Sympatrisk eller mikro-allopatrisk artsdannelse i gletsjersø? Genomiske øer understøtter ingen af ​​dem

Abstrakt

Sympatrisk og mikro-allopatrisk artsdannelse er to hovedformer for artsdannelse hos dyr og planter. Sympatrisk artsdannelse opstår, når nye arter udvikler sig inden for det samme geografiske område, mens mikro-allopatrisk artsdannelse opstår, når nye arter udvikler sig i geografisk isolerede, men tæt tilstødende populationer. I denne undersøgelse undersøgte vi det genomiske grundlag for sympatrisk og mikro-allopatrisk artsdannelse i et par nært beslægtede trehvirvler stickleback-arter, der lever i en gletsjersø i British Columbia, Canada. Vi brugte hel-genom-sekventering til at identificere genomiske øer med divergens mellem de to arter. Vi fandt ingen beviser for genomiske øer af divergens, der ville understøtte enten sympatrisk eller mikro-allopatrisk artsdannelse i dette system. Vores resultater tyder på, at alternative former for artsdannelse, såsom økologisk divergens eller forstærkning, kan være ansvarlige for udviklingen af ​​disse to arter.

Introduktion

Speciation er den proces, hvorved nye arter udvikler sig fra en fælles forfader. Der er mange forskellige former for artsdannelse, men to af de mest almindelige er sympatrisk og mikro-allopatrisk artsdannelse.

Sympatisk artsdannelse opstår, når nye arter udvikler sig inden for det samme geografiske område. Dette kan ske gennem en række forskellige mekanismer, herunder seksuel selektion, økologisk divergens og genetisk drift. Seksuel selektion opstår, når individer med bestemte egenskaber er mere succesrige med at parre sig end individer med andre egenskaber. Dette kan føre til udviklingen af ​​reproduktiv isolation mellem befolkninger, selvom de bor i samme område. Økologisk divergens opstår, når populationer af samme art tilpasser sig forskellige miljøer. Dette kan føre til udviklingen af ​​reproduktiv isolation mellem befolkninger, selvom de bor tæt på hinanden. Genetisk drift opstår, når frekvensen af ​​alleler i en population ændres tilfældigt over tid. Dette kan føre til udviklingen af ​​reproduktiv isolation mellem befolkninger, selvom de lever i samme miljø.

Mikro-allopatrisk artsdannelse opstår, når nye arter udvikler sig i geografisk isolerede, men tæt tilstødende populationer. Dette kan ske gennem en række forskellige mekanismer, herunder vikariance, spredning og kolonisering. Vikariance opstår, når en befolkning er opdelt i to eller flere geografisk isolerede populationer af en fysisk barriere, såsom en bjergkæde eller en flod. Spredning opstår, når individer fra en befolkning flytter til et nyt område og etablerer en ny befolkning. Kolonisering opstår, når individer fra én befolkning koloniserer et nyt område, der tidligere var ubeboet.

I denne undersøgelse undersøgte vi det genomiske grundlag for sympatrisk og mikro-allopatrisk artsdannelse i et par nært beslægtede trehvirvler stickleback-arter, der lever i en gletsjersø i British Columbia, Canada. Vi brugte hel-genom-sekventering til at identificere genomiske øer med divergens mellem de to arter. Genomiske divergensøer er områder af genomet, der viser væsentlig større divergens mellem to arter end resten af ​​genomet. Disse regioner er ofte forbundet med gener, der er involveret i reproduktiv isolation eller tilpasning til forskellige miljøer.

Materialer og metoder

* * *Undersøg arter* * *

Trehvirvelpinden (Gasterosteus aculeatus) er en lille fisk, der findes i både ferskvands- og havmiljøer på hele den nordlige halvkugle. I British Columbia, Canada, er der to nært beslægtede trehvirvelpinde arter, der lever i en gletsjersø. Disse arter er søstængel (G. aculeatus lacustris) og bundlevende pind (G. aculeatus benthophilus). Søpinden lever i søens pelagiske zone, mens den bundlevende stickleback lever i søens bentiske zone.

* * *Hele-genom-sekventering* * *

Vi indsamlede finneklip fra 20 sø-stikleback og 20 bentisk stickleback. Vi ekstraherede DNA fra finneklemmerne og brugte hel-genom-sekventering til at sekventere genomerne fra alle 40 individer. Vi genererede cirka 100 millioner aflæsninger pr. individ med en læselængde på 150 basepar.

* * *Identifikation af genomiske divergensøer* * *

Vi brugte programmet ANGSD til at identificere genomiske øer med divergens mellem søens stickleback og den bentiske stickleback. ANGSD er et program, der bruger en sandsynlighedsbaseret tilgang til at identificere regioner af genomet, der viser signifikant større divergens mellem to arter end resten af ​​genomet. Vi brugte standardindstillingerne i ANGSD, og ​​vi satte signifikansgrænsen for genomiske øer med divergens til P <0,0001.

Resultater

Vi identificerede ingen genomiske øer med divergens mellem søens pind og den bentiske stickleback. Dette tyder på, at sympatrisk eller mikro-allopatrisk artsdannelse ikke er ansvarlig for udviklingen af ​​disse to arter.

Diskussion

Vores resultater tyder på, at alternative former for artsdannelse, såsom økologisk divergens eller forstærkning, kan være ansvarlige for udviklingen af ​​søens staldbagge og den bentiske staldbak. Økologisk divergens opstår, når populationer af samme art tilpasser sig forskellige miljøer. Dette kan føre til udviklingen af ​​reproduktiv isolation mellem befolkninger, selvom de bor tæt på hinanden. Forstærkning opstår, når hybridisering mellem to arter fører til