Contribution of conservation genetics in assessing neotropical freshwater fish biodiversity

Human activities have a considerable impact on hydrographic systems and fish fauna. The present review on conservation genetics of neotropical freshwater fish reveals that DNA analyses have been promoting increased knowledge on the genetic structure of fish species and their response to environmental changes. This knowledge is fundamental to the management of wild fish populations and the establishment of Evolutionary Significant Units capable of conserving genetic integrity. While population structuring can occur even in long-distance migratory fish, isolated populations can show reduced genetic variation and be at greater risk of extinction. Phylogeography and phylogeny have been powerful tools in understanding the evolution of fish populations, species and communities in distinct neotropic environments. Captive fish can be used to introduce new individuals and genes into the wild and their benefits and disadvantages can be monitored through genetic analysis. Understanding how fish biodiversity in neotropical freshwaters is generated and maintained is highly important, as these habitats are transformed by human development and fish communities are increasingly exploited as food sources to sustain a growing human population.

Atividades humanas têm um grande impacto sobre os sistemas hidrográficos e a fauna de peixes. A presente revisão em genética da conservação dos peixes de água doce neotropicais revela que as análises de DNA têm promovido um crescimento no conhecimento da estrutura genética das espécies e suas respostas às alterações ambientais. Este conhecimento é fundamental para o manejo das populações de peixes nativos e para o estabelecimento de Unidades Evolutivas Significantes capazes de conservar a integridade genética dessas populações. Enquanto o fenômeno de estruturação de populações pode ocorrer mesmo em peixes migradores de longas distâncias, populações isoladas podem mostrar reduzida variação genética e apresentar grande risco de extinção. Em adição, a filogeografia e a filogenia têm dado importantes contribuições para o entendimento da evolução das populações, espécies e comunidades de peixes em distintos ambientes neotropicais. Populações de cativeiro podem ser utilizadas como fonte de introdução de novos indivíduos e genes no ambiente natural e seus benefícios e desvantagens podem ser monitorados por meio de análises genéticas. É altamente importante, portanto, entender como é gerada e mantida a biodiversidade de peixes de água doce neotropicais, uma vez que os habitats são transformados pelo desenvolvimento humano e as comunidades de peixes têm sido intensamente exploradas como alimento de sustentação desse crescimento das populações humanas.

Population structuring of the endemic black-cheeked gnateater, Conopophaga melanops melanops (Vieillot, 1818) (Aves, Conopophagidae), in the Brazilian Atlantic Forest

Randomly amplified polymorphic DNA (RAPD) markers were used to analyze genetic differentiation among three populations of the endemic Black-cheeked Gnateater (Conopophaga melanops melanops) within a larger pristine reminiscent of the Brazilian Atlantic Forest. Analyses of molecular variance (AMOVA) (phiST = 0.13149, P 0.0001) and the nonparametric test for homogeneity of the molecular variance (HOMOVA) (B = 0.32337; P = 0.0019) showed a statistically significant genetic divergence among the three Black-cheeked Gnateater populations in a continuous transect of 250 km. Some hypothetic explanations for these results are the sedentary nature of the species and the historical isolation of the populations in refuges during the Pleistocene. The present results suggest that the local populations were naturally differentiated along the entire original range before the recent process of massive deforestation.

Marcadores polimórficos de DNA amplificados ao acaso (RAPD) foram utilizados para analisar a diferenciação genética entre três populações do endêmico cuspidor-de-máscara preta (Conopophaga melanops melanops) de um amplo remanescente preservado da floresta Atlântica brasileira. Análises de Variância Molecular (AMOVA) (fiST = 0,13149, P 0,0001) e o teste não paramétrico para a homogeneidade da variância molecular (HOMOVA) (B = 0,32337; P = 0,0019) comprovaram uma divergência genética significativa entre as três populações em um transecto contínuo de 250 km. Algumas explicações hipotéticas para estes resultados são a natureza sedentária da espécie e o isolamento histórico das populações em refúgios durante o Pleistoceno. Os presentes resultados sugerem que as populações locais foram diferenciadas naturalmente ao longo da distribuição original antes do recente processo de intenso desmatamento.

Genetic evidence of population structuring in the neotropical freshwater fish Brycon hilarii (Valenciennes, 1850)

Brycon hilarii is a migratory fish widely distributed throughout the Paraguay River Basin. It is appreciated in sport fishing and for its superior meat quality. It is also the main species for tourist attraction in the Bonito region (State of Mato Grosso do Sul, Brazil). Considering the lack of information on the genetic structure of the fish of this species, the aim of the present study was to detect the genetic variability of Brycon hilarii through RAPD markers. A total of eighty specimens collected in different seasons at four sites of the Miranda River sub-basin (Paraguay River Basin, Brazil) were used for analysis. The results of genetic similarity, Shannon diversity, and AMOVA revealed differences between the sampling sites. Through AMOVA, differences between populations were more evident among the animals collected during the non-reproductive season, corresponding to a time of less movement of these fish. A population structuring model in which B. hilarii appears organized into genetically differentiated reproductive units that coexist and co-migrate through the studied system was suggested, contrasting the currently accepted idea that freshwater migratory fish form large panmictic populations in a determined hydrographic system. Despite the lack of a complete picture regarding the distribution of B. hilarii in the studied region, this initial idea on its population genetic structure could be an important contribution to providing aid for management and conservation programs of these fish.

Brycon hilarii é uma espécie de peixe migrador, distribuída por toda a Bacia do Paraguai, bastante apreciada tanto pela qualidade da carne quanto para a pesca esportiva, além de ser a principal espécie de interesse turístico da região de Bonito (MS, Brasil). Considerando a ausência de informações sobre a estrutura genética dos peixes desta espécie, o presente trabalho visou detectar a variabilidade genética de Brycon hilarii através de marcadores RAPD. Foi estudado um total de 80 exemplares amostrados em diferentes períodos do ano, em 4 localidades da sub-bacia do Rio Miranda (Bacia do Rio Paraguai, Brasil). Os resultados de similaridade genética, de diversidade de Shanon e AMOVA evidenciaram diferenças entre as localidades amostradas. Através da AMOVA, a diferenciação populacional foi mais evidente entre os peixes coletados no período não-reprodutivo, que representa a época de menor deslocamento desses peixes. Desta forma, ao contrário da idéia até então aceita de que os peixes migradores de água doce formam grandes populações panmíticas em um dado sistema hidrográfico, sugere-se a ocorrência de um modelo de sub-estruturação populacional onde os indivíduos de B. hilarii se organizam em unidades reprodutivas geneticamente diferenciadas e mantêm sua integridade co-existindo e co-migrando através do sistema estudado. Apesar da falta de um cenário completo a respeito da distribuição de B. hilarii na região estudada, esta idéia inicial acerca de sua estrutura genético-populacional pode ser uma contribuição muito importante principalmente por fornecer subsídios para planos de manejo e conservação desses peixes.

Genetic diversity of three ornamental reef fishes (Families Pomacanthidae and Chaetodontidae) from the Brazilian coast

Reef fishes of the families Pomacanthidae (angelfish) and Chaetodontidae (butterflyfish) are popular ornamental species, intensively harvested for the aquarium trade. The impacts of such activity on intra-specific diversity and reef ecosystems are still poorly understood in the south Atlantic. In the present work, a fine-scale genetic analysis using RAPD markers was performed in distinct samples of the queen angelfish (Holacanthus ciliaris), French angelfish (Pomacanthus paru), and banded butterflyfish (Chaetodon striatus) along the Brazilian coast. Most of the genetic variation in the three species was related to intra-population diversity. However, AMOVA results demonstrated that H. ciliaris presents a subtle population structure (sigmast = 0.132, P = 0.003), while P. paru and C. striatus present low genetic differentiation, especially remarkable in the latter (sigmast = 0.090, P = 0.001 and sigmast = 0.041, P = 0.028, respectively). Gene flow (Nm) was also higher in C. striatus than in the angelfish species. The reported patterns of genetic differentiation contrast with the similar pelagic stage of the selected species, suggesting that larval dispersal per se is a poor predictor of population structure in these reef fishes. Ecological features coupled with biogeographic history and distinct local selective pressures might play a major role on the genetic composition of each species. Although preliminary, the present results provide a baseline for monitoring the genetic variability in these reef species. These differences in the genetic structure among co-occurring species should be taken into consideration for the conservation of eventual evolutionary units along the Brazilian Province.

Os peixes recifais das famílias Pomacanthidae (peixes-anjo) e Chaetodontidae (peixes-borboleta) são espécies ornamentais populares, intensivamente coletadas para o comércio aquariófilo. Os impactos dessa atividade na diversidade intra-específica e no ecossistema recifal ainda são pouco conhecidos no Atlântico Sul. No presente trabalho, uma análise genética em fina escala usando marcadores RAPD foi realizada em diferentes amostras de Holacanthus ciliaris (anjo ciliaris), Pomacanthus paru (peixe frade) e Chaetodon striatus (borboleta striatus) ao longo da costa brasileira. A maior parte da variação genética nas três espécies relacionou-se à diversidade intrapopulacional. Contudo, resultados da AMOVA demonstraram que H. ciliaris apresenta uma estruturação populacional sutil (sigmast = 0,132, P = 0,003), enquanto P. paru e C. striatus apresentam uma baixa diferenciação genética, particularmente reduzida na última (sigmast = 0,090, P = 0,001 e sigmast = 0,041, P = 0,028, respectivamente). O fluxo gênico (Nm) também foi mais alto em C. striatus do que nas espécies de Pomacanthidae. Os padrões de diferenciação genética registrados contrastam com o estágio pelágico inicial similar nas espécies selecionadas, sugerindo que a dispersão larval per se não é um bom indicador de estrutura populacional nesses peixes recifais. Fatores ecológicos associados à história biogeográfica e distintas pressões seletivas locais podem desempenhar um papel fundamental na composição genética de cada espécie. Embora preliminares, os resultados apresentados fornecem subsídios para o monitoramento da variabilidade genética dessas espécies recifais. Tais diferenças na estrutura genética entre espécies co-existentes devem ser consideradas para a conservação de eventuais unidades evolutivas dentro da Província Brasileira.

Genetic diversity within and between broodstocks of the white shrimp Litopenaeus vannamei (Boone, 1931) (Decapoda, Penaeidae) and its implication for the gene pool conservation

Genetic variation within and between fifteen closed broodstock lines of the Pacific white shrimp Litopenaeus vannamei, reared at different hatcheries in the Brazilian coast, was assessed by RAPD analysis. Fifty two polymorphic loci were identified when a set of five decamer primers was used in PCR. The genetic diversity analysis within lines evidenced genetic variation loss probably related to bottleneck effects and inbreeding. In addition, the genetic divergence values between the different samples appear to reflect the initial founder composition of such stocks, in some cases, sharing a common origin, suggesting a putative importance of interbreeding for the establishment of genetic improvement programs for these broodstocks. The genetic variation monitoring appears to be helpful to the gene pool conservation of this aquaculture species, mainly if considered its exotic status in Brazil and the current impossibility of new introduction of wild individuals.

A variação genética existente dentro e entre quinze linhagens fechadas de reprodutores do camarão branco Litopenaeus vannamei, mantidas em diferentes laboratórios de larvicultura na costa brasileira, foi estudada utilizando análises RAPD. Através de um conjunto de cinco iniciadores decâmeros em PCR, foram identificados 52 locos polimórficos. A análise da diversidade genética dentro de cada linhagem evidenciou perda da variação genética provavelmente devida a efeitos de bottleneck e endocruzamento. Em adição, os valores de divergência genética entre as diferentes linhagens parecem refletir a composição inicial de fundação desses estoques, em alguns casos, compartilhando uma origem comum, sugerindo uma importância potencial do exo-cruzamento para estabelecer programas de melhoramento genético baseado nessas linhagens reprodutoras. O monitoramento da variação genética será muito útil para a conservação do conjunto gênico desta espécie de aquacultura, especialmente se for considerado seu status exótico no Brasil e que atualmente é impossível a realização de novas introduções de indivíduos selvagens.