Sex ratio bias and loss of male fertility in hybrids of Comanche Springs pupfish and sheepshead minnow

Authors: Tech, Cynthia, Kodric-Brown, Astrid

Year: 2005 (xxxvii)

Abstract

Introgressive hybridization is a major threat to native fishes; thus, understanding the mechanisms that limit genetic introgression is of great impor tance for both conservationists and acad emics. In this presentation, we examine the postzygotic incompatibilities between two species of hybridizing pupfishes, Comanche Springs pupfish, Cyprindon elegans, and sheepshead minnow, C. variegatus. We bred and reared both species, their hybrids, and their backcrosses under standardized conditions in the laboratory, recording: 1) number of breeding attempts that failed to produce offspring; 2) number of offspring produced in each breeding attempt; 3) sex ratio of resulting offspring; and 4) survival of offspring to 35 weeks post-spawning. We found that hybrids and backcrosses have greatly reduced fitness relative to the parental species. The survival of backcrosses into C. elegans was greatly reduced relative to all other crosses. In addition, breeding attempts involving male hybrids nearly always failed, suggesting that they have greatly reduced fertility. Finally, we found female-biased sex ratio in several crosses. Hybrid crosses involving C. elegans females and C. variegatus produced only females, and backcrosses involving hybrid females and C. elegans males produced offspring with a sex ratio (number of males divided by the total number of offspring) of approximately 0.25. All other crosses produced offspring with a sex ratio of approximately 0.5. Because female biased sex ratios and male sterility are known to occur in other pupfish hybrids, it has been suggested previously that pupfishes have XY chromosomal sex determination; these results give further support to that hypothesis. Our results further suggest that there may be an incompatibility between the “Y” chromosome of C. elegans and either a dominant gene on an autosomal chromosome or a gene on the X chromosome of C. variegatus. Postzygotic incompatibilities between these two species may be a major force limiting genetic introgression between them.

Resumen

Sesgo en la relación de sexos y pérdida de la fertilidad de machos en híbridos del cachorrito de Manantiales Comanche y el bolín La hibridación introgresiva es una de las amenazas prin cipales para las especies nativas de peces; entender los mecanismos que limitan la introgre sión genética es de gran importancia tanto para los conservacionistas

como para los académicos. En esta presentación, se examina la incompatibilidad poscigótica entre dos especies de cachorritos hibridizantes, el cach orrito de Manantiales Comanche, Cyprindon elegans, y el bolín, C. variegatus. Se reprodujeron y criaron ambas especies, sus híbr idos y sus retrocruzas bajo condiciones estandarizadas de laboratorio, tomando registro de: 1) número de intentos fallidos de reproducci ón para la obtención de crías; 2) número de crías producidas en cada intento de reproducción; 3) relación de sexos de las crías resultantes; y 4) sobrevivencia de las crías a 35 semanas después del desove. Se encontró que los híbridos y las retrocruzas han reducido en gran manera su capacidad de ajuste (“fitness”) comparados con sus especies progenitoras. La sobrevivencia de las retrocruzas en C. elegans se redujo grandemente con relación a todas las demás cruzas. Adicionalmente, los intentos de reproducción donde se involucraron híbridos machos casi siempre fallaron, sugiriendo con ello que estos tienen una fertilidad sumamente reducida. Finalmente, encontramos en varias cruzas una relación de sexo sesgada en las hembras. Las cruzas híbridas que involucraron hembras de C. elegans y C. variegatus produjeron sólo hembras, y las retrocruzas con hembras híbridas y machos de C. elegans produjeron crías con una relación de sexos (número de machos dividido entre el número total de crías) de aproximadamente 0.25. Todas las demás cruzas produjeron crías con una relación de sexos de aproximadamente 0.5. Ya que se sabe que la relación de sexos sesgada en hembras y la esterilidad de machos ocurre en otros híbridos de cachorritos, se ha sugerido anteriormente que los cachorritos tienen una determinación cromosómica de sexo XY. Estos resultados dan un apoyo adicional a tal hipótesis. Nuestros resultados también sugieren que puede haber una incompatibilidad entre el cromosoma “Y” de C. elegans, y ya sea un gen dominante sobre un cromosoma autosómico o un gen en el cromosoma X de C. variegatus. Las incompatibilidades poscigóticas entre estas dos especies pueden ser una fuerza principal que limite la introgresión genética entre ellas.