Patterns of diversification and phylogenetic structure in the dorsolateral head musculature of Neotropical electric eels (Ostariophysi: Gymnotiformes), with a myological synonymy

The present study offers a broad comparative analysis of the dorsolateral head musculature in the Gymnotiformes, with detailed descriptions and illustrations of the dorsolateral head muscles of 83 species representing combined all valid genera. Results permit a detailed assessment of primary homologies and taxonomically-relevant variation across the order. This provides the basis for a myological synonymy, which organizes 33 previously proposed names for 15 recognized muscles. Morphological variation derived from dorsolateral head musculature was coded into 56 characters. When analyzed in isolation, that set of characters results in Gymnotidae as the sister group of remaining gymnotiforms, and all other currently recognized families as monophyletic groups. In a second analysis, myological characters were concatenated with other previously proposed characters into a phenotypic matrix. Results of that analysis reveal new myological synapomorphies for nearly all taxonomic categories within Gymnotiformes. A Partitioned Bremer Support (PBS) was used to asses the significance of comparative myology in elucidating phylogenetic relationships. PBS values show strongly non-uniform distributions on the tree, with positive scores skewed towards more inclusive taxa, and negative PBS values concentrated on less inclusive clades. Our results provide background for future studies on biomechanical constraints evolved in the early stages of gymnotiform evolution.(AU)

O presente estudo fornece uma ampla análise comparativa da musculatura dorsolateral da cabeça dos Gymnotiformes, com descrições detalhadas e ilustrações dos músculos dorsolaterais da cabeça de 83 espécies representando quase todos os gêneros válidos. Resultados permitem uma avaliação das homologias primárias e da variação taxonomicamente relevante na ordem. Isto fornece a base para uma sinonímia da nomenclatura miológica que organiza 33 nomes previamente propostos para os 15 músculos reconhecidos. As variações morfológicas da musculatura dorsolateral da cabeça foram codificadas em 56 caracteres. Este conjunto de dados foi inicialmente analisado isoladamente, resultando em Gymnotidae como grupo-irmão dos demais Gymnotiformes; e todas as famílias como grupos monofiléticos. Numa segunda análise, os caracteres musculares foram concatenados com uma matriz fenotípica previamente proposta compondo uma ampla matriz morfológica combinada. Os resultados desta análise revelaram novas sinapomorfias miológicas para todas as categorias taxonômicas em Gymnotiformes. O Suporte de Bremer Particionado (SBP) foi implementado para acessar a influência da miologia em elucidar os relacionamentos filogenéticos. Os valores de SBP exibem uma distribuição não uniforme na árvore, com indicadores positivos para agrupamentos mais inclusivos e valores negativos de SBP em clados menos inclusivos. Nossos resultados fornecem subsídios para investigações futuras sobre as restrições biomecânicas envolvidas nos estágios inicias da evolução dos Gymnotiformes.(AU)

Electric eels galore: microsatellite markers for population studies

Fourteen novel microsatellite loci are described and characterized in two species of electric eels, Electrophorus variiand E. voltaifrom floodplains and rivers of the Amazon rainforest. These loci are polymorphic, highly informative, and have the capacity to detect reliable levels of genetic diversity. Likewise, the high combined probability of paternity exclusion value and low combined probability of genetic identity value obtained demonstrate that the new set of loci displays suitability for paternity studies on electric eels. In addition, the cross-amplification of electric eel species implies that it may also be useful in the study of the closely related E. electricus, and to other Neotropical electric fishes (Gymnotiformes) species as tested herein.(AU)

Catorze novos loci microsatélites são descritos e caracterizados em duas espécies de poraquês, Electrophorus varii e E. voltai de planícies alagadas e rios da floresta amazônica. Esses loci são polimórficos, altamente informativos e têm a capacidade de detectar níveis confiáveis de diversidade genética. Da mesma forma, o alto valor de exclusão de paternidade combinado com a baixa probabilidade de identidade genética demonstra que o novo conjunto de loci exibe adequação para estudos de paternidade em poraquês. Além disso, a amplificação cruzada de espécies de peixes elétricos implica que também pode ser útil no estudo da espécie intimamente relacionada E. electricus, e de outras espécies de peixes elétricos neotropicais (Gymnotiformes).(AU)

First chromosomal analysis of Gymnorhamphichthys britskii: the remarkable lowest diploid value within the family Rhamphichthyidae (Gymnotiformes)

Gymnorhamphichthys britskii is a Neotropical electric fish of family Rhamphichthyidae described from the Paraná-Paraguay system. This study reports the first karyotypic description of G. britskii collected from the upper Paraná river basin, which presented 2n=38 chromosomes, karyotype composed of 14 metacentric, 8 submetacentric, 2 subtelocentric and 14 acrocentric chromosomes, and fundamental number as 62 for both sexes. Heteromorphic sex chromosomes were absent. A single pair of nucleolar organizing regions (NORs) was detected in the submetacentric chromosome pair number 9 by silver staining and confirmed by the 18S rDNA probe. The 5S rDNA was located in a single chromosome pair. Heterochromatic regions were clearly observed in the short arms of the NOR-bearing chromosome pair and in the telomeric positions of most acrocentric chromosomes. Besides the present data are valuable to help in understanding karyotypic evolution in Rhamphichthyidae, data from NORs confirmed the tendency of this family in presenting simple NORs sites, similar to the other Gymnotiformes clades. Yet, the presence of a large heterochromatic block in the NOR-bearing chromosome can be used as cytogenetic markers for G. britskii, and that centric fusions appear to be an important mechanism in the karyotype evolution and differentiation among Gymnotiformes species.(AU)

Gymnorhamphichthys britskii é um peixe neotropical da família Rhamphichthyidae descrita no sistema Paraná-Paraguai. Este estudo relata a primeira descrição cariotípica de G. britskii coletado na bacia do alto rio Paraná, que apresentou 2n = 38 cromossomos, cariótipo composto por 14 metacêntricos, 8 submetacêntricos, 2 subtelocêntricos e 14 acrocêntricos, e número fundamental 62 para ambos sexos. Cromossomos sexuais heteromórficos estavam ausentes. Um único par de regiões organizadoras de nucléolos (RONs) foi detectado no par de cromossomos submetacêntricos número 9 por coloração com prata e confirmado pela sonda DNAr 18S. O DNAr 5S foi localizado em um único par cromossômico. Regiões heterocromáticas foram claramente observadas nos braços curtos do par de cromossomos que carrega a RON e nas posições teloméricas da maioria dos cromossomos acrocêntricos. Além dos dados presentes serem valiosos para auxiliar na compreensão da evolução cariotípica em Rhamphichthyidae, dados de RONs confirmaram a tendência desta família em apresentar sítios simples de RONs, semelhantes aos demais clados de Gymnotiformes. No entanto, a presença de um grande bloco heterocromático no cromossomo portador da RON, pode ser usado como marcador citogenético para G. britskii e as fusões cêntricas parecem ser um mecanismo importante na evolução e diferenciação cariotípica entre as espécies de Gymnotiformes.(AU)

Molecular assessment of Gymnotus spp. (Gymnotiformes: Gymnotidae) fishing used as live baitfish in the Tietê River, Brazil

The capture of live bait for sport fishing is an important activity for fishing communities. The main species used for this purpose are members of the genus Gymnotus, which comprises numerous species of cryptic nature that are difficult to identify based on external morphology. The aims of this work were to identify through partial sequences of the COI gene Gymnotus species fished in the Jacaré-Guaçu River, SP, and to develop a molecular diagnostic approach using PCR-RFLP to identify these species. Partial COI sequences were compared to those of other species deposited in GenBank. The sequences were assessed in the NEBCutter program to determine restriction sites in the sequence and the enzymes to be tested. Phenetic analysis performed by Neighbor-Joining method showed that the specimens sampled belong to two species preliminary identified here as G. cf. sylvius and G. cf. cuia, with G. cf. sylvius accounting for 95.2% of the individuals sampled. The enzymes NlaIII and SacI generated fragments that allowed distinguishing the Gymnotus species using PCR-RFLP. This analysis can be used to accurately identify these species, which is fundamental for monitoring Gymnotus fishing and assessing the conservation of this genetic resource.(AU)

A captura de iscas-vivas para a pesca esportiva constitui uma atividade importante em comunidades de pescadores. As principais espécies utilizadas para este propósito pertencem ao gênero Gymnotus, o qual compreende inúmeras espécies de natureza críptica que dificulta a identificação baseada na morfologia externa. Os objetivos deste trabalho foram identificar através de sequências parciais do gene COI, espécies de Gymnotus capturadas no Rio Jacaré-Guaçu, Ibitinga, SP, e desenvolver um diagnóstico molecular por meio de PCR-RFLP. Sequências parciais de COI foram comparadas com outras espécies depositadas no GenBank. As sequências foram analisadas no Programa NebCutter para determinar os sítios de restrição e definir as enzimas a serem testadas. A análise fenética pelo método de Neighbor-Joining mostrou que os espécimes pertencem a duas espécies identificadas preliminarmente aqui como G. cf. sylvius e G. cf. cuia, sendo que G. cf. sylvius representou 95,2% dos indivíduos amostrados. As enzimas NlaIII e SacI geraram fragmentos que permitiram discriminar as espécies por meio de PCR-RFLP. Esta análise pode ser usada na identificação precisa destas espécies, fundamental na proposição de monitoramento da pesca de Gymnotus na região e para medidas adequadas de conservação.(AU)

Karyotypic and morphological divergence between two cryptic species of Eigenmannia in the Amazon basin with a new occurrence of XX/XY sex chromosomes (Gymnotiformes: Sternopygidae)

Eigenmannia species are widely distributed in the Neotropics, with eight valid species currently recognized. Populations of Eigenmannia from three locations in the eastern Amazon were investigated using cytogenetic and morphological techniques, revealing two taxa designated here as Eigenmannia sp. "A" and Eigenmannia sp. "B". The species differ in three morphometric characters, two meristic characters, and one osteological character. Eigenmannia sp. "A" presents 2n = 34 (22 m/sm+12 st/a) and Eigenmannia sp. "B" presents 2n = 38 (14 m/sm+24st/a) and simple differentiated sex chromosomes of the type XX/XY. In both species the Constitutive Heterochromatin (CH) rich in A-T bases is distributed in the centromeric region of all chromosomes. Eigenmannia sp. "B" also presents CH blocks in the interstitial region of chromosome pairs 8, 9 and X which are positively stained with CMA3, indicating G-C rich regions. The NOR is located on the short arm of chromosome pair 17 of Eigenmannia sp. "A" and on the short arm of pair 14 of Eigenmannia sp. "B". FISH with rDNA probes hybridized to different-sized regions between homologs, suggesting heteromorphism. The differentiation of the X chromosome in Eigenmannia sp. "B" could be the result of amplification of repetitive DNA sequences.

Espécies de Eigenmannia estão amplamente distribuídas na região Neotropical, com oito espécies válidas atualmente reconhecidas. Populações de Eigenmannia de três localidades do leste da Amazônia foram investigadas usando técnicas citogenéticas e morfológicas, revelando dois táxons designados aqui como Eigenmannia sp. "A" e Eigenmannia sp. "B". As espécies diferem em três caracteres morfométricos, dois merísticos e um osteológico. Eigenmannia sp. "A" apresenta 2n = 34 (22 m/sm+12st/a) e Eigenmannia sp. "B" apresenta 2n = 38 (14 m/sm+24st/a) e cromossomos sexuais de diferenciação simples, do tipo XX/XY. Em ambas espécies a Heterocromatina Constitutiva (HC) rica em bases A-T está distribuída na região centromérica de todos os cromossomos. Eigenmannia sp. "B" também apresenta blocos de HC na região intersticial dos pares cromossômicos 8, 9 e X que coraram positivamente para CMA3, indicando regiões ricas em G-C. A NOR está localizada no braço curto do par 17 em Eigenmannia sp. "A" e no braço curto do par 14 em Eigenmannia sp. "B". FISH com sondas de rDNA hibridizaram em regiões de tamanhos diferentes entre os homólogos, sugerindo heteromorfismo. A diferenciação do cromossomo X em Eigenmannia sp. "B" pode ser o resultado de amplificação de sequências repetitivas de DNA.

Evidence of the color pattern variation in populations of Gymnotus pantanal (Gymnotiformes) from three streams in the upper Paraná River basin, Brazil

Color pattern is an important character in the systematics and alpha-taxonomy of electric fishes of the genus Gymnotus. This paper presents evidence of color variation in populations of G. pantanal found in the streams Jacutinga and Pinheirinho, in the upper Paraná River basin, southern Brazil. Color variations were corroborated for morphological and cytogenetic data. Our results show the importance of integrating morphologic and cytogenetic data in the taxonomy of the Gymnotus species.

O padrão de colorido é um caráter muito importante na sistemática e alfa taxonomia de espécies do gênero Gymnotus. O objetivo deste trabalho foi apresentar evidências de variação no padrão de colorido em populações locais de Gymnotus pantanal encontrados nos córregos Jacutinga e Pinheirinho, bacia do alto rio Paraná, sul do Brasil. A variação no padrão de colorido foi corroborada por dados morfológicos e citogenéticos. Nossos resultados demonstram a importância da integração de dados morfológicos e citogenéticos na taxonomia de espécies de Gymnotus.

Sperm ultrastructure in three different families of weakly electric fishes (Teleostei: Gymnotiformes)

This study presents details of sperm ultrastructure for Gymnotus aff. carapo (Gymnotidae), Eigenmannia trilineata (Sternopygidae), and three Brachyhypopomus species (B. draco, B. bombilla, and B. gauderio - Hypopomidae) from southern Brazil. Differences were found among the representatives of the different families. For example, nuclear rotation was present in E. trilineata and in the Brachyhypopomus species, but absent in Gymnotus aff. carapo, and the presence of flagellar fins was only observed in E. trilineata. Some intraspecific variations could also be noticed among the Brachyhypopomus species analyzed. Most of the characters found in the spermatozoa of the species studied herein are shared with species of Gymnotiformes previously analyzed.

Este estudo apresenta detalhes sobre a ultraestrutura do espermatozoide de Gymnotus aff. carapo (Gymnotidae), Eigenmannia trilineata (Sternopygidae), e três espécies de Brachyhypopomus (B. draco, B. bombilla, e B. gauderio - Hypopomidae) do sul do Brasil. Diferenças foram encontradas entre os representantes das diferentes famílias, como por exemplo a presença de rotação nuclear em E. trilineata e nas espécies de Brachyhypopomus e a ausência em G. aff. carapo, e a presença de aletas laterais no flagelo observada somente em E. trilineata. Algumas variações intraespecíficas também puderam ser registradas entre as espécies de Brachyhypopomus analisadas. A maioria das características encontradas nos espermatozoides das espécies aqui analisadas são compartilhadas com as demais espécies de Gymnotifomes previamente analisadas.

Genetic variability in three species of Gymnotus Linnaeus, 1758 (Gymnotiformes: Gymnotidae) from Caracu stream of the upper Paraná River basin, Brazil

The genetic variability of three Gymnotus species from the Caracu stream, a small tributary of the left margin of Paraná River (Brazilian upper Paraná River floodplain), was estimated with data of 17 putative allozyme loci, which were obtained by using corn starch gel electrophoresis of 10 enzymatic systems: Aspartate aminotransferase (E. C. 2.6.1.1), Alcohol dehydrogenase (E. C. 1.1.1.1), Esterase (E. C. 3.1.1.1), Glucose dehydrogenase (E. C. 1.1.1.118), Glycerol-3-phosphate dehydrogenase (E. C. 1.1.1.8), Isocitrate dehydrogenase (E. C. 1.1.1.42), L-Lactate dehydrogenase (E. C. 1.1.1.27), Malate dehydrogenase (E. C. 1.1.1.37), Superoxide dismutase (E. C. 1.15.1.1) and Sorbitol dehydrogenase (E. C. 1.1.1.14). The genetic diversity was estimated as He = 0.3458 for G. pantanal, He = 0.2481 for G. inaequilabiatus, and He = 0.3152 for G. sylvius. The most divergent species were G. sylvius and G. pantanal (D = 0.117), and the most similar were G. inaequilabiatus and G. pantanal (D = 0.051). The data indicates that the observed genetic variability was very low and the expected variability estimated for these three species is very high, and the genetic differences among them are small. The data suggest that the process of speciation which produced these three species is recent.(AU)

A variabilidade genética de três espécies de Gymnotus do riacho Caracu, um pequeno afluente da margem esquerda do rio Paraná (planície de inundação do alto rio Paraná) foi estimada com base em 17 loci aloenzimáticos, os quais foram obtidosutilizando eletroforese em gel de amido de milho em 10 sistemas enzimáticos: Aspartato aminotransferase (E. C. 2.6.1.1), Álcool desidrogenase (E. C. 1.1.1.1), Esterase (E. C. 3.1.1.1), Glicose desidrogenase (E. C. 1.1.1.118), Glicerol-3-fosfato desidrogenase (E. C. 1.1.1.8), Isocitrato desidrogenase (E. C. 1.1.1.42), L-Lactato desidrogenase (E. C. 1.1.1.27), Malato desidrogenase (E. C. 1.1.1.37), Superóxido dismutase (E. C. 1.15.1.1) e Sorbitol desidrogenase (E. C. 1.1.1.14). A diversidade genética foi estimada em He = 0.3458 para G. pantanal, He = 0,2481 para G. inaequilabiatus, e He = 0,3152 para G. sylvius. As espécies mais divergentes foram G. sylvius e G. pantanal (D = 0,117), e as mais semelhantes foram G. inaequilabiatus e G. pantanal (D = 0,051). Os dados mostram que a variabilidade genética observada é muito baixa, mas a esperada é muito alta e que as diferenças genéticas entre elas são pequenas. Os dados sugerem que o processo de especiação que originou as três espécies é recente.(AU)