Population genetics of three threatened catfish species in heterogeneous environments of the Cauca River, Colombia

Neotropical catfishes Ageneiosus pardalis, Pimelodus grosskopfii and Sorubim cuspicaudus are migratory fishes of commercial importance that exhibit decreasing populations due to overfishing and other anthropic interventions. This study used species-specific microsatellite loci to test the hypothesis that threatened fish populations show genetic vulnerability signs and are genetically structured in the middle and lower sections of the Cauca River. The studied species exhibit genetic diversity levels higher than the average values reported for Neotropical Siluriformes; however, they seem to have suffered recent bottlenecks and they present significant endogamy levels that are higher for the critically endangered catfish P. grosskopfii. Furthermore, both Ageneiosus pardalis and S. cuspicaudus are each formed by one genetic group, while Pimelodus grosskopfii comprises two coexisting genetic groups. The information obtained in this study is useful for the decision making in management plans that are appropriate for the sustainability of these three species populations within the proposal for the expansion of the hydroelectric development and other anthropic activities.(AU)

Los bagres Neotropicales Ageneiosus pardalis, Pimelodus grosskopfii y Sorubim cuspicaudus, son peces migratorios de importancia comercial cuyas poblaciones han disminuido debido a la sobrepesca y otras intervenciones antrópicas. En este trabajo, se utilizaron loci microsatélites especie-específicos para contrastar la hipótesis de que las poblaciones de peces amenazadas muestran señales de vulnerabilidad genética y están genéticamente estructuradas en los sectores medio y bajo del río Cauca. Las especies estudiadas exhiben niveles de diversidad genética superiores a los promedios reportados para Siluriformes Neotropicales; sin embargo, parecen haber sufrido cuellos de botella recientes y presentan niveles significativos de endogamia que son más altos para el bagre en peligro crítico, P. grosskopfii. Además, Ageneiosus pardalis y S. cuspicaudus están conformados cada uno por un solo grupo genético, mientras que Pimelodus grosskopfii comprende dos grupos genéticos que coexisten. La información obtenida en este estudio es útil para la toma de decisiones en planes de manejo que sean adecuados para la sostenibilidad de las poblaciones de estas tres especies de bagre dentro de las propuestas para la expansión de desarrollo hidroeléctrico y otras actividades antrópicas.(AU)

Development of microsatellite loci and population genetics of the catfish Pimelodus yuma (Siluriformes: Pimelodidae)

Pimelodus yuma (formerly Pimelodus blochii) is a freshwater fish, endemic to the Colombian Magdalena-Cauca and Caribbean basins that experiences habitat disturbances resulting from anthropogenic activities. Due to the lack of information about the population genetics of this species, this study developed 14 species-specific microsatellite loci to assess the genetic diversity and population structure of samples from the lower section of the Cauca River. The studied species showed genetic diversity levels higher than the average values reported for Neotropical Siluriformes and significant inbreeding levels as was described for some congeners. Furthermore, P. yuma comprises two coexisting genetic groups that exhibit gene flow along the lower section of the Cauca River. This information constitutes a baseline for future monitoring of the genetic diversity and population structure in an anthropic influenced sector of the Magdalena-Cauca basin.(AU)

Pimelodus yuma (anteriormente Pimelodus blochii) es un pez dulceacuícola endémico de las cuencas colombianas Magdalena-Cauca y Caribe que experimenta alteraciones del hábitat como resultado de actividades antropogénicas. Debido a la falta de información sobre la genética poblacional de esta especie, este estudio desarrolló 14 loci microsatélites especie-específicos para evaluar la diversidad genética y la estructura poblacional de muestras de la sección baja del río Cauca. La especie estudiada mostró niveles de diversidad genética más altos que los valores promedio reportados para Siluriformes neotropicales y niveles de endogamia significativos como se describió para algunos congéneres. Además, P. yuma comprende dos grupos genéticos coexistentes que exhiben flujo de genes a lo largo de la sección baja del río Cauca. Esta información constituye una línea base para futuros monitoreos de la diversidad genética y la estructura poblacional en un sector de influencia antrópica de la cuenca Magdalena-Cauca.(AU)

Development of microsatellite loci and population genetics in the bumblebee catfish species Pseudopimelodus atricaudus and Pseudopimelodus magnus (Siluriformes: Pseudopimelodidae)

The Neotropical freshwater catfish Pseudopimelodus atricaudus and Pseudopimelodus magnus are two recently discovered species endemic to the Colombian Magdalena-Cauca River basin. In this study, a set of 13 microsatellite loci were developed by using next generation sequence technology to assess the genetic diversity and population structure in P. atricaudus and test for cross-species amplification in P. magnus. Both species exhibited high genetic diversity (P. atricaudus: Na: 9.000 - 9.769 alleles/locus, Ho: 0.760 - 0.804, HE: 0.804 - 0.840; P. magnus: Na: 12.8 - 5.4 alleles/locus, Ho: 0.638 - 0.683, HE: 0.747 - 0.755) compared to the mean levels of genetic diversity reported for Neotropical Siluriformes, and lack of genetic differentiation among sampling sites within the Cauca River (P. atricaudus: F'ST=0.013 - 0.017, P > 0.05, D'est= -0.004 - 0.023, P > 0.05; P. magnus: F'ST= 0.031, P= 0.055; D'est= 0.045, P= 0.058). This work is the first insight on the diversity and the population genetics of species of the family Pseudopimelodidae and provides a framework to further population genetic and conservation analyses needed in this poorly studied family at the microevolutionary level.(AU)

Los bagres neotropicales Pseudopimelodus atricaudus y Pseudopimelodus magnus son dos especies recientemente descubiertas, endémicas de la cuenca Magdalena-Cauca en Colombia. En este estudio, se desarrollaron 13 loci microsatélites usando tecnología de secuenciación de próxima generación para evaluar la diversidad genética y la estructura poblacional de P. atricaudus y evaluar su amplificación cruzada en P. magnus. Ambas especies exhibieron altos valores de diversidad genética (P. atricaudus: Na: 9.000 - 9.769 alelos/locus, HO: 0.760 - 0.804, HE: 0.804 - 0.840; P. magnus: Na: 12.8 - 5.4 alelos/locus, HO: 0.638 - 0.683, HE: 0.747 - 0.755) comparados con los valores promedios de diversidad genética reportados para Siluriformes neotropicales, y ausencia de estructura genética entre los sitios analizados (P. atricaudus: F'ST= 0.013 - 0.017, P > 0.05, D'est= -0.004 - 0.023, P > 0.05; P. magnus: F'ST= 0.031, P= 0.055; D'est= 0.045, P= 0.058). Este trabajo representa la primera aproximación a la diversidad y genética poblacional de especies de la familia Pseudopimelodidae y proporciona un marco de referencia para futuros estudios genético-poblacionales y de conservación, requeridos en esta familia de bagres poco estudiada en el nivel microevolutivo.(AU)

Population genetics of the endangered catfish Pseudoplatystoma magdaleniatum (Siluriformes: Pimelodidae) based on species-specific microsatellite loci

The Neotropical catfish genus Pseudoplatystoma comprises eight species of large size, widely distributed in South American basins. The endangered species P. magdaleniatum is endemic to Magdalena basin (Colombia), experiences high fishing pressure and its population genetics is relatively unknown. To study the genetic status and structure of P. magdaleniatum, 25 species-specific polymorphic microsatellite loci were developed using next-generation sequencing and then tested in samples collected in the Magdalena-Cauca basin. Based on 15 of these loci, P. magdaleniatum showed a high number of alleles per locus (9-10), high values of observed (0.762-0.798) and expected (0.770-0.791) heterozygosities, recent reduction of population size and gene flow. These findings constitute a baseline to measure potential changes in genetic diversity and structure of this commercially important species in a basin undergoing high anthropogenic activities.(AU)

El género de bagres neotropicales Pseudoplatystoma comprende ocho especies de gran tamaño, ampliamente distribuidas en las cuencas de Suramérica. La especie en peligro de extinción P. magdaleniatum es endémica de la Cuenca del Magdalena (Colombia), experimenta una alta presión pesquera y su genética poblacional es relativamente desconocida. Para estudiar el estado y estructura genética de P. magdaleniatum, se desarrollaron 25 loci microsatélites polimórficos especie específicos utilizando secuenciación de próxima generación y se evaluaron en muestras recolectadas en la Cuenca del Magdalena-Cauca. Con base en 15 loci, P. magdaleniatum mostró un alto número de alelos por locus (9-10), valores altos de heterocigosidad observada (0.762-0.798) y esperada (0.770-0.791), reducción reciente del tamaño poblacional y flujo génico. Estos hallazgos constituyen una línea de base para medir cambios potenciales en la diversidad y estructura genética de esta especie comercialmente importante en una cuenca sometida a altas actividades antropogénicas.(AU)

Morfogeometría del caparazón del cangrejo Damithrax spinosissimus (Decapoda: Mithracidae) en tres islas del Caribe suroccidental / Morfogeometry shell crab Damithrax spinosissimus (Decapoda: Mithracidae) on three islands in the southwestern Caribbean

ResumenEl cangrejo rey del Caribe Damithrax spinosissimus es un recurso pesquero catalogado en estado de vulnerabilidad y de cuya biología se conoce muy poco. Su distribución agregada en mosaico y la gran heterogeneidad ambiental dada por las características oceanográficas, paisajísticas y ecológicas del Caribe, pueden propiciar a que exista variabilidad fenotípica en función de la procedencia geográfica de los individuos. Por esta razón, el objetivo de esta investigación fue determinar si existe variabilidad morfogeométrica en los caparazones de ejemplares procedentes de tres islas del Caribe suroccidental: Providencia, Rosario y San Bernardo. La primera de ellas con una influencia netamente oceánica y las dos siguientes, cercanas al continente, con mayor influencia de las dinámicas costeras. Para ello se capturaron y fotografiaron 276 individuos: 103 hembras ovadas y 173 machos, sobre los cuales se realizaron análisis morfogeométricos, tomando 12 puntos anatómicos de referencia (Landmarks) en una de las mitades del caparazón. Las diferencias de tamaño entre sexos y entre orígenes geográficos se contrastaron mediante comparaciones pareadas de Fisher, el efecto alométrico se estimó mediante Análisis de Regresión Multivariada y el modelo de pendientes alométricas mediante Análisis Multivariado de Covarianza. La conformación promedio entre sexos y entre orígenes geográficos se computó de las deformaciones relativas, obtenidas mediante análisis de componentes principales; asimismo, las distancias Euclidianas entre las conformaciones promedio se utilizaron para construir un árbol con base en el algoritmo de Neighbour- Joining con una significancia calculada sobre 10 000 permutaciones. Los resultados mostraron diferencias en el tamaño y conformación del caparazón entre sexos y entre las tres islas, siendo más evidentes las diferencias en Providencia. Estos resultados pueden ser explicados de manera no excluyente por diferencias genéticas y plasticidad fenotípica debida a la heterogeneidad ambiental del sector. Este estudio, primero en su clase, es un aporte al conocimiento de la especie y de él se concluye que deberían existir estrategias de manejo diferentes para las tres islas.

AbstractThe Caribbean King Crab, Damithrax spinosissimus is a fishery resource, but few biological studies are available. Its patchy distribution, and the high environmental heterogeneity due to the oceanographic, landscape, and ecological characteristics of the Caribbean Sea, can favor the phenotypic variability according to the geographic origin. For this reason, the objective of our study was to determine morphometic variability in the carapace of the crabs from three Southwestern Caribbean islands: Providence, Rosario and San Bernardo. The former has an oceanic influence, whereas the two latter islands, which are closer to the mainland, have more influence of the coastal dynamic. A total of 276 individuals from the three islands were captured and photographed: 103 females and 173 males; their variation was analyzed from 12 anatomical landmarks marked on one half of the carapace. The differences in the carapace size were calculated using a Fisher’s pairwise comparison; the allometric effect was calculated by Multivariate Regression Analysis; and the Allometric model via Multivariate Analysis of Covariance. The average shape was calculated from the relative wraps RW obtained through PCA analysis; and the Euclidian distances between the shape averages, were used to construct a tree using the Neighbour-Joining algorithm over 10 000 permutations. The results showed significant differences in the size and shape of the carapace between sexes and among the three islands. The differences in the shape of the crabs from Providencia were significantly greater than those found between the crabs of Rosario and San Bernardo. These results can be explained inclusively due to the genetic differences and phenotypic plasticity, due to environmental heterogeneity of the sector. This study, the first of its kind, is a contribution to the knowledge of the species. We concluded that different management strategies should be differently adopted in each of the three studied islands. Rev. Biol. Trop. 64 (2): 667-681. Epub 2016 June 01.

Aproximación a la filogenia de Spodoptera (Lepidoptera: Noctuidae) con el uso de un fragmento del gen de la citocromo oxidasa I (COI) / Approach to Spodoptera (Lepidoptera: Noctuidae) phylogeny based on the sequence of the cytocrhome oxydase I (COI) mitochondrial gene

The genus Spodoptera includes 30 species of moths considered important pests worldwide, with a great representation in the Western Hemisphere. In general, Noctuidae species have morphological similarities that have caused some difficulties for assertive species identification by conventional methods. The purpose of this work was to generate an approach to the genus phylogeny from several species of the genus Spodoptera and the species Bombyx mori as an out group, with the use of molecular tools. For this, a total of 102 S. frugiperda larvae were obtained at random in corn, cotton, rice, grass and sorghum, during late 2006 and early 2009, from Colombia. We took ADN samples from the larval posterior part and we analyzed a fragment of 451 base pairs of the mitochondrial gene cytochrome oxydase I (COI), to produce a maximum likelihood (ML) tree by using 62 sequences (29 Colombian haplotypes were used). Our results showed a great genetic differentiation (K2 distances) amongst S. frugiperda haplotypes from Colombia and the United States, condition supported by the estimators obtained for haplotype diversity and polymorphism. The obtained ML tree clustered most of the species with bootstrapping values from 73-99% in the interior branches; with low values also observed in some of the branches. In addition, this tree clustered two species of the Eastern hemisphere (S. littoralis and S. litura) and eight species of the Western hemisphere (S. androgea, S. dolichos, S. eridania, S. exigua, S. frugiperda, S. latifascia, S. ornithogalli and S. pulchella). In Colombia, S. frugiperda, S. ornithogalli and S. albula represent a group of species referred as “the Spodoptera complex” of cotton crops, and our work demonstrated that sequencing a fragment of the COI gene, allows researchers to differentiate the first two species, and thus it can be used as an alternative method to taxonomic keys based on morphology. Finally, the ML tree did not cluster S. frugiperda with S. ornithogalli, suggesting that both species do not share the same recent ancestral even though they coexist in cotton. We suggest sequencing other genes (mitochondrial and nuclear) to increase our understanding of this genus evolution.

En este trabajo se secuenció un fragmento de 451pb del gen mitocondrial de la citocromo oxidasa I (COI) en 62 secuencias del género Spodoptera y una secuencia de Bombix mori (grupo externo). Los resultados mostraron gran diferenciación genética (distancia K2) entre los haplotipos de Spodoptera frugiperda de Colombia y Estados Unidos, según los estimadores de diversidad haplotípica, diversidad y polimorfismo nucleotídicos calculados. Un árbol de ML agrupó las especies con valores de bootstrap entre 73-99% en las ramas internas. No obstante algunas ramas presentaron bajos valores de bootstrap. Este árbol formó un grupo constituido por las especies del hemisferio oriental (S. littoralis y S. litura) y también agrupó las especies localizadas en el hemisferio occidental (S. androgea, S. dolichos, S. eridania, S. exigua, S. frugiperda, S. latifascia, S. ornithogalli y S. pulchella). Esto demuestra que el árbol agrupó las especies con base en su origen geográfico. Contrariamente, el árbol no agrupó a S. frugiperda con S. ornithogalli, demostrando que a pesar de que ambas coexisten en el cultivo de algodón, no comparten un ancestro común reciente. En Colombia, estas especies forman parte del “complejo Spodoptera” del algodón, y nuestros resultados demuestran que la secuenciación de este gen permite diferenciarlas sin necesidad del uso de claves taxonómicas de sus estadios larvales. Este trabajo es una aproximación a la filogenia de este género, por lo cual la inclusión de más genes (mitocondriales y nucleares) son necesarios para futuros trabajos.