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Análisis comparativo de los patrones de conectividad genética de especies arrecifales del Pacífico mexicano
Comparative analysis of the genetic connectivity patterns of coral reefs species from Mexican Pacific
María Geovana León Pech
AXAYACATL ROCHA OLIVARES
LUIS EDUARDO CALDERON AGUILERA
Acceso Abierto
Atribución
Arrecifes
En los ecosistemas marinos, la mayoría de las especies poseen una fase larval pelágica o planctónica que les permite dispersarse entre diferentes hábitats fragmentados como son los sistemas arrecifales. Este mecanismo conocido como conectividad poblacional, representa un proceso clave para los invertebrados y especies demersales porque les permite el intercambio genético y la renovación de sus poblaciones, lo cual juega un rol importante en el mantenimiento de la biodiversidad. El nivel de conectividad en las especies con etapa larvaria depende de múltiples factores biológicos que incluyen: el periodo larvario, modos nutricionales, tipos de desarrollo, habilidades de nado, así como las características oceanográficas que pueden favorecer o limitar el transporte larvario a grandes distancias, entre otros factores. En este trabajo se planteó que el nivel de conectividad genética de dos especies arrecifales del Pacífico mexicano, está determinado por el potencial de dispersión larvario y las características oceanográficas de la región. El objetivo de estudio fue evaluar la estructura genética y estimar el nivel de flujo genético de las poblaciones de Cliona vermifera y Stegastes flavilatus. Los resultados mostraron que C. vermifera posee niveles de diversidad genética consistentemente bajos tanto en las secuencias de ADN mitocondrial como del ADN nuclear. No obstante, se encontró diferenciación genética significativa a lo largo de la región de estudio. Los patrones de diferenciación genética mostraron dependencia geográfica en los genes mitocondriales con bajas tasas evolutivas, ya que se encontró mayor similitud genética entre localidades a escala de decenas de km que a escalas mayores. Mientras que en el locus nuclear todas las muestras se diferenciaron significativamente, lo cual es compatible con la limitada capacidad de dispersión de la especie. El modelo de aislamiento por distancia significativo está asociado a la historia de vida característica de las esponjas perforadoras que consiste en corto periodo larval y comportamiento filopátrico. Además, los patrones de diferenciación genética de C. vermifera concuerdan con otras especies coralinas simpátricas, y sugieren la influencia de mecanismos genéticos y ecológicos a nivel de comunidad sobre la composición genética de las especies coralinas del Pacífico mexicano. Se encontraron diferencias genéticas fijadas que sugieren que las localidades sureñas de la localidad de Oaxaca podrían estar experimentando especiación incipiente. Con respecto a las poblaciones de S. flavilatus, tanto en el ADN mitocondrial como en los loci microsatelitales no se detectaron significativos de diferenciación en todas las escalas espaciales estudiadas, y los valores de flujo genético fueron muy altos. La alta conectividad concuerda con el periodo larvario de la especie de hasta 23 días. El flujo genético alto y asimétrico encontrado en las poblaciones de S. flavilatus podría estar reflejando un patrón general más reciente de estructura asociado con las características oceanográficas del Pacífico mexicano. Los resultados generados no rechazaron la hipótesis de este trabajo, al encontrar alta congruencia en el grado de conectividad con la historia de vida de cada especie. Finalmente, el análisis comparativo de los patrones de conectividad entre ambas especies, sugiere que la señal genética esta mediada por sus atributos de historia de vida. El tipo de larva de C. vermifera es lecitotrófica con limitada dispersión y presentó una señal genética de tiempo histórico. Por otro lado, S. flavilatus posee un tipo de larva planctotrófica con alta dispersión y la señal genética detectada en esta especie podría estar reflejando eventos recientes de dispersión. En este estudio se reconoce la importancia de implementar un enfoque multidisciplinario que supere las limitaciones de incluir una sola herramienta para detectar patrones de conectividad en poblaciones que presentan una dinámica muy compleja.
Most marine species presents a pelagic or planktonic larval stage, allowing them to disperse across different fragmented habitats, such as coral reefs. This mechanism known as population connectivity, represents a key process for invertebrates and demersal species for genetic exchange and population replacement, which plays an important role for biodiversity. The level of connectivity is influenced by diverse biological factors such as the larval period, nutritional guilds, type of development and swimming capability. Moreover, physical conditions may promote or limit the larval transport over long distances.We suggested that the level of genetic connectivity in two reef species from the Mexican Pacific is mediated by the potential of larval dispersal and oceanographic characteristics of the region. The aim of this study was to evaluate the genetic structure and to estimate the level of gene flow of Cliona vermifera and Stegastes flavilatus populations.Cliona vermifera showed genetic diversity levels consistently low in DNA sequences from two mitochondrial genes and one nuclear gene, however, they revealed strong and significant genetic differentiation throughout the study region. Patterns of genetic differentiation from the slow-evolving mitochondrial genes were geographic scale dependent but not the nuclear genes. We found higher mitochondrial genetic similarity among localities at 10–100s km than at larger scales (100–1000s km). However, all samples were genetically differentiated at the nuclear locus, which is inconsistent with frequent long distance dispersal. Significant isolation by distance is consistent with life history traits shared by boring sponges: a short larval period and larval philopatric behavior. The patterns of genetic differentiation in C. vermifera concur with those found in other sympatric coral species, and suggest the influence of community-wide ecological and genetic mechanisms on the genetic makeup of coral reef species in the Mexican Pacific. Fixed genetic differences suggest that the southern population of Oaxaca may be experiencing incipient speciation. On the other hand, S. flavilatus populations revealed no significant levels of differentiation in both the mitochondrial DNA and microsatellite loci at all spatial scales, and gene flow estimates were very high. High connectivity matches the S. flavilatus larval period, up to 23 days. High asymmetrical gene flow found in populations of S. flavilatus may reflect a recent general pattern of structure associated with the oceanographic characteristics of the Mexican Pacific. Results confirm the hypothesis of this paper, finding consistency in the high connectivity associated with the life history of each species.Finally, the comparative analysis of patterns of genetic connectivity of both species suggests that the genetic signal is mediated by life history attributes. C. vermifera has lecitotrophic larvae with restricted dispersal potential and presented mostly a historical genetic signal. On the other hand, S. flavilatus has planktotrophic larvae with high dispersal potential and its genetic signal may reflect recent dispersal events.In this study, the importance of implementing a multidisciplinary approach that overcomes the limitations of including a single tool to detect patterns of connectivity in populations with a very complex dynamics was recognized.
CICESE
2015
Tesis de doctorado
Español
León Pech,M.G.2015.Análisis comparativo de los patrones de conectividad genética de especies arrecifales del Pacífico mexicano.Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.89 pp.
PECES Y FAUNA SILVESTRE
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