Hybridization between Cyprinodon bifasciatus and C. atrorus : history, patterns, and dynamics

Authors: Carson, Evan, Dowling, Thomas E.

Year: 2003 (xxxv)

Abstract

Our investigations into natural hybridization between the endemic pupfishes of Cuatro Ciénegas, Mexico, Cyprinodon bifasciatus and C. atrorus, would not have been possible without the numerous contributions of W. L. (“Minck”) Minckley. His extensive interest in these species spanned six decades and involved critical investigations into their ecology , behavior, and hybridization, as well as efforts to ensure their preservation. Minck’s direct involvement in the initiation and development of this project was invaluable, and we dedicate this presentation to his memory. Our research has focused on understanding the history, patterns, and dynamics of hybridization between Cyprinodon bifasciatus and C. atrorus. To ascertain the historical context and modern extent of hybridization between these species, we conducted a basin-level population genetic analysis of mitochondrial (Cyt b) and nuclear gene (CK-A, RAG-1 and TPI-B) sequence variation within and among populations of C. bifasciatus and C. atrorus. Based on findings from this study, we then focused on two regions of hybridization to assess the spatio-temporal relationships between environmental and genetic variation across the physicochemical gradient that separates these species. Next, reciprocal transplant experiments were conducted to determ ine whether environmenta l tolerance differences between C. bifasciatus and C. atrorus could help explain observed associations between genetic and environmental variation in the hybrid zones. Results indicate that hybridization between these species is probably very old and involves complete replacement of C. bifasciatus mitochondrial genome by that of C. atrorus . However, nuclear gene introgression appears limited to regions of contemporary hybridization. Results from our reciprocal transplant experiments provide strong evidence that C. bifasciatus has a significantly narrower tolerance of environmental variation than does C. atrorus , which may in part explain the limited introgression of C. bifasciatus genes into C. atrorus populations. We discuss the significance and limitations of our findings and plans for future research.

Resumen

Hibridación entre Cyprinodon bifasciatus y C. atrorus : historia, patrones, y dinámica Nuestras investigaciones respecto a la hibridación natural de los peces cachorritos endémicos de Cuatro Ciénegas, México, Cyprinodon bifasciatus y C. atrorus , no habrían sido posibles sin las numerosas contribuciones de W. L. (“Minck”) Minc kley. Su genuino interés en esas especies se remonta a seis décadas, e involucra críticas investigaciones de su ecología, conduct a, e hibridación, así como los esfuerzos para asegurar su preservación. La participación directa de Minck en la iniciación y desarrollo de este proyecto fue invaluable, y dedicamos esta presentación a su memoria. La presente investigación se enfocó al entendimiento de la historia, patrones y dinámica de hibridazión entre Cyprinodon bifasciatus y C. atrorus . Para precisar el contexto histórico y la reciente extensión de la hibridación entre estas dos especies, se realizó un análisis de genética poblacional, a

nivel de toda la cuenca, de la secuencia de variación del gen mitocondrial (Cyt b) y el gen nuclear (CK- A, RAG-1 and TPI-B), dentro y entre poblaciones de C. bifasciatus and C. atrorus . Con base en resultados de este estudio, se enfatizó entonces en dos regiones de hibridación para evaluar las relaciones espacio-temporales entre la variación genética y medioambiental a través del gradiente físicoquímico que separa estas especies. Posterior a ésto, se realizaron experimentos de trasplantes recíprocos para determinar si las diferencias de tolerancia medioambiental entre C. bifasciatus y C. atrorus pueden ayudar a explicar las asociacion es observadas entre la variación genética y medioambiental en las zonas híbridas. Los resultados obtenidos indican que la hibridación entre estas especies es probablemente muy antigua e involucra el reemplazo completo del genoma mitocondrial de C. bifasciatus por el de C. atrorus. Sin embargo, la introgresión genética nuclear parece limitada a las regiones de hibridación contemporánea. Los resultados de los experimentos de trasplante recíproco proveen una fuerte evidencia de que C. bifasciatus tiene una tolerancia de variación medioambiental significativamente más reducida que C. atrorus , lo que explica en parte la introgresión limitada de genes de C. bifasciatus dentro de las poblaciones de C. atrorus . Se discute la significancia y limitaciones de los resultados y planes para investigaciones futuras.