Molecular analysis reveals high diversity in the Hoplias malabaricus (Characiformes, Erythrinidae) species complex from different Amazonian localities

ABSTRACT DNA barcoding proposes that a fragment of DNA can be used to identify species. In fish, a fragment of cytochrome oxidase subunit I (COI) has been effective in many studies with different foci. Here we use this molecular tool to provide new insights into the cryptic diversity found in the Hoplias malabaricus species complex. Popularly known as trahira, H. malabaricus is widely distributed in South America. The clade shows molecular and cytogenetic diversity, and several studies have supported the occurrence of a complex of species. We performed molecular and karyotypic analysis of H. malabaricus individuals from eight Amazonian localities to assess the diversity present in the nominal taxon, and to clarify relationships within this group. We used 12 samples in cytogenetic analyses and found two karyomorphs: 2n = 40 (20m + 20sm) (karyomorph C) and 2n = 42 (22m + 20sm) (karyomorph A). We used 19 samples in molecular analyses with COI as a molecular marker, maximum likelihood analyses, and the Kimura-2-parameter evolutionary model with bootstrap support. We found karyomorph-related differentiation with bootstrap of 100%. However, we found high molecular diversity within karyomorph C. The observed pattern allowed us to infer the presence of cryptic diversity, reinforcing the existence of a species complex.

RESUMO O DNA barcoding propõe que um fragmento de DNA possa servir para identificar espécies. Em peixes, um fragmento do gene COI tem se mostrado eficaz em muitos estudos com focos diferentes. Nós usamos essa ferramenta molecular para fornecer novas informações sobre a diversidade críptica encontrada no complexo de espécies Hoplias malabaricus. Popularmente conhecida como traíra, H. malabaricus tem uma ampla distribuição na América do Sul. Esse clado mostra diversidade molecular e citogenética, e vários estudos dão suporte à ocorrência de um complexo de espécies. Realizamos análises molecular e cariotípica em indivíduos de H. malabaricus de oito localidades amazônicas, para acessar a diversidade no taxon nominal e elucidar as relações nesse grupo. Usamos 12 amostras em análises citogenéticas e encontramos dois cariomorfos: 2n = 40 (20m + 20sm) (cariomorfo C) e 2n = 42 (22m + 20sm) (cariomorfo A). Usamos 19 amostras em análise molecular, utilizando COI como marcador molecular, análises de máxima verossimilhança e o modelo evolutivo de Kimura-2-parâmetros com estimativa de bootstrap. Encontramos diferenciação relacionada aos cariomorfos com bootstrap de 100%. No entanto, encontramos alta diversidade molecular no cariomorfo C. O padrão observado nos permitiu inferir a presença de diversidade oculta, reforçando a existência de um complexo de espécies.

Análise molecular revela alta diversidade no complexo de espécies Hoplias malabaricus (Characiformes, Erythrinidae) de diferentes localidades amazônicas / Molecular analysis reveals high diversity in the Hoplias malabaricus (Characiformes, Erythrinidae) species complex from different Amazonian localities

O DNA barcoding propõe que um fragmento de DNA possa servir para identificar espécies. Em peixes, um fragmento do gene COI tem se mostrado eficaz em muitos estudos com focos diferentes. Nós usamos essa ferramenta molecular para fornecer novas informações sobre a diversidade críptica encontrada no complexo de espécies Hoplias malabaricus. Popularmente conhecida como traíra, H. malabaricus tem uma ampla distribuição na América do Sul. Esse clado mostra diversidade molecular e citogenética, e vários estudos dão suporte à ocorrência de um complexo de espécies. Realizamos análises molecular e cariotípica em indivíduos de H. malabaricus de oito localidades amazônicas, para acessar a diversidade no taxon nominal e elucidar as relações nesse grupo. Usamos 12 amostras em análises citogenéticas e encontramos dois cariomorfos: 2n = 40 (20m + 20sm) (cariomorfo C) e 2n = 42 (22m + 20sm) (cariomorfo A). Usamos 19 amostras em análise molecular, utilizando COI como marcador molecular, análises de máxima verossimilhança e o modelo evolutivo de Kimura-2-parâmetros com estimativa de bootstrap. Encontramos diferenciação relacionada aos cariomorfos com bootstrap de 100%. No entanto, encontramos alta diversidade molecular no cariomorfo C. O padrão observado nos permitiu inferir a presença de diversidade oculta, reforçando a existência de um complexo de espécies. (AU)

Chromosomal analysis of Centromochlus heckelii (Siluriformes: Auchenipteridae), with a contribution to Centromochlus definition

Historically, there are divergences in the species allocation between Centromochlus and Tatia. This study aimed to generate the first cytogenetic data about Centromochlus and, by analyzing a population of Centromochlus heckelii from the Amazon River basin, to contribute as evidence to a historical taxonomic dilemma. Diploid number of 46 chromosomes and a heteromorphic pair was found in the female karyotypes, thus characterizing a ZZ/ZW sex chromosome system. Pale blocks of heterochromatin were located in centromeric regions of some chromosomes; however, the exclusive female chromosome (W) is almost entirely heterochromatic. AgNORs were detected in terminal position on the short arms of one acrocentric pair in males and two chromosome pairs in females, the acrocentric plus the sex chromosome pair. Notable differences between Centromochlus heckelii and previous data about species of Tatia are: lower diploid number, presence of a sex chromosome system and multiple AgNORs in Centromochlus, while species of Tatia have simple AgNORs and the absence of acrocentric chromosomes. Results in this study show that chromosomal markers could contribute as evidence to taxonomic delimitation studies.(AU)

Historicamente, há divergências na alocação de espécies entre Centromochlus e Tatia. Este estudo teve como objetivo gerar os primeiros dados citogenéticos para Centromochlus e, através da análise de uma população de Centromochlus heckelii da bacia do rio Amazonas, contribuir como evidência para o dilema histórico taxonômico. Foi encontrado o número diploide de 46 cromossomos e um par heteromórfico nos cariótipos das fêmeas, o que caracteriza um sistema sexual ZZ/ZW. Blocos pálidos de heterocromatina foram localizados na região centromérica de alguns cromossomos; no entanto, o cromossomo exclusivo das fêmeas (W) se apresenta quase todo heterocromático. As AgRONs foram detectadas na posição terminal do braço curto de um par acrocêntrico nos machos e em dois pares cromossômicos nas fêmeas, um par de cromossomos acrocêntricos e o par sexual. Notáveis diferenças entre os dados cromossômicos de Centromochlus heckelii e os dados anteriores das espécies de Tatia são: menor número diploide, presença de sistema de cromossomos sexuais e AgRONs múltiplas em Centromochlus, enquanto espécies de Tatia apresentam AgRON simples e ausência de cromossomos acrocêntricos. Resultados deste estudo mostram que marcadores cromossômicos podem contribuir como evidência para estudos de delimitação taxonômica.(AU)

Comparative cytogenetic survey of the giant bonytongue Arapaima fish (Osteoglossiformes: Arapaimidae), across different Amazonian and Tocantins/Araguaia River basins

The South American giant fishes of the genus Arapaima, commonly known as pirarucu, are one of the most iconic among Osteoglossiformes. Previously cytogenetic studies have identified their karyotype characteristics; however, characterization of cytotaxonomic differentiation across their distribution range remains unknown. In this study, we compared chromosomal characteristics using conventional and molecular cytogenetic protocols in pirarucu populations from the Amazon and Tocantins-Araguaia river basins to verify if there is differentiation among representatives of this genus. Our data revealed that individuals from all populations present the same diploid chromosome number 2n=56 and karyotype composed of 14 pairs of meta- to submetacentric and 14 pairs of subtelo- to acrocentric chromosomes. The minor and major rDNA sites are in separate chromosomal pairs, in which major rDNA sites corresponds to large heterochromatic blocks. Comparative genomic hybridizations (CGH) showed that the genome of these populations shared a great portion of repetitive elements, due to a lack of substantial specific signals. Our comparative cytogenetic data analysis of pirarucu suggested that, although significant genetic differences occur among populations, their general karyotype patterns remain conserved.(AU)

Os peixes gigantes da América do Sul do gêneroArapaima, comumente conhecidos como pirarucus, são um dos mais icônicos de Osteoglossiformes. Estudos citogenéticos prévios identificaram suas características cariotípicas, entretanto a caracterização da diferenciação citotaxonômica através de suas distribuições geográficas ainda são desconhecidas. Nesse estudo, nós comparamos características cromossômicas utilizando técnicas de citogenética clássica e molecular em populações das bacias dos rios Amazonas e Tocantins-Araguaia, a fim de verificar se há alguma diferenciação entre representantes desse gênero. Nossos dados revelaram que indivíduos de todas as populações apresentam número diploide de 2n=56 cromossomos e que seus cariótipos são compostos de 14 pares de cromossomos meta- e submetacêntricos e 14 pares de subtelo- e acrocêntricos. Os sítios maiores e menores de rDNA estão localizados em pares cromossômicos separados, onde os sítios maiores de rDNA correspondem a grandes blocos heterocromáticos. Hibridizações genômicas comparativas (CGH) mostraram que o genoma dos espécimes dessas populações é amplamente compartilhado, devido à falta de sinais substanciais específicos. Nossos dados de citogenética comparativa do pirarucu sugerem que embora diferenças genéticas significativas ocorram entre populações, os padrões cariotípicos gerais se mantêm conservados.(AU)

Cytogenetics of two Farlowella species (Loricariidae: Loricariinae): implications on the taxonomic status of the species

Farlowella is one of the most diverse genera of the Loricariinae, restricted to South America rivers. The taxonomic and phylogenetic relationships among its species are contentious and, while genetic studies would contribute to the understanding of their relationships, the only available datum refer to the karyotype description of only one species. In the present study two Amazonian species, Farlowella cf. amazonum and F. schreitmuelleri, were analyzed using conventional and molecular cytogenetic procedures. Both species had diploid chromosome number 58, but different fundamental numbers (NF) 116 and 112, respectively, indicative of chromosomal rearrangements. C-banding is almost poor, especially in F. cf. amazonum, and occurs predominantly in the centromeric and in some telomeric regions, although genome of F. schreitmuelleri possessed a much larger heterochromatin amount then those of F. cf. amazonum. The chromosomes bearing the NOR sites were likely the same for both species, corresponding to the 1st metacentric pair in F. cf. amazonum and to the 28th acrocentric in F. schreitmuelleri. The location of the 5S rDNA was species-specific marker. This study expanded the available cytogenetic data for Farlowella species and pointed the remarkable karyotype diversity among species/populations, indicating a possible species complex within genus.(AU)

Farlowella é um dos gêneros mais diversos de Loricariinae, restrito aos rios da América do Sul. As relações taxonômicas e filogenéticas entre suas espécies são contenciosas e, enquanto os estudos genéticos contribuem para a compreensão dessas relações, o único dado disponível refere-se à descrição cariotípica de apenas uma espécie. No presente estudo, foram analizadas duas espécies amazônicas Farlowella cf. amazonum e F. schreitmuelleri, empregando procedimentos citogenéticos convencionais e moleculares. Ambas as espécies apresentaram número diploide igual a 58 cromossomos, mas com números fundamentais diferentes (NF) de 116 e 112, respectivamente, indicando rearranjos cromossômicos. Bandas C são poucas, especialmente em F. cf. amazonum, e ocorre predominantemente nas regiões centroméricas e em algumas regiões teloméricas, embora F. schreitmuelleri apresenta uma quantidade de heterocromatina muito maior que F. cf. amazonum. Os cromossomos carreadores dos sítios da NOR foram provavelmente os mesmos para ambas as espécies, correspondendo ao primeiro par metacêntrico em F. cf. amazonum e ao 28º acrocêntrico em F. schreitmuelleri. A localização do DNAr 5S foi espécie-específico. Este estudo expandiu os dados citogenéticos disponíveis para espécies de Farlowella e apontou uma remarcável diversidade cromossômica entre espécies/populações, indicando um possível complexo de espécies neste gênero.(AU)

Cytogenetic analysis of Baryancistrus xanthellus (Siluriformes: Loricariidae: Ancistrini), an ornamental fish endemic to the Xingu River, Brazil

Baryancistrus xanthellus is a species from the Ancistrini tribe known commonly as "amarelinho " or "golden nugget pleco". It is one of the most popular and valued ornamental fishes due to its color pattern. Also, it is an endemic species from the Xingu River occurring from Volta Grande do Xingu, region where the Belo Monte Hydropower Dam is being built, to São Félix do Xingu. The current study aimed to cytogenetically characterize B. xanthellus . Results point to the maintenance of 2n=52, which is considered the most common condition for the tribe, and a single nucleolus organizer region (NOR). Mapping of the 18S rDNA confirmed the NOR sites, and the 5S rDNA was mapped in the interstitial position of a single chromosome pair. The 18S and 5S rDNA located in different pairs constitute an apomorphy in Loricariidae. Large blocks of heterochromatin are present in pairs 1 and 10 and in the regions equivalent to NOR and the 5S rDNA. Data obtained in this study corroborated with the currently accepted phylogenetic hypothesis for the Ancistrini and demonstrate evidence that the genus Baryancistrus occupies a basal position in the tribe.

Baryancistrus xanthellus é uma espécie da tribo Ancistrini conhecida popularmente como "amarelinho" ou "cascudo pepita de ouro". É um dos peixes ornamentais mais populares e valorizados, devido aos padrões de cor. Também é uma espécie endêmica do rio Xingu, ocorrendo a partir da Volta Grande do Xingu, região onde a Usina Hidrelétrica de Belo Monte está sendo construída, até São Félix do Xingu. O presente estudo teve como objetivo caracterizar citogeneticamente B. xanthellus . Os resultados apontam para a manutenção do 2n=52, considerado a condição mais comum para a tribo, e região organizadora de nucléolo (RON) simples. O mapeamento do DNAr 18S confirmou a marcação da RON e o DNAr 5S foi localizado na posição intersticial de apenas um par cromossômico. A localização dos DNAr 18S e 5S em diferentes pares configura uma apomorfia em Loricariidae. Grandes blocos de heterocromatina estão presentes nos pares 1 e 10 e nas regiões equivalentes à RON e ao DNAr 5S. Os dados obtidos neste estudo corroboram a hipótese filogenética atualmente mais aceita para Ancistrini e demonstram evidências que o gênero Baryancistrus ocupa uma posição basal na tribo.

Karyological analysis of Proechimys cuvieri and Proechimys guyannensis (Rodentia, Echimyidae) from central Amazon

The aim was to characterize the karyotype of rodents of the genus Proechimys from three localities in the central Brazilian Amazon, in the search for new markers that might shed light on our understanding of the taxonomy and evolutionary history of this taxon. Two karyotypes were found, viz., 2n = 28, FN = 46 in individuals from the NRSP (Cuieiras River) and REMAN (Manaus), and 2n = 46, FN = 50 in individuals from the Balbina Hydroelectric Plant. While individuals with the karyotype with 2n = 28 chromosomes were morphologically associated with Proechimys cuvieri, their karyotype shared similarities with those of the same diploid number in two other regions. Although three karyotypes are described for Proechimys cuvieri, no geographic distribution pattern that defined a cline could be identified. Based on the morphological examination of voucher specimens and additional results from molecular analysis, the karyotype with 2n = 46 and FN = 50 could be associated with P. guyannensis.

Karyotype differentiation and cytotaxonomic considerations in species of Serrasalmidae (Characiformes) from the Amazon basin

Six species of Serrasalmidae from the central Amazon, representatives of the genera Serrasalmus (S. elongatus, S. maculatus, S. cf. rhombeus, and S. rhombeus), Pygocentrus (P. nattereri), and Colossoma (C. macropomum), were analyzed regarding the distribution of the Ag-NORs, C-positive heterochromatin and 18S and 5S rRNA genes on the chromosomes. All specimens had 2n = 60 chromosomes, except S. cf. rhombeus, with 2n = 58, and C. macropomum with 2n = 54 chromosomes. The Ag-NORs were multiple and located on the short arms of subtelo-acrocentric chromosomes in all Serrasalmus species and in P. nattereri, but were found on metacentric chromosomes in C. macropomum. The 18S rDNA sites were usually coincident with Ag-NORs, although some species had a higher number and/or a distinct localization of these sites. C-positive heterochromatin was preferentially situated in centromeric regions, remarkably on metacentric pair number 7 in all Serrasalmus species and number 3 in P. nattereri, which beared a conspicuous proximal C-band on the long arms. The 5S rDNA sites were detected in a single chromosomal pair in all species. In Serrasalmus and P. nattereri, this pair was the number 7 and 3, respectively, thereby revealing its co-localization with the conspicuous heterochromatic band. However, in C. macropomum, only one homologue (probably belonging to pair number 12) exhibited 5S rDNA sites on the short arms, close to the centromere. The present data revealed reliable cytotaxonomic markers, enabling the evaluation of karyotype differentiation and interrelationships among Serrasalmidae, as well as the probable occurrence of a species complex in S. rhombeus.

Seis espécies de Serrasalmidae da Amazônia central, representantes dos gêneros Serrasalmus (S. elongatus, S. maculatus, S. cf. rhombeus e S. rhombeus ), Pygocentrus (P. nattereri) e Colossoma (C. macropomum), foram analisadas quanto à distribuição das Ag-RONs, heterocromatina C-positiva e dos genes de RNAr 18S e 5S nos cromossomos. Todos os espécimes apresentaram 2n = 60 cromossomos, exceto S. cf. rhombeus, com 2n = 58, e C. macropomum com 2n = 54 cromossomos. As Ag-RONs foram múltiplas e localizadas nos braços curtos de cromossomos subtelo-acrocêntricos em todas as espécies de Serrasalmus e em P. nattereri, mas foram encontrados em cromossomos metacêntricos em C. macropomum. Os sítios de DNAr 18S, foram geralmente coincidentes com as Ag-RONs, embora algumas espécies tenham apresentado um maior número e/ou uma localização distinta desses sítios. A heterocromatina C-positiva foi preferencialmente encontrada como uma conspícua banda proximal no par metacêntrico número 7 em todas as espécies de Serrasalmus e número 3 em P. nattereri. Os sítios de DNAr 5S foram detectados em um único par cromossômico nas seis espécies sendo que nas espécies de Serrasalmus, este par foi o de número 7 e em P. nattereri o de número 3, colocalizados com bandas heterocromáticas conspícuas. No entanto, em C. macropomum, apenas um homólogo (provavelmente pertencente ao par número 12) apresentou sítios de DNAr 5S nos braços curtos, próximos ao centrômero. Os dados apresentados revelaram confiáveis marcadores citotaxonômicos, permitindo a avaliação da diferenciação cariotípica, e as inter-relações entre Serrasalmidae, bem como a provável ocorrência de um complexo de espécies em S. rhombeus.

Mapping of ribosomal genes and chromosomal markers in three species of the genus Serrasalmus (Characidae, Serrasalminae) from the Amazon basin

Karyotypic characteristics of three species of the genus serrasalmus (S. altispinnis, S. gouldingi and S. Serrulatus) from the middle and lower Negro River, Amazon Basin, were investigated using different staining techniques and Fluorescent in situ hybridization with 5S and 18S rDNA probes. The diploid number was invariably 2n = 60 and the fundamental number was FN = 110. Nevertheless, the karyotypes differed from each other in composition: 24m, 20sm, 6st, 10a in S. altispinnis; 22m, 22sm, 6st, 10a in S. gouldingi and 20m, 22sm, 8st, 10a in S. serrulatus. The karyotype of S. altispinnis differed from the one previously described in a population from the Pitinga River. C-positive constitutive heterochromatin was mainly pericentromeric in the karyotypes of all species. Nucleolar organizer regions were multiple and preferentially located terminally on the short arms of the subtelocentric/acrocentric chromosomes, as evidenced by both silver nitrate staining and fluorescent in situ hybridization with the 18S rDNA probe. The maximum number of NORs varied among species, as did the NOR-bearing chromosomes. FISH with the 5S rDNA probe produced an interstitial signal on the long arms of the pair 7 in all species, coincident with a C-positive heterochromatic band. While some chromosome features were shared by the three species, some were species-specific and thus useful for cytotaxonomy.

Comparative cytogenetics of Carnegiella marthae and Carnegiella strigata (Characiformes, Gasteropelecidae) and description of a ZZ/ZW sex chromosome system

Comparative cytogenetic analyses of hatchetfishes Carnegiella marthae and Carnegiella strigata (Gasteropelecidae) from the Rio Negro basin were performed using conventional Giemsa staining, silver (Ag) -staining and C-banding. The diploid chromosome numbers of both species equaled 2n = 50 but their karyotypes were distinct. We found evidence for sex chromosomes in C. marthae since karyotype of males presented 20 M + 12 SM + 4 ST + 14 A and ZZ ST chromosomes while the females presented 20 M + 12 SM + 4 ST + 14 A and ZW ST chromosomes of distinct size. Conversely, C. strigata presented 4 M + 4 SM + 2 ST + 40 A chromosomes without sex chromosome heteromorphism. Karyotypes of both species had two NOR-bearing SM chromosomes of distinct size indicating the presence of multiple NOR phenotypes. The sex chromosome pair had specific C-banding pattern allowing identification of both Z and W. This heteromorphic system has previously been described for the gasteropelecids.