loads). Also, transplant experiments and genetic analysis were performed to test for possible ecophenotypic and genetic interactions. Significant differences (P<0.001) in 14 morphological traits were found among colonies inhabiting 12 locations comprising seven reefs in southwest Puerto Rico. Results from principal component analysis indicated the presence of two groups based on depth distribution, suggesting the presence of two discrete morphotypes (i.e. shallow type <5 m and deep type >17 m). A discriminant function analysis based on a priori univariate and multivariate analyses (which separated the colonies in morphotypes) correctly classified 93% of the colonies for each environment. Light, water motion and sediment transport co-varied along the depth profiles and they might influence the distribution of the two morphotypes. However, the study was not designed to separate the contribution of each variable. Reaction norms of morphological characters of colonies that were reciprocally transplanted showed gradual significant changes through the 15 months of transplantation. Sclerites of shallow water colonies became larger when transplanted to deeper environments and vice versa, but, neither of the two transplanted groups overlapped with the residents’ morphology. Genetic analysis of mitochondrial and nuclear genes suggested that such discrete morphology and non-overlapping phenotypic plasticity is correlated with the presence of two independent evolutionary lineages distributed non-randomly in shallow and deep environments. The genetic patterns found in the two sympatrically living morphs may have resulted from 1) secondary contact after populations diverged in allopatry and reproductive isolation machinery developed, 2) by divergence with gene flow through ecological specialization in sympatry or 3) by the poorly understood process of hybridization in anthozoan evolution.

Los organismos marinos coloniales presentan una gran variedad de formas pese a su dependencia en la reproducción asexual y por ende baja diversidad genética. Esta variedad de formas les permite mantener sus poblaciones y contribuye a su habilidad para adaptarse a nuevos ambientes. En este trabajo, se cuantificó la variabilidad morfológica en poblaciones naturales a través de gradientes ambientales del común y ampliamente distribuido octocoral Plexaura flexuosa (Lamouroux, 1821). Al mismo tiempo, se estimo la contribución genética y ambiental de dichas variaciones morfológicas y su importancia en procesos de adaptación y evolución de la especie. Se encontraron Diferencias significativas (p<0.001) en los 14 caracteres morfológicos estudiados en las 12 poblaciones analizadas, sugiriendo que hay dos morfologías discretas asociadas a la profundidad (i.e. tipo-somero <5m y tipoprofundo> 20m). Diferencias en el movimiento del agua y el transporte de sedimentos en los diferentes lugares de muestreo pueden estar también asociadas a la variación morfológica. Los dos morfotipos fueron correctamente clasificados (93%) en su propio ambiente en el análisis multivariado discriminate basado en los patrones de profundidad. Las normas de reacción de los caracteres morfológicos en las colonias recíprocamente transplantadas mostraron cambios graduales en su tamaño a través del tiempo (15 meses). El tamaño de las espículas de las colonias someras incremento en el tiempo y viceversa, sin embargo nunca se observo un solape con la morfología de las colonias residentes. La distribución discreta de las características morfológicas, así como un patrón rígido de plasticidad fenotípica están altamente relacionados con diferencias genéticas encontradas en el ADN mitocondrial y nuclear. Aun mas, los dos linajes evolutivos no se distribuyen aleatoriamente en los ambientes naturales y posiblemente han desarrollado mecanismos de adaptación a sus correspondientes habitas, consecuentemente disminuyendo su mortalidad en sus óptimos nichos. El patrón genético encontrado en los dos linajes que viven en sympatria pudo haberse debido a: 1) un contacto secundario después de que las dos formas habían divergido y se había desarrollado maquinaria reproductiva independiente, 2) por divergencia en sympatria a través de especialización ecológica o 3) por el pobremente estudiado proceso de hibridación en la evolución de antozoarios.
Keywords
Plexaura flexuosa - Phenotypic plasticity – Reefs – Puerto Rico,
Clones (Plants) Variation – Reefs – Puerto Rico,
Plexaura flexuosa - Plasticity (Physiology)
Cite
Prada-Montoya, C. A. (2007). Phenotypic and genetic variability in the octocoral Plexaura flexuosa [Thesis]. Retrieved from https://hdl.handle.net/20.500.11801/1632