Sequence Divergence in Venom Genes Within and Between Montane Pitviper (Viperidae: Crotalinae: Cerrophidion) Species is Driven by Mutation-Drift Equilibrium.

ABSTRACT

Snake venom can vary both among and within species. While some groups of New World pitvipers-such as rattlesnakes-have been well studied, very little is known about the venom of montane pitvipers (Cerrophidion) found across the Mesoamerican highlands. Compared to most well-studied rattlesnakes, which are widely distributed, the isolated montane populations of Cerrophidion may facilitate unique evolutionary trajectories and venom differentiation. Here, we describe the venom gland transcriptomes for populations of C. petlalcalensis, C. tzotzilorum, and C. godmani from Mexico, and a single individual of C. sasai from Costa Rica. We explore gene expression variation in Cerrophidion and sequence evolution of toxins within C. godmani specifically. Cerrophidion venom gland transcriptomes are composed primarily of snake venom metalloproteinases, phospholipase A[Formula see text]s (PLA[Formula see text]s), and snake venom serine proteases. Cerrophidion petlalcalensis shows little intraspecific variation; however, C. godmani and C. tzotzilorum differ significantly between geographically isolated populations. Interestingly, intraspecific variation was mostly attributed to expression variation as we did not detect signals of selection within C. godmani toxins. Additionally, we found PLA[Formula see text]-like myotoxins in all species except C. petlalcalensis, and crotoxin-like PLA[Formula see text]s in the southern population of C. godmani. Our results demonstrate significant intraspecific venom variation within C. godmani and C. tzotzilorum. The toxins of C. godmani show little evidence of directional selection where variation in toxin sequence is consistent with evolution under a model of mutation-drift equilibrium. Cerrophidion godmani individuals from the southern population may exhibit neurotoxic venom activity given the presence of crotoxin-like PLA[Formula see text]s; however, further research is required to confirm this hypothesis.

RESUMEN

RESUMEN El veneno de las serpientes puede variar entre y dentro de las especies. Mientras algunos grupos de viperidos del Nuevo Mundo­como las cascabeles­han sido bien estudiadas, muy poco se sabe acerca del veneno de las nauyacas de frío (Cerrophidion) que se encuentran en las zonas altas de Mesoamérica. Comparadas con las extensamente estudiadas cascabeles, que estan ampliamente distribuidas, las poblaciones de Cerrophidion, aisladas en montañas, pueden poseer trayectorias evolutivas y diferenciación en su veneno unicos. En el presente trabajo, describimos el transcriptoma de las glándulas de veneno de poblaciones de C. petlalcalensis, C. tzotzilorum, y C. godmani de México, y un individuo de C. sasai de Costa Rica. Exploramos la variación en la expresión de toxinas en Cerrophidion y la evolución en las secuencias geneticas en C. godmani específicamente. El transcriptoma de la glándula de veneno de Cerrophidion esta compuesto principalmente de Metaloproteinasas de Veneno de Serpiente, Fosfolipasas A[Formula see text] (PLA[Formula see text]s), y Serin Proteasas de Veneno de Serpiente. Cerrophidion petlalcalensis presenta poca variación intraespecífica; sin embargo, los transcriptomas de la glandula de veneno de C. godmani y C. tzotzilorum difieren significativamente entre poblaciones geográficamente aisladas. Curiosamente, la variación intraespecífica estuvo atribuida principalmente a la expresión de las toxinas ya que no encontramos señales de selección en las toxinas de C. godmani. Adicionalmente, encontramos miotoxinas similares a PLA[Formula see text] en todas las especies excepto C. petlalcalensis, y PLA[Formula see text]s similares a crotoxina en la población sureña de C. godmani. Nuestros resultados demuestran la presencia de variacion intraespecífica presente en el veneno de C. godmani y C. tzotzilorum. Las toxinas de Cerrophidion godmani muestran poca evidencia de selección direccional, y la variación en la secuencias de las toxinas es consistente con evolucion bajo un modelo de equilibrio de mutación-deriva. Algunos individuos de C. godmani de la población del sur potencialmente tienen un veneno neurotóxico dada la presencia de PLA[Formula see text]s similares a la crotoxina, sin embargo, se necesita más evidencia para corroborar esta hipótesis.