Metapopulation dynamics of the migratory fish Prochilodus lineatus (Characiformes: Prochilodontidae) in a lotic remnant of the Grande River, Southeastern Brazil

River impoundments for electricity generation lead to environmental changes which severely affect fish migration and species richness. However, little is known about their effect on the genetic structure and population dynamics downstream from the reservoir. Here, we analyzed a set of ten microsatellite loci of Prochilodus lineatus, an important South American migratory fish. Specimens (n = 150) were sampled from five sites in a remnant lotic system that includes sections of the Grande, Pardo and Mogi Guaçu rivers, southeastern Brazil. The data showed that all microsatellites were polymorphic with the allele number per locus ranging from 5 to 32, and genetic diversity (H e ) varied from 0.74 to 0.80. Indices of genetic differentiation and Bayesian analysis showed a significant genetic structure and three genetic clusters inhabiting this river system. An asymmetric gene flow suggests source-sink metapopulation dynamics from tributaries (genetic source) to the main river (genetic sink). A genetic cluster that was not detected in the upper Mogi and Pardo rivers tributaries may indicate there is a "trapped gene pool" downstream from the Porto Colômbia dam. Thus, here we provide new insights into the genetic structure and population dynamics of a migratory fish species in a highly dammed river basin.(AU)

Represamento de rios para geração de eletricidade levam a mudanças ambientais que afetam severamente a migração de peixes e riqueza de espécies. No entanto, pouco se sabe sobre seu efeito na estrutura genética e dinâmica populacional a jusante de reservatórios. Aqui, analisamos um conjunto de dez loci de microssatélites de Prochilodus lineatus, um importante peixe migratório sul-americano. Os espécimes (n = 150) foram amostrados em cinco locais de um sistema lótico remanescente que inclui seções dos rios Grande, Pardo e Mogi Guaçu, sudeste do Brasil. Os dados mostraram que todos microssatélites eram polimórficos com o número de alelos por locus variando de 5 a 32 e diversidade genética (H e ) variou de 0,74 a 0,80. Índices de diferenciação genética e análise de agrupamento baseada em modelo bayesiano indicou a presença de três agrupamentos genéticos habitando este sistema fluvial. Um fluxo gênico assimétrico sugere dinâmica metapopulacional de fonte-sumidouro dos tributários (fonte genética) para o rio principal (sumidouro genético). Um agrupamento genético que não foi detectado nos tributários rio Mogi e rio Pardo parecem indicar que há um "trapped gene pool" a jusante da represa de Porto Colômbia. Assim, nós provemos aqui novos conhecimentos sobre a estrutura genética e dinâmica populacional de uma espécie de peixe migratório em um rio altamente fragmentado por barramentos.(AU)

Genetic diversity and aquaculture conservation for a threatened Neotropical catfish

Due to the ecological importance of Lophiosilurus alexandri, the present work evaluated its genetic representativeness by comparing wild stocks to broodstocks that were kept at three restocking hatcheries along the São Francisco River. A total of 97 samples were genotyped for newly developed microsatellite markers. Low levels of genetic diversity (average alleles number of 4.2 alleles) were detected in all cases, being more severe in captive groups. Significant pairwise FST and DEST values, Structure, and DAPC analyses showed that wild animals were structured in two groups, and a third group was formed by captive animals, evidencing the need to adopt genetic criteria to retain genetic diversity in the hatcheries. For this reason, three full-sib families were constructed to select the best relatedness estimator for L. alexandri and establish a cut-off value aimed to avoid full-sibling matings in the hatcheries. Two estimators, Wang (RW) and Lynch & Li (RLL), were accurate in reflecting the relatedness level for full-sibs in this species. According to them, less than 50% of the potential breeding matings in the three hatcheries are advisable. The innate low diversity of L. alexandri highlights the importance of minimizing inbreeding and retaining genetic diversity towards the species recovery.(AU)

Devido à importância ecológica de Lophiosilurus alexandri, o presente trabalho avaliou sua representatividade genética, comparando estoques selvagens com plantéis de reprodutores de três larviculturas ao longo do Rio São Francisco. Noventa e sete amostras foram genotipadas com marcadores microssatélites recém-desenvolvidos. Baixos níveis de diversidade genética (número médio de alelos de 4,2) foram detectados em todos os casos, sendo mais severo no cativeiro. Os valores de FST e DEST par a par, as análises do Structure e DAPC mostraram a estruturação dos animais selvagens em dois grupos, e um terceiro formado pelas larviculturas, evidenciando a necessidade de adoção de critérios genéticos para retenção da diversidade genética no cativeiro. Por essa razão, três famílias de irmãos completos foram construídas para selecionar o melhor estimador de parentesco para a espécie e estabelecer os valores mínimos de corte para evitar cruzamentos indesejados. Dois estimadores, Wang (RW) e Lynch & Li (RLL), foram eficientes em refletir as relações de parentesco para irmãos completos nessa espécie. Segundo eles, menos de 50% dos potenciais cruzamentos são recomendáveis nas três larviculturas. A baixa diversidade genética inerente ao L. alexandri destaca a importância de minimizar a consanguinidade e evitar perda de diversidade genética, visando a recuperação da espécie.(AU)

Analysis of propagule pressure and genetic diversity in the invasibility of a freshwater apex predator: the peacock bass (genus Cichla)

An important step in invasive biology is to assess biological variables that could be used to predict invasion success. The study of genetics, evolution, and interactions of invasive and native species in invaded ranges provides a unique opportunity to study processes in population genetics and the capability of a species' range expansion. Here, we used information from microsatellite DNA markers to test if genetic variation relates to propagule pressure in the successful invasion of an apex predator (the Amazonian cichlid Cichla) into Southeastern Brazilian River systems. Invasive populations of Cichla have negatively impacted many freshwater communities in Southeastern Brazil since the 1960s. Reduction of genetic variation was observed in all invasive populations for both Cichla kelberi (CK) and Cichla piquiti (CP). For instance, heterozygosity was lower in the invasive range when compared to native populations from the Amazon basin (CP HE = 0.179/0.44; CK HE = 0.258/0.536 respectively). Therefore, despite the successful invasion of Cichla in southeast Brazil, low genetic diversity was observed in the introduced populations. We suggest that a combination of factors, such as Cichla's reproductive and feeding strategies, the "evolutionary trap" effect and the biotic resistance hypothesis, overcome their depauperete genetic diversity, being key aspects in this apex predator invasion. Uma importante etapa na biologia da invasão é acessar variáveis biológicas que podem predizer o sucesso de invasão. O estudo da genética, evolução e interações entre invasores e espécies nativas no ambiente invadido pode prover uma oportunidade única para o estudo dos processos em genética de populações e a capacidade de uma espécie ampliar seu habitat. Nesse trabalho, nos utilizamos dados de marcadores de DNA microssatélites para testar se a variação genética é relacionada a pressão de propágulo na invasão bem sucedida do predador de topo (o ciclídeo Amazônico Cichla) nos rios do Sudeste Brasileiro. Populações invasoras de Cichla vem impactando negativamente diversas comunidades de água doce no Sudeste brasileiro deste 1960. A redução da variação genética foi observada em todas populações invasoras, tanto para Cichla kelberi (CK) como Cichla piquiti (CP). Por exemplo, a heterozigose foi menor no ambiente invadido quando comparada com as populações nativas da bacia Amazônica (CP HE = 0.179/0.44; CK HE = 0.258/0.536 respectivamente). Assim, apesar do sucesso da invasão de Cichla no sudoeste do Brasil, baixa diversidade genética foi observada nas populações introduzidas. Nós sugerimos que uma combinação de fatores, como as estratégias reprodutivas de Cichla, o efeito de "armadilha evolutiva" e a hipótese de resistências biótica superam o efeito que a diversidade genética depauperada exerce, sendo aspectos-chave na invasão desse predador de topo de cadeia.