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)

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)

Variabilidade genética de larvas e alevinos de piracanjuba (Brycon orbignyanus) / Genetic variability of larvae and fingerlings of Piracanjuba (Brycon orbignyanus)

O objetivo do presente trabalho foi avaliar a variabilidade genética de larvas e alevinos de piracanjuba em programa de repovoamento. Foram coletadas 180 larvas de piracanjuba de três dias e 90 alevinos de três meses de idade. Foram avaliados cinco loci microssatélites, os quais produziram 19 alelos. Não houve presença de alelos raros nem perdas de alelos ao longo do período. A heterozigosidade observada foi superior nas larvas em relação aos alevinos. Houve desvio no equilíbrio de Hardy-Weinberg na maioria dos loci em ambos os grupos. O coeficiente de endogamia foi positivo em ambos os grupos, sendo a média dos alevinos superior em relação às larvas. O excesso de heterozigotos foi significativo no modelo Stepwise Mutation Model para os alevinos, indicando a possibilidade de efeito gargalo recente. Conclui-se que, apesar da adequada variabilidade genética encontrada, os valores do coeficiente de endogamia e a possibilidade de efeito gargalo nos alevinos atentam para a necessidade de constante monitoramento genético desses estoques antes da liberação no ambiente.(AU)

The objective of this study was to evaluate the genetic variability of Piracanjuba larvae and fingerlings in restocking program. A total of 180 three-day Piracanjuba larvae and 90 three-month-old fish were sampled. Five microsatellite loci were evaluated, which produced 19 alleles. There were no rare alleles or loss of alleles over the period. The observed heterozygosity was higher in larvae compared to fingerlings. There was a deviation in Hardy-Weinberg equilibrium in most loci in both groups. The inbreeding coefficient was positive in both groups, with the average of the fingerlings superior to the larvae. The excess heterozygotes were significant in the Stepwise Mutation Model for the fingerlings, indicating the possibility of a recent bottleneck effect. Despite the adequate genetic variability found, the values of the inbreeding coefficient and the possibility of bottleneck effect in the fingerlings show the need for constant genetic monitoring of these stocks prior to release into the environment.(AU)

Variabilidade genética de larvas e alevinos de piracanjuba (Brycon orbignyanus) / Genetic variability of larvae and fingerlings of Piracanjuba (Brycon orbignyanus)

O objetivo do presente trabalho foi avaliar a variabilidade genética de larvas e alevinos de piracanjuba em programa de repovoamento. Foram coletadas 180 larvas de piracanjuba de três dias e 90 alevinos de três meses de idade. Foram avaliados cinco loci microssatélites, os quais produziram 19 alelos. Não houve presença de alelos raros nem perdas de alelos ao longo do período. A heterozigosidade observada foi superior nas larvas em relação aos alevinos. Houve desvio no equilíbrio de Hardy-Weinberg na maioria dos loci em ambos os grupos. O coeficiente de endogamia foi positivo em ambos os grupos, sendo a média dos alevinos superior em relação às larvas. O excesso de heterozigotos foi significativo no modelo Stepwise Mutation Model para os alevinos, indicando a possibilidade de efeito gargalo recente. Conclui-se que, apesar da adequada variabilidade genética encontrada, os valores do coeficiente de endogamia e a possibilidade de efeito gargalo nos alevinos atentam para a necessidade de constante monitoramento genético desses estoques antes da liberação no ambiente.(AU)

The objective of this study was to evaluate the genetic variability of Piracanjuba larvae and fingerlings in restocking program. A total of 180 three-day Piracanjuba larvae and 90 three-month-old fish were sampled. Five microsatellite loci were evaluated, which produced 19 alleles. There were no rare alleles or loss of alleles over the period. The observed heterozygosity was higher in larvae compared to fingerlings. There was a deviation in Hardy-Weinberg equilibrium in most loci in both groups. The inbreeding coefficient was positive in both groups, with the average of the fingerlings superior to the larvae. The excess heterozygotes were significant in the Stepwise Mutation Model for the fingerlings, indicating the possibility of a recent bottleneck effect. Despite the adequate genetic variability found, the values of the inbreeding coefficient and the possibility of bottleneck effect in the fingerlings show the need for constant genetic monitoring of these stocks prior to release into the environment.(AU)

Genetic diversity of Arapaima gigas (Schinz, 1822) (Osteoglossiformes: Arapaimidae) in the Araguaia-Tocantins basin estimated by ISSR marker

The genetic diversity of the specimens of four natural populations of Arapaima from Araguaia-Tocantins basin was assessed within and among these stocks, using five primers for ISSR. COI (cytochrome c oxidase subunit I) partial sequences confirmed that the specimens belongs to Arapaima gigas. The ISSR provided 168 loci, of which 165 were polymorphic. However, the number of loci for each population and expected heterozygosity values were low. AMOVA showed 52.63% intra-population variation and 47.37% inter-population variation. The F ST was high among all populations (F ST ≥ 0.25), however, the cluster analysis (PCoA) and Bayesian inference showed three major groups: Araguaiana-MT + São Félix do Araguaia-MT, Novo Santo Antônio-MT and Itupiranga-PA. The genetic distance was not correlated with geographical distance. The ISSR marker revealed that the populations of the Araguaia-Tocantins are structured and have a low genetic diversity. These are the first data from a population analysis using molecular markers for A. gigas of Araguaia-Tocantins basins and may be used to define the best management strategies and conservation projects for this species.(AU)

A diversidade genética dos espécimes de quatro populações naturais de Arapaima coletados na bacia do Araguaia-Tocantins foi avaliada com base em cinco primers para marcadores moleculares ISSR. A sequência parcial do COI (cytochrome c oxidase subunit I) confirmou que os espécimes pertencem à espécie Arapaima gigas. Os ISSR forneceram 168 loci, dos quais 165 polimórficos. No entanto, para cada população, os valores de heterozigosidade esperada foram baixos. A AMOVA mostrou 52,63% de variação intrapopulacional e 47,37% interpopulacional. O F ST foi alto entre todas as populações (F ST ≥ 0,25); entretanto, a análise de agrupamento e a inferência Bayesiana mostraram três grandes grupos: Araguaiana-MT + São Félix do Araguaia-MT, Novo Santo Antônio-MT e Itupiranga-PA. A distância genética não teve correlação com a distância geográfica. Os ISSRs se mostraram eficientes para determinar a diversidade genética para a A. gigas, revelando que as populações da bacia Araguaia-Tocantins estão estruturadas e com baixa diversidade genética. Estes são os primeiros dados de análise populacional utilizando ISSR para A. gigas da bacia Araguaia-Tocantins e poderão ser utilizados para definir as melhores estratégias de manejo e projetos de conservação dessa espécie.(AU)

Estudos de variabilidade genética em lotes cultivados de tambaqui (Colossoma macropomum) na América do Sul

Atualmente, os estoques de peixes têm sofrido altos níveis de sobreexplotação pela pesca e estão ameaçados de extinção devido às alterações dos habitats naturais. Portanto, a produção de pescado oriunda de uma aquicultura sustentável certamente poderá auxiliar a suprir a demanda de proteína animal. Programas de melhoramento genético podem garantir a maximização do desempenho produtivo nos sistemas de cultivo, pois são capazes de otimizar o rendimento da produção da espécie-alvo. Entretanto, é fundamental que se realize primeiramente estudos de variabilidade genética por meio de marcadores moleculares, de maneira a evitar o gargalo genético e depressão endogâmica. Para esta finalidade, SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) são considerados os marcadores moleculares mais apropriados, uma vez que constituem o polimorfismo mais abundante em qualquer organismo. O tambaqui (Colossomamacropomum) é um dos peixes de maior valor comercial e de potencial para apiscicultura da América do Sul, portanto, uma espécie-alvo para programas demelhoramento genético. O presente trabalho teve como objetivo analisar a variabilidadegenética de estoques de tambaqui na América do Sul, utilizando marcadores SNPsobtidos por sequenciamento de nova geração. Inicialmente, foram sequenciados cercade 350 reprodutores de tambaqui, sendo oriundos de pisciculturas de diferenteslocalidades: Sul e Norte do Brasil, Colômbia, Peru; e uma população selvagem (rioAmazonas) e a população base do núcleo de melhoramento do CAUNESP (Jaboticabal,SP). A estratégia de sequenciamento/genotipagem dos SNPs foi por meio da técnicaddRAD-seq (Double-digest RAD-sequencing). Após os filtros de qualidade, foramselecionados cerca de 1.440 SNPs de 220 amostras de tambaqui para os estudos degenômica populacional. Os valores de Ho variaram de 0.081 a 0.248; enquanto de Heforam de 0.206 a 0.270. Os resultados da análise hierárquica de variância molecular(AMOVA) mostraram que a maior proporção da variância esteve presente dentro daspopulações (75.2%). Uma baixa diferenciação genética entre todas as populações foidetectada por análises de Fst global sobre os loci de SNPs (Fst = 0,05). A análise deestruturação genética identificou dois agrupamentos genéticos nas populaçõescomerciais de tambaqui da América do Sul. Estudos genéticos enfocando um maiorconhecimento do genoma dos estoques cultivados de tambaqui são consideradosessenciais para aquicultura, principalmente no sentido de fornecer subsídios para odesenvolvimento de programas de manejo e melhoramento desta espécie.

Currently, fish stocks have suffered from high levels of overexploitation by fishing and are threatened with extinction due to changes in natural habitats. Therefore, the production of fish from sustainable aquaculture can certainly help to meet the demand for animal protein. Genetic improvement programs can guarantee the maximization of productive performance in cultivation systems, because they are able to optimize the production yield of the target species. However, it is essential that genetic variability studies be carried out first through molecular markers, in order to avoid the genetic bottleneck and inbreeding depression. For this purpose, SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) are considered the most appropriate molecular markers, since they constitute the most abundant polymorphism in any organism. Tambaqui (Colossoma macropomum) is one of the fish with the greatest commercial value and potential for fish farming in South America, therefore, a target species for breeding programs. The present work aimed to analyze the genetic variability of tambaqui stocks in South America, using SNPs markers obtained by new generation sequencing. Initially, about 350 tambaqui breeders were sequenced, coming from fish farms in different locations: South and North of Brazil, Colombia, Peru; and a wild population (Amazon River) and the base population of the CAUNESP improvement center (Jaboticabal, SP). The SNP sequencing / genotyping strategy was through the ddRAD-seq (Double-digest RAD-sequencing) technique. After the quality filters, about 1,440 SNPs from 220 tambaqui samples were selected for population genomics studies. Ho values ranged from 0.081 to 0.248; while from He they were 0.206 to 0.270. The results of the hierarchical analysis of molecular variance (AMOVA) showed that the highest proportion of variance was present within populations (75.2%). Low genetic differentiation among all populations was detected by global Fst analyzes on SNP loci (Fst = 0.05). The analysis of genetic structure identified two genetic groups in the commercial populations of tambaqui in South America. Genetic studies focusing on greater knowledge of the genome of cultivated stocks of tambaqui are considered essential for aquaculture, mainly in the sense of providing subsidies for the development of management and improvement programs for this species.

Diversidade genética de Steindachneridion scriptum (Miranda Ribeiro, 1918) do alto rio Uruguai, Brasil

Steindachneridion scriptum é uma espécie ameaçada de extinção que se encontra sob pressão antrópica na bacia do Alto rio Uruguai. As contínuas intervenções antropogênicas nos ambientes aquáticos continentais tornam cada vez mais urgentes a necessidade de investigar a situação atual da distribuição genética das populações de espécies em risco de extinção, além de estimar as possíveis relações entre os impactos com a perda de variabilidade genética e a subdivisão de estoques. Neste estudo, inicialmente foi realizada a identificação molecular do táxon através do DNA barcode, e, posteriormente investigados os processos genéticos e demográficos de S. scriptum do Alto rio Uruguai, através da região controle do DNA mitocondrial (D-loop). A análise de DNA barcode revelou 0,06% de divergência intraespecífica, e 1,1% de divergência em relação as sequências de referência de S. scriptum obtidas no BOLD, confirmando assim o táxon específico. A região controle (D-loop) indicou alta diversidade haplotípica e baixa diversidade nucleotídica de S. scriptum em todas as áreas amostradas. As análises populacionais revelaram baixa estruturação genética entre as amostras coletadas no rio Canoas e rio Uruguai (Fst=0,048 P<0,05). Os valores significativamente negativos de D de Tajima e Fs de Fu, assim como o padrão unimodal do gráfico de distribuição das diferenças par a par, indicaram que pode ter havido oscilações demográficas em um passado recente. A análise bayesiana skyline plot revelou que os indivíduos de S. scriptum possam ter sofrido uma expansão populacional há, aproximadamente, 2.500 anos, e uma redução recente no tamanho efetivo populacional. A baixa diversidade nucleotídica, aliada a estruturação populacional espacial e a redução do tamanho efetivo populacional devem ser consideradas para o planejamento de estratégias visando a conservação e a reabilitação desta espécie que se encontra em perigo de extinção

Steindachneridion scriptum is an endangered species affected by many anthropic pressures in the Upper Uruguay River basin. Continuous anthropogenic interventions in aquatic environments become ever more urgent the need to investigate the genetic status of endangered species, and to estimate the relationships between the impacts and the loss of genetic diversity and stocks subdivision. In this study, first we conducted a molecular identification of the taxon through DNA barcode, and afterwards we investigated the genetic and demographic processes of S. scriptum using mitochondrial DNA control region (D-loop). DNA barcode analyses showed 0.06% of intraspecific divergence and 1.1% of deviation from the reference sequences of S. scriptum from BOLD, confirming the specific taxon. The D-loop region showed high haplotype diversity and low nucleotide diversity in S. scriptum from all sampled areas. The population analysis revealed low genetic structure between samples from Canoas River and Uruguay River samples (Fst= 0,048, p <0.05). The significant and negative values of Tajimas D and Fus F neutrality tests, such as the unimodal pattern of mismatch distribution indicate demographic fluctuations. In addition, the Bayesian skyline plot analysis revealed that individuals of S. scriptum are undergoing a recent reduction in the effective population size. Low nucleotide diversity, combined with spatial population structure and decrease of the effective population size should be considered in planning strategies for the conservation and rehabilitation of this endangered species

Reduced genetic diversity and the success of the invasive peacock bass (Cichliformes: Cichlidae)

Abstract Several species of Cichla successfully colonized lakes and reservoirs of Brazil, since the 1960s, causing serious damage to local wildlife. In this study, 135 peacock bass were collected in a reservoir complex in order to identify if they represented a single dominant species or multiple ones, as several Cichla species have been reported in the basin. Specimens were identified by color pattern, morphometric and meristic data, and using mitochondrial markers COI, 16S rDNA and Control Region (CR). Overlapping morphological data and similar coloration patterns prevented their identification using the taxonomic keys to species identification available in the literature. However, Bayesian and maximum likelihood from sequencing data demonstrated the occurrence of a single species, Cichla kelberi. A single haplotype was observed for the 16S and CR, while three were detected for COI, with a dominant haplotype present in 98.5% of the samples. The extreme low diversity of the transplanted C. kelberi evidenced a limited number of founding maternal lineages. The success of this colonization seems to rely mainly on abiotic factors, such as increased water transparency of lentic environments that favor visual predators that along with the absence of predators, have made C. kelberi a successful invader of these reservoirs.

Resumo Muitas espécies de Cichla colonizaram com sucesso lagos e reservatórios do Brasil desde os anos 1960, causando graves prejuízos à vida selvagem nesses locais. Neste estudo, 135 tucunarés foram coletados em um complexo de reservatórios a fim de identificar se representavam uma espécie dominante ou múltiplas espécies, uma vez que diversas espécies de Cichla foram registradas na bacia. Os espécimes foram identificados com base na coloração, dados morfométricos e merísticos, e por marcadores mitocondriais COI, 16S rDNA e Região Controle (RC). A sobreposição dos dados morfométricos e o padrão similar de coloração impediram a identificação utilizando as chaves de identificação disponíveis na literatura. Entretanto, as análises bayesiana e de máxima verossimilhança de dados moleculares demonstraram a ocorrência de uma única espécie, Cichla kelberi. Um único haplótipo foi observado para o 16S e RC, enquanto três foram detectados para o COI, com um haplótipo dominante presente em 98,5% das amostras. A baixa diversidade nos exemplares introduzidos de C. kelberi evidenciou um número limitado de linhagens maternas fundadoras. O sucesso da invasão parece depender de fatores abióticos, como a maior transparência da água de ambientes lênticos que favorece predadores visuais que, atrelado à ausência de predadores, fez do C. kelberi um invasor bem-sucedido nesses reservatórios.

Reduced genetic diversity and the success of the invasive peacock bass (Cichliformes: Cichlidae) / Diversidade genética reduzida e o sucesso da espécie invasora tucunaré (Cichliformes: Cichlidae)

Abstract Several species of Cichla successfully colonized lakes and reservoirs of Brazil, since the 1960's, causing serious damage to local wildlife. In this study, 135 peacock bass were collected in a reservoir complex in order to identify if they represented a single dominant species or multiple ones, as several Cichla species have been reported in the basin. Specimens were identified by color pattern, morphometric and meristic data, and using mitochondrial markers COI, 16S rDNA and Control Region (CR). Overlapping morphological data and similar coloration patterns prevented their identification using the taxonomic keys to species identification available in the literature. However, Bayesian and maximum likelihood from sequencing data demonstrated the occurrence of a single species, Cichla kelberi. A single haplotype was observed for the 16S and CR, while three were detected for COI, with a dominant haplotype present in 98.5% of the samples. The extreme low diversity of the transplanted C. kelberi evidenced a limited number of founding maternal lineages. The success of this colonization seems to rely mainly on abiotic factors, such as increased water transparency of lentic environments that favor visual predators that along with the absence of predators, have made C. kelberi a successful invader of these reservoirs.

Resumo Muitas espécies de Cichla colonizaram com sucesso lagos e reservatórios do Brasil desde os anos 1960, causando graves prejuízos à vida selvagem nesses locais. Neste estudo, 135 tucunarés foram coletados em um complexo de reservatórios a fim de identificar se representavam uma espécie dominante ou múltiplas espécies, uma vez que diversas espécies de Cichla foram registradas na bacia. Os espécimes foram identificados com base na coloração, dados morfométricos e merísticos, e por marcadores mitocondriais COI, 16S rDNA e Região Controle (RC). A sobreposição dos dados morfométricos e o padrão similar de coloração impediram a identificação utilizando as chaves de identificação disponíveis na literatura. Entretanto, as análises bayesiana e de máxima verossimilhança de dados moleculares demonstraram a ocorrência de uma única espécie, Cichla kelberi. Um único haplótipo foi observado para o 16S e RC, enquanto três foram detectados para o COI, com um haplótipo dominante presente em 98,5% das amostras. A baixa diversidade nos exemplares introduzidos de C. kelberi evidenciou um número limitado de linhagens maternas fundadoras. O sucesso da invasão parece depender de fatores abióticos, como a maior transparência da água de ambientes lênticos que favorece predadores visuais que, atrelado à ausência de predadores, fez do C. kelberi um invasor bem-sucedido nesses reservatórios.