Hybridization and population struct ure of Zuni bluehead sucker ( Catostomus discobolus jarrovii) in Arizona and New Mexico

Authors: Thomas E.

Year: 2007 (xxxix)

Abstract

The Zuni bluehead sucker (Catostomus discobolus jarrovii) is a distinctive member of the mountain sucker group (subgenus Pantosteus) endemic to the Zuni River basin. Past studies indicated that this subspecies may have resulted from hybridization between C. d. discobolus and C. plebeius . We surveyed mitochondrial (cytochrome b) and nuclear DNA (recombination activation gene 1 and 2H2) sequences to examine patterns of variation within and among these three forms, focusing on populations from the up per Little Colorado River and adjacent drainages. Variable alleles identified by single-stranded conforma tional polymorphism (SSCP) analysis were sequenced and analyzed by phylogenetic and population genetic methods. Preliminary results from mitochondrial DNA reveal high levels of ha plotypic variation (Nh = 22) across all samples of C. discobolus, with some populations fixed, while variation at both nuclear loci was limited. Variants typical of C. plebeius were also found in Rio Nutria, consistent with results published in the 1980s and hybrid origin of C. d. jarrovii. In addition, examination of mitochondrial DNA identified a unique lineage within C. discobolus, principally occurring in middle reaches of the Little Colorado River (East Clear and Silver creeks, Arizona).

Resumen

Estructura poblacional e hibridación de matalote cabeza azul de Zuni ( Catostomus discobolus jarrovii) en Arizona y Nuevo México El matalote cabeza azul de Zuni ( Catostomus discobolus jarrovii ) es un miembro distintivo del grupo de matalotes montañeses (subgénero Pantosteus), endémico de la cuenca del Río Zuni. Estudios anteriores revelaron que esta subespecie puede ser el resultado de la hibridación entre C. d. discobolus y C. plebeius. Revisamos secuencias de ADN mitocondrial (citocromo b) y ADN nuclear (gene de activación de recombinación 1 y 2H2) para examin ar los patrones de variación dentro y entre esas tres formas, concentrándonos en poblaciones de la parte superior del Río Pequeño Colorado y afluentes adyacentes. La variable en alelos, identificada con un análisis de polimorfismo conformacional de cadena simple (SSCP por su acrónimo en inglés), fue secuenciada y posteriormente analizada por métodos de genética poblacional y filogenéticos. Los resultados preliminares del ADN mitocondr ial revelan altos niveles de variación haplotípica (Nh = 22) en todas las muestras de C. discobolus, con algunas poblaciones fijas, mientras la variación en ambos loci nucleares fue limitada. También se encontraron variantes típicas de C. plebeius en el Río Nutria, lo cual es consistente con los resultados publicados en los años 1980s y el origen híbrido de C. d. jarrovii . Aunado a esto, con el exámen del ADN mitocondrial, se identificó un único linaje dentro de C. discobolus, presentándose principalmente en las extensiones centrales del Río Pequeño Colorado (arroyos East Clear y Silver, Arizona). Seidel, Richard A.*1; Lang, Brian K.2; Berg, David J.3 (1-Department of Zoology, Miami Un iversity, Oxford, Ohio; 2-New Mexi co Department of Game and Fi sh, Santa Fe; 3-Department of Zoology, Miami University, Hamilton, Ohio) Population genetic analysis and DNA barcoding allows detection of cryptic variation in the Gammarus pecos species complex (Crustacea: Amphipoda) ABSTRACT Amphipod crustaceans comprising the Gammarus pecos species complex are endemic to spring systems associated with the Pecos River of New Mexico and Te xas. However, identification and monitoring of these amphipods is hindered by their high level of cryp tic morphology, which potentially conceals important biodiversity within this complex. Here we present the results from a rapid, barcoding-based method for the molecular detection of provisional species which likel y merit separate species recognition and consideration for state and/or federal protection. We sequenced mitochondrial DNA regions corresponding to the cytochrome oxidase I (COI) and 16S rRNA genes from amphipods in 12 extant populations of this complex. For COI, we obtained 163 gene sequences and 90 haplotypes. Each New Mexico spring contained on average 12.2 COI haplotypes (range 4-34), and each Texas spring cont ained on average 3.5 COI haplotypes (range 1-7). Overall

for COI, the mean intrapopulatio n sequence divergence was 1.2% (range 0.1-3.7%) and the mean interpopulation sequence divergence was 14.2% (range 0.5-23.4%). For 16S, we obtained 168 gene sequences and 58 haplotypes. Each New Mexico spring contained on average 7.0 haplotypes (range 2-18) and each Texas spring contained on average 3.5 haplotypes (range 2-6). Overall for 16S, the mean intrapopulation sequence divergence was 0.3% (range 0.06-0.54%) and the mean interpopulation sequence divergence was 8.7% (range 0.2-17.2%). Our genetic analyses reveal the presence of at least five provisional species across this spring system. Now, with the understanding of how genetic diversity is distributed within and among populations in this system, resource agencies can formulate appropriate management and conservation strategies based on the fauna supported at each spring. RESUMEN El análisis de genética poblacional y de código de barras de ADN permite la detección de variación críptica dentro del complejo de especies Gammarus pecos (Crustacea: Amphipoda) Los crustáceos anfípodos que conforman el complejo específico de Gammarus pecos son endémicos de los sistemas de manantial asociados con el Río Pecos en Nuevo México y Texas. Sin embargo, la identificación y monitoreo de esos anfípodos es entorpecido por su alto nivel de morfología críptica, lo cual potencialmente esconde la importante biodiversidad que existe dentro de este complejo de especies. Presentamos aquí los resultados de un rápido método basado en código de barras para la detección molecular de especies provisionales, que posiblemente amer itan reconocimiento a nivel de esp ecie y consideración para protección estatal y/o federal. Para tal fin, secuenciamos region es de ADN mitocondrial correspondientes a la oxidasa citocromo I (OCI) y genes 16S rRNA de anfípodos en 12 poblaciones de este conjunto de especies. Para la OCI, obtuvimos 163 secuencias de genes y 90 haplotipos. En cada manantial de Nuevo México encontramos un promedio de 12.2 haplotipos OCI (en un rango de 4 a 34), y cada manantial en Texas contenía un promedio de 3.5 haplotipos OCI (en un rango de 1 a 7). En total para la OCI, el promedio de divergencia secuencial intrapoblacional fue de 1.2% (con rango de 0.1 a 3.7%) y el promedio interpoblacional de divergencia secuencial fue de 14.2% (con rango de 0.5 a 23.4%). Para 16S, obtuvimos 168 secuencias de genes y 58 haplotipos. Cada manantial en Nuevo México contenía en promedio de 7.0 haplotipos (con rango de 2 a 18), y cada manantial en Texas registró en promedio de 3.5 haplotipos (con rango de 2 a 6). En total para 16S, la media de divergencia secuencial intrapoblacional fue de 0.3% (con rango de 0.06 a 0.54%), y el promedio de divergencia secuencial interpoblacional fue de 8.7% (con rango de 0.2 a 17.2%). Nuestros análisis genéticos, revelan la presencia de al menos cinco especies provisionales en este sistema de manantiales. Ahora, con el entendimiento de cómo se distribuye la diversidad genética dentro y entre poblaciones en este sistema, las instituciones dedicadas al manejo de recursos pueden formular estrategias de manejo y conservación apropiadas, basándose en la fauna que sostiene cada manantial.