Especiação simpátrica ou microalopátrica em lago glacial? Ilhas genômicas não suportam nenhum dos dois

Resumo

A especiação simpátrica e microalopátrica são dois modos principais de especiação em animais e plantas. A especiação simpátrica ocorre quando novas espécies evoluem dentro da mesma área geográfica, enquanto a especiação microalopátrica ocorre quando novas espécies evoluem em populações geograficamente isoladas, mas estreitamente adjacentes. Neste estudo, investigamos a base genômica da especiação simpátrica e micro-alopátrica em um par de espécies de esgana-gatas de três espinhos intimamente relacionadas que vivem em um lago glacial na Colúmbia Britânica, Canadá. Usamos o sequenciamento do genoma completo para identificar ilhas genômicas de divergência entre as duas espécies. Não encontramos nenhuma evidência de ilhas genômicas de divergência que apoiassem a especiação simpátrica ou micro-alopátrica neste sistema. Nossos resultados sugerem que modos alternativos de especiação, como divergência ecológica ou reforço, podem ser responsáveis ​​pela evolução dessas duas espécies.

Introdução

A especiação é o processo pelo qual novas espécies evoluem a partir de um ancestral comum. Existem muitos modos diferentes de especiação, mas dois dos mais comuns são a especiação simpátrica e a microalopátrica.

A especiação simpátrica ocorre quando novas espécies evoluem dentro da mesma área geográfica. Isto pode ocorrer através de uma variedade de mecanismos, incluindo seleção sexual, divergência ecológica e deriva genética. A seleção sexual ocorre quando indivíduos com certas características têm mais sucesso no acasalamento do que indivíduos com outras características. Isto pode levar à evolução do isolamento reprodutivo entre as populações, mesmo que vivam na mesma área. A divergência ecológica ocorre quando populações da mesma espécie se adaptam a ambientes diferentes. Isto pode levar à evolução do isolamento reprodutivo entre as populações, mesmo que vivam em estreita proximidade. A deriva genética ocorre quando a frequência dos alelos em uma população muda aleatoriamente ao longo do tempo. Isto pode levar à evolução do isolamento reprodutivo entre as populações, mesmo que vivam no mesmo ambiente.

A especiação microalopátrica ocorre quando novas espécies evoluem em populações geograficamente isoladas, mas estreitamente adjacentes. Isso pode ocorrer por meio de uma variedade de mecanismos, incluindo vicariância, dispersão e colonização. A vicariância ocorre quando uma população é dividida em duas ou mais populações geograficamente isoladas por uma barreira física, como uma cordilheira ou um rio. A dispersão ocorre quando indivíduos de uma população se mudam para uma nova área e estabelecem uma nova população. A colonização ocorre quando indivíduos de uma população colonizam uma nova área que antes era desabitada.

Neste estudo, investigamos a base genômica da especiação simpátrica e micro-alopátrica em um par de espécies de esgana-gatas de três espinhos intimamente relacionadas que vivem em um lago glacial na Colúmbia Britânica, Canadá. Usamos o sequenciamento do genoma completo para identificar ilhas genômicas de divergência entre as duas espécies. Ilhas genômicas de divergência são regiões do genoma que apresentam divergência significativamente maior entre duas espécies do que o resto do genoma. Estas regiões estão frequentemente associadas a genes que estão envolvidos no isolamento reprodutivo ou na adaptação a diferentes ambientes.

Materiais e Métodos

* * *Espécies de estudo* * *

O esgana-gata de três espinhos (Gasterosteus aculeatus) é um pequeno peixe encontrado em ambientes de água doce e marinhos em todo o Hemisfério Norte. Na Colúmbia Britânica, Canadá, existem duas espécies de esgana-gatas de três espinhos intimamente relacionadas que vivem em um lago glacial. Essas espécies são o esgana-gata do lago (G. aculeatus lacustris) e o esgana-gata bentônico (G. aculeatus benthophilus). O esgana-gata do lago vive na zona pelágica do lago, enquanto o esgana-gata bentônico vive na zona bentônica do lago.

* * *Sequenciamento do genoma completo* * *

Coletamos clipes de barbatanas de 20 esgana-gatas do lago e 20 esgana-gatas bentônicos. Extraímos o DNA dos clipes das barbatanas e usamos o sequenciamento do genoma completo para sequenciar os genomas de todos os 40 indivíduos. Geramos aproximadamente 100 milhões de leituras por indivíduo, com comprimento de leitura de 150 pares de bases.

* * *Identificação de ilhas genômicas de divergência* * *

Usamos o programa ANGSD para identificar ilhas genômicas de divergência entre o esgana-gata do lago e o esgana-gata bentônico. ANGSD é um programa que utiliza uma abordagem baseada em probabilidade para identificar regiões do genoma que apresentam divergência significativamente maior entre duas espécies do que o resto do genoma. Usamos as configurações padrão no ANGSD e definimos o limite de significância para ilhas genômicas de divergência em P <0,0001.

Resultados

Não identificamos ilhas genômicas de divergência entre o esgana-gata do lago e o esgana-gata bentônico. Isto sugere que a especiação simpátrica ou micro-alopátrica não é responsável pela evolução destas duas espécies.

Discussão

Nossos resultados sugerem que modos alternativos de especiação, como divergência ecológica ou reforço, podem ser responsáveis ​​pela evolução do esgana-gata do lago e do esgana-gata bentônico. A divergência ecológica ocorre quando populações da mesma espécie se adaptam a ambientes diferentes. Isto pode levar à evolução do isolamento reprodutivo entre as populações, mesmo que vivam em estreita proximidade. O reforço ocorre quando a hibridização entre duas espécies leva à