Genetic connectivity of the metapopulation of the coral Pocillopora verrucosa (Scleractinia: Pocilloporidae) in multi-use marine protected areas of the Gulf of California, and management implications / Conectividad genética de la metapoblación del coral Pocillopora verrucosa (Scleractinia: Pocilloporidae) en áreas protegidas multipropósito del Golfo de California, e implicaciones de manejo

Abstract Introduction: Estimates of contemporary connectivity of the broadcast spawning coral Pocillopora verrucosa between multi-use marine protected areas (MUMPAs) are required to assess MUMPA effectiveness and their ability to enhance resilience against disturbances. Objective: To determine the genetic structure and connectivity patterns between P. verrucosa demes inside the Gulf of California and evaluate the role and effectiveness of established MUMPAS in their protection and resilience. Methods: We assessed P. verrucosa connectivity along its peninsular range (∼350 km), including five locations and three MUMPAs in the Gulf of California using six microsatellite genetic markers. Results: Population structure was significant (F ST = 0.108***) when demes included clonal replicates; however, when these clones were removed from the analysis, the sexual individuals comprised a metapopulation panmixia (F ST = 0.0007 NS). To further understand connectivity patterns, an assignment test was carried out which identified ten recent between-deme migrants with a mean dispersal distance of 116.6 km (± 80.5 SE). No long-distance dispersal was detected. These results highlight the ecological importance of the Bahía de La Paz region, including Archipiélago de Espíritu Santo MUMPA. This region, located at the center of the species peninsular range, exports larva to downstream sink demes such as the Loreto (northwardly) and Cabo Pulmo (southwardly) MUMPAs. Of importance, inter-MUMPA spacing was larger than the mean larval dispersal by ~56 km, suggesting thar the designation of intermediate 'no-take' zones would enhance short-distance connectivity. Conclusion: This study contributes as a baseline for policymakers and authorities to provide robust strategies for coral ecosystem protection and suggest that protection efforts must be increased towards peninsular intermediate reefs to promote metapopulation resilience from natural and anthropogenic factors.

Resumen Introducción: La estimación de la conectividad en corales escleractinios, como P. verrucosa, dentro de una red de áreas marinas protegidas (MPA) preestablecidas es fundamental para garantizar la efectividad en su conservación e incrementar su resiliencia. Objetivo: Determinar la estructura genética y la conectividad entre los demes de P. verrucosa dentro del Golfo de California, y evaluar el papel y efectividad de la red preestablecida de áreas marinas protegidas. Métodos: Se evaluó la conectividad de P. verrucosa en cinco locaciones a lo largo del golfo incluyendo tres MPA usando seis marcadores microsatélites. Resultados: Se demostró que existe estructura poblacional adjudicada a la presencia local y heterogénea de individuos clones (F ST = 0.108***); pero al removerlos del análisis, los individuos de origen sexual conformaron una metapoblación en panmixia (F ST = 0.0007 NS). Así mismo, se identificaron 10 potenciales migrantes en la región con una dispersión promedio de 116.57 km (± 80.47 SE) y sin conexión entre localidades extremas. De relevancia, se identificó la importancia ecológica del área central o Bahía de La Paz y MPA Archipiélago Espíritu Santo, como fuente larvaria de corales a toda la región. Además, se determinó que el espacio inter-MPA fue mayor que la distancia de dispersión promedio larvaria mencionada, por lo que sería de importancia ecológica el establecimiento de MPAs intermedias que favorezcan la conectividad a distancias cortas. Conclusiones: Los resultados encontrados en el estudio son pertinentes y contribuyen como línea base para los tomadores de decisiones y autoridades, proporcionando la conectividad de la región para establecer las estrategias de protección apropiadas, sugiriendo aumentar la conservación de las subpoblaciones centrales, la cuales promueven la resiliencia metapoblacional de P. verrucosa ante factores ambientales y/o antropogénicos.

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)

The impact of local extinction on genetic structure of wild populations of lima beans (Phaseolus lunatus) in the Central Valley of Costa Rica: consequences for the conservation of plant genetic resources

Plant populations may experience local extinction and at the same time new populations may appear in nearby suitable locations. Species may also colonize the same site on multiple occasions. Here, we examined the impact of local extinction and recolonization on the genetic structure of wild populations of lima beans (Phaseolus lunatus) in the Central valley of Costa Rica. We compared genetic diversity from the samples taken from the populations before and after extinction at 13 locations using microsatellite markers. Locations were classified according to the occurrence of extinction episodes during the previous five years into three groups: 1) populations that experienced extinction for more than one year, and were later recolonized (recolonized), 2) populations that did not experience local extinction (control), and 3) populations that did not experience local extinction during the study, but were cut to experimentally simulate extinction (experimental). Our data did not show a clear tendency in variation in allele frequencies, expected heterozygosity, and effective number of alleles within and between groups of populations. However, we found that the level of genetic differentiation between samples collected at different times at the same location was different in the three groups of populations. Recolonized locations showed the highest level of genetic differentiation (mean Fst= 0.2769), followed by control locations (mean Fst= 0.0576) and experimental locations (mean Fst= 0.0189). Similar findings were observed for Nei’s genetic distance between samples (di,j= 0.1786, 0.0400, and 0.0037, respectively). Our results indicate that genetic change in lima beans depends on the duration and frequency of local extinction episodes. These findings also showed that control populations are not in equilibrium. Implications of these results for the establishment of conservation strategies of genetic resources of lima beans are discussed. Rev. Biol. Trop. 56 (3): 1023-1041. Epub 2008 September 30.

Las poblaciones de plantas pueden experimentar extinción local, y al mismo tiempo, pueden surgir a sus alrededores nuevas poblaciones. Algunas especies pueden colonizar el mismo sitio en múltiples ocasiones. Aquí examinamos el impacto de la extinción local y recolonización en la estructura genética de poblaciones silvestres del frijol lima (Phaseolus lunatus) en el valle Central de Costa Rica. Comparamos la diversidad genética de muestras tomadas en poblaciones, antes y después de la extinción, en 13 sitios, usando marcadores de microsatélite. Según los episodios de extinción durante los cinco años previos, clasificamos los sitios así: 1) poblaciones que han experimentado extinción por más de un año, y después han recolonizado (recolonizado), 2) poblaciones que no han experimentado extinción local (control), y 3) poblaciones que no han experimentado extinción local durante el estudio, pero fueron cortadas experimentalmente, simulando una extinción (experimental). Nuestros datos no mostraron una clara tendencia en la variación de las frecuencias alélicas, heterozigosidad, o número efectivo de alelos en y entre grupos de poblaciones. Los niveles de diferenciación genética entre muestras recolectadas en diferentes momentos en el mismo sitio fueron diferentes en los tres grupos de poblaciones. Los sitios recolonizados mostraron el mayor nivel de diferenciación genética (Fst = 0.2769), seguidos de los sitios control (Fst= 0.0576) y sitios experimentales (Fst= 0.0189). Obtuvimos resultados similares en la distancia genética Neis entre muestras (d i,j = 0.1786, 0.0400, y 0.0037, respectivamente). Los cambios genéticos en los frijoles lima dependen de la duración y frecuencia de los episodios de extinción local. Las poblaciones "control" no están en equilibrio. Las implicaciones de estos resultados para el establecimiento de estrategias de conservación de los recursos genéticos de habas se encuentran en discusión.

Variación genética y flujo de genes entre poblaciones de Crocodylus acutus (Crocodylia: Crocodylidae) en tres ríos del Pacífico Central, Costa Rica

The crocodylid Crocodylus acutus is found in the Central Pacific of Costa Rica only in small populations, and the species is protected by law. RAPD was used to analyze 70 DNA samples of Crocodylus acutus from the rivers Jesus Maria, Tarcoles and Tusubres in the Central Pacific of Costa Rica in order to estimate genetic diversity, differentiation among populations, gene flow and genetic distance between them. Genetic diversity was low in the three rivers, H = 0.2201 in the Jesus Maria river, 0.2358 in the Tarcoles river and 0.2589 in the Tusubres river. Among the three populations there is a metapopulational dynamic (GST = 0.0367), mainly between the populations of the Jesus Maria and Tarcoles rivers. The value of gene flow (Nm = 13.1361) and the number of individuals reported for each river in 2004 suggests that the population of the Tarcoles river is the source and those from Jesus Maria and Tusubres are the drains. There was a direct relationship between the genetic distance and the geographical distance (z =1.1449, r =0.9731, p< 0.0010). A conservation strategy for these crocodiles must consider the existence of the metapopulation between the three rivers and the importance of studying the genetics of the American Crocodile in the rest of the Pacific coast of Costa Rica, as well as over the entire distribution range of this species. Rev. Biol. Trop. 56 (3): 1471-1480. Epub 2008 September 30.

Se utilizó la técnica de ADN Polimórfico Amplificado al Azar (RAPD) para analizar muestras de ADN de 70 individuos de C. acutus provenientes de los ríos Jesús María, Tárcoles y Tusubres en el Pacífico Central de Costa Rica para estimar la diversidad genética, la diferenciación entre poblaciones, el flujo genético y la distancia genética. La diversidad genética fue baja en los tres ríos H = 0.2201 en el río Jesús María, 0.2358 en el río Tárcoles y 0.2589 en el río Tusubres. La diversidad genética para el total de los individuos también fue baja, H = 0.2452. Entre las tres poblaciones hay una dinámica metapoblacional (G ST = 0.0367) principalmente en las poblaciones de los ríos Jesús María y Tárcoles. El valor de flujo genético (Nm = 13.1361) y el número de individuos registrado para cada río por Porras (2004) sugieren que la población del río Tárcoles está cumpliendo el papel de fuente y las de Jesús María y Tusubres constituyen los sumideros. Hubo relación directa entre la distancia genética y la distancia geográfica (z = 1.1449, r = 0.9731, p< 0.0010). Estos resultados indican la necesidad de diseñar una estrategia para la conservación de estos cocodrilos que considere la existencia de la metapoblación entre los tres ríos y también es importante realizar un estudio genético en el resto de la costa Pacífica del Costa Rica y en todo el ámbito de distribución de esta especie.