蝎子泥龟的基因组分析(Kinosternon scorpioides)(林奈,1766)在哥伦比亚岛和大陆:多个保护和分类单元的证据
苏珊娜绅士
何塞·格雷戈里奥马丁内斯
莫妮卡a Morales-Betancourt3,
Nacor极限- 1Laboratorio de Ecologia分子de Vertebrados Acuaticos (LEMVA),生物科学系,安第斯大学,波哥大,哥伦比亚
- 2Grupo de Investigacion Biociencias Facultad de Ciencias de la干杯,Institucion安蒂奥基亚省大学联盟Colegio de市长,麦德林,哥伦比亚
- 3皇家研究院Investigacion de recurso项目Biologicos亚历山大•冯•洪堡,项目Ciencias Basicas de la Biodiversidad,波哥大,哥伦比亚
- 4营救帕拉el Desarrollo Sostenible德尔德圣安德烈斯群岛Providencia y圣Catalina-CORALINA圣安德烈斯岛,哥伦比亚
乌龟属Kinosternon普遍存在至少有25个物种分布从墨西哥到阿根廷北部。这个属的分类是有争议的,需要一个完整的版本使用形态学和分子的方法。在这项研究中,我们做了一个物种基因组分析Kinosternon scorpioides分布在岛和大陆哥伦比亚为了定义保护单位。从24日组织样本提取的总DNA和基因分型结果RADseq分析。此外,基因内区R35扩增和测序样品的一个子集。总共35507个snp加上1047个基点的基因内区用于时空殖民模式重建和系统发育分析。此外,单核苷酸多态性被用于人口结构推断和等位基因frequency-based分析。互惠单系统,等位基因频率的显著差异(F圣= 0.32 - 0.78),生殖隔离的证据(不掺合料/ geneflow),表明长期背离组织(2 - 8米娅),可能由于地理障碍。四个进化显著单位(、因)被定义在我们的样品。一个静电单位是由岛亚种k . scorpioides albogulare圣安德烈斯岛发现,三个亚种、因被定义k . s . scorpioides哥伦比亚:大陆反式安第斯山脉,西北部发现哥伦比亚(加勒比地区)和两个独联体安第斯山脉,东部和东南部发现哥伦比亚在奥里诺科河和亚马逊地区,分别。殖民的物种从一个祖先的地区发生在中美洲南部地区(~ 8.43米娅),其次是当前种群的建立圣安德烈斯岛,然后在欧洲大陆。首先,在哥伦比亚加勒比,接下来,在奥里诺科河,最近,在亚马逊。我们假设巴拿马地峡的出现,以及最后的隆起北安第斯山脉东部和Vaupes拱,是关键事件导致的分化、因。管理和保护的目的,这些、因应该被视为一个单独的管理单元。全面修订属的分类Kinosternon是十分必要的。
介绍
属于属海龟Kinosternon通常被称为泥浆海龟和居住在新鲜和微咸水的栖息地,如河流、湖泊和沼泽从墨西哥到阿根廷北部。25个物种被描述在属但其分类仍然是有争议的,有新物种被描述为在2020年。这个物种Kinosternon科拉介绍了最近在太平洋海岸平原西北墨西哥(的Loc-Barragan et al ., 2020)和物种Kinosternon vogti介绍了2018年在墨西哥哈利斯科州(Lopez-Luna et al ., 2018)。
最近的分子系统发育分析,使用同功酶、线粒体DNA和核外显子和内含子数据,揭示了看似non-monophyly内的物种Kinosternon scorpioides(艾弗森et al ., 2013;是et al ., 2014)。这些作者认为需要解决物种在这个属和种和亚种的界限,通过更广泛的地理和基因取样。
三个Kinosternon物种分布在哥伦比亚。Kinosternon dunni流行在太平洋地区和哥伦比亚和发现k . leocostomum分布在马格达莱纳河和加勒比海地区。Kinosternon scorpioides是最广泛分布的物种,有两个亚种在哥伦比亚境内。Kinosternon s scorpioides在加勒比地区,安第斯山脉,奥里诺科河和亚马逊地区和k . s . albogulare(当地称为Swanka)发现,只有在圣安德烈斯岛(乌龟分类法工作组et al ., 2021)。Swanka和k . dunni被归类为vulnerable-VU D2基于最后灭绝风险评估(在中国境内进行Morales-Betancourt et al ., 2015Resolucion N 1912 de septiembre de 2017°del Ministerio de环境y Desarrollo Sostenible-MSDS)。Swanka的原因是分类以这样一种方式,因为它只存在于圣安德烈斯岛,有一个非常受限制的分布,可能一个小的人口规模。同时,其主要当前威胁(栖息地的破坏)很可能会继续在不久的将来,增加其灭绝风险(Forero-Medina et al ., 2015)。
基因组数据的可用性的快速增长是快速改变长期存在的问题是如何解决和回答在进化和保护(科恩et al ., 2006)、特殊功能单元的描述来保护(Funk et al ., 2012)。保护单位讨论的两个最常见的进化显著单位(、因)和管理单位(亩)。第一个是定义为一个人口或一组数量,保证单独的管理或保护优先,因为高遗传独特性(生殖隔离),包括互惠单系统(Crandall et al ., 2000)。将不同的维护、因在面对环境变化的进化潜力最大化。亩是人口数量独立(莫里茨,1994;莫里茨,1999)。也就是说,它们的种群动态(增长率)取决于当地的出生率和死亡率,而不是移民。然而,他们仍然可以通过有限的基因流。确定保护单元是一个重要的第一步,因此管理者和政策制定者知道的边界人口单位,他们正试图保护。
是怪物壁垒基本形状分区、因在爬行动物(审核通过Wollenberg et al ., 2019顺序),预防生殖作用,限制基因流动,直到总生殖隔离。因此,互惠单系统证明,最终发生物种形成。一般来说,分区物种形成已广泛被认为是最常见的爬行动物物种生成的方式(科因和奥尔,2004年)。现在一些herpetological研究显示一些支持这个假说。例如,研究范围的重叠的物种对一些组织支持分区模式的流行[蝾螈(科扎恩斯,2006年);青蛙(华和恩斯,2010年);海龟(史蒂芬斯和恩斯,2003年)]。在242个姊妹物种对有鳞的(审核Wollenberg et al ., 2019),分区对是最常见(41.3%)。分布区不重叠的静电单位形成或物种形成经常被推断在艰难的基因流动壁垒,这被认为限制完全基因流动。然而,软基因流动壁垒限制传播,但仍允许低水平的迁移(派朗Burbrink, 2010)。
Vaupes拱和安第斯山脉北部山脉de梅里达的哥伦比亚山脉东部和北部中央山脉)顺序被认为是新兴贸易壁垒与软、硬特性(取决于物种)驾驶在新热带分布区不重叠的多样化。例如,尽管Vaupes拱支离破碎的横贯大陆的paleo-Amazonas-Orinoco河在西方新兴区域(马~ 11 - 13在安第斯山麓;Hoorn et al ., 1995),它允许今天的连接通过Casiquiare运河奥里诺科河和亚马逊盆地,东部地区本地化(Winemiller et al ., 2008)。因此,有证据表明自然水生物种所使用的门户的永久分布式黑人河沿岸(亚马逊)-Casiquiare通道。江豚是这种情况Inia geoffrensis和河龟Podocnemis expansa(审核通过利马,里贝罗,2011)。此外,最近的遗传研究表明,鱼类cychlids等Cichla temensis,c . monoculus和c . orinocensis(威利斯et al ., 2010)或黑色的龙鱼Osteoglossum ferreirai(集中政策et al ., 2013),经历了一定程度的连通性和基因流两盆地之间,使用这个通道的连接路径。相反,水生物种如河的海龟Podocnemis unifilis(Escalona et al ., 2009)或鱼Piaractus brachypomus(Escobar et al ., 2015),目前无法建立连接/奥里诺科河和亚马逊之间的基因流,这意味着Vaupes拱为这些物种是充当困难的障碍。
同样,研究测试的影响安第斯山脉的多样化一些动物模型如蝴蝶,节肢动物,鸟类,爬行动物和两栖动物,发现安第斯山脉发挥了重要作用,在物种形成和没有基因流在它发生(伊莱亚斯et al ., 2009;阿里亚斯et al ., 2014;迪亚兹et al ., 2014;Guarnizo et al ., 2015;Chazot et al ., 2016;特谢拉et al ., 2016;de silva et al ., 2017;Salgado-Roa et al ., 2018)。最近的和健壮的系统发育研究评估这个假说(Hazzi et al ., 2018),发现不和谐的分歧时间多个禽流感血统cross-Northern安第斯分布;马从上新世早期(~ 4.2;拉斯克鲁塞斯通过(中央山脉北部)或Tachira抑郁更新世(梅里达山脉),约0.2 Ma的拉斯克鲁塞斯通过。
目前,尚不清楚如何塑造这些障碍可能的、因在Kinosternon scorpioides在哥伦比亚。出于这个原因,重要的是要理解遗传Swanka的人口结构在不同空间尺度上(套索et al ., 2018)以及调查的遗传分化和差异模式K.s. albogulare和k . s . scorpioides大陆(Forero-Medina Castano-Mora, 2011)。这个信息是关键和管理定义、因单位为了提高有效管理和保护这些龟亚种在哥伦比亚。
本研究的目的是调查首次phylogeography,人口结构和人口之间的分化Kinosternon scorpioides集团在大陆和孤立的哥伦比亚发现通过匿名RADseq-derived SNPs和一个intronic区域为了在哥伦比亚建立保护单位指导管理应用程序。
方法
取样位置
总共24从野外获得的组织样本Kinosternon scorpioides海龟在三个哥伦比亚地区六个采样地点:在哥伦比亚亚马逊盆地(Leticia),两个在加勒比海岸或水虎鱼盆地(独联体pata湾和兜甲沼泽),三个奥里诺科河盆地(sierra de la Macarena-Guaviare Sub-basin,波多黎各Carreno-Orinoco河流漫滩和Tuparro国家Park-Tomo Sub-basin),一个在圣安德烈斯岛(图1和表1)。
图1的地图Kinosternon scorpioides岛和大陆地区组织采样地点和大小:SA(圣安德烈斯岛、圣安德列斯和Providencia群岛),独联体(Cispata湾,科尔多瓦省),罗(兜甲沼泽,科尔多瓦省)、电脑(劫持省Puerto Carreno), TP (Tuparro国家公园,劫持省),SLM (Serrania la Macarena,元省),并让(Leticia,亚马孙省)。抽样个体从每个区域所示的照片。
表1地理区域、位置样本ID、地理坐标和恢复的总数snp对所有样品包括在这项研究中。
晚上海龟被抓获。然后,在协议设计的学院Investigacion de recurso项目Biologicos“亚历山大•冯•洪堡”在哥伦比亚(Vargas-Ramirez 2017),大约0.3厘米3组织从背后剪脚使用手术刀和存储在90%的乙醇。一个碘溶液应用抽样后预防感染。抽样方案进行评估动物保护委员会(Cicual)从安第斯大学。
DNA提取、质量控制、图书馆准备和测序
RADseqs
总DNA提取使用QIAamp DNA组织迷你包(试剂盒)及其质量评估在0.8%琼脂糖凝胶。DNA是量化使用nanodrop 2000分光光度计(热科学)和稀释至最后一个浓度范围从30到50 ng / uL。
基因组DNA转化成nextRAD genotyping-by-sequencing库(SNPsaurus LLC)罗素et al。(2015)。DNA是第一次分散Nextera DNA Flex试剂(Illumina公司公司),也绑短适配器序列的目的片段。破碎的Nextera反应是按比例缩小的50 ng的基因组DNA,虽然75 ng的基因组DNA是用于输入补偿退化的DNA样本的数量和增加片段大小。支离破碎的DNA被放大为27个周期74°C的引物匹配适配器和扩展10核苷酸为选择性的基因组DNA的序列GTGTAGAGCC。因此,只有从一个序列的片段,可以杂化选择性序列的引物是有效地放大。nextRAD库测序在Illumina公司4000年HiSeq编曲一巷150 bp读取(俄勒冈大学)。
指纹的蛋白质的基因内区1 35 (R35)基因
为了提高系统的信号与过量一些样品缺失数据的单核苷酸多态性(> 90%),部分区域的基因内区R35被放大通过PCR和测序后,协议和使用的引物Fujita et al。(2004)。扩增子是用磁珠纯化和测序正向和反向方向的ABI3500安第斯大学(哥伦比亚)。我们选择使用这个核区域(R35)因为先前的研究显示他们是有用的在解决深在海龟系统发生学的关系(Fujita et al ., 2004;Loc-Barragan et al ., 2020)。
序列预处理和数据集建设
RADseq基因分型
pcr分析使用自定义脚本(SNPsaurus, LLC),消减了读取使用bbduk (BBMap工具,http://sourceforge.net/projects/bbmap/):
bbmap / bbduk。在=读取/ run_2780/2780_CAAGTGTC-GTAAGGAG_S25_L003_R1_001_subset.fastq sh。广州=读取/ run_2780/2780_CAAGTGTC-GTAAGGAG_S25_L003_R1_001_t.fastq。广州ktrim = r k = 17 hdist = 1貂= 8 ref = bbmap /资源/ nextera.fa。广州minlen = 100噢= t qtrim = r trimq = 10。
接下来,一个新创创建引用通过收集1000万年总读,从样品均匀,不含读计数少于7或700多(SNPsaurus公司标准化的数量)。其余位点被彼此一致确定等位基因位点和崩溃等位基因单体型到一个代表。所有的阅读都映射到参考使用bbmap对齐身份阈值为0.95 (bbmap工具)。基因型调用是使用callvariants (BBMap工具)(callvariants。sh = ref_turtle_rm.txt列表。align_samples = turtle_total。vcf ref = ref_turtle。fasta倍性= 2 multisample罕见= t = 0.05 minallelefraction = 0.05 usebias = f噢= t nopassdot = f minedistmax = 5 minedist = 5 minavgmapq = 15 minreadmapq = 15 minstrandratio = 0.0 strandedcov = t)。变体调用格式(VCF)过滤去除等位基因的采样频率小于3%。最后的VCF是对与SNPfiltR和转换为其他程序格式(DeRaad 2022)和PGDSpider软件(Lischer Excoffier, 2012),随后coalescence-based frequency-based(系统)和等位基因(遗传结构)分析方法(见森林女神的VCF数字存储库:https://doi.org/10.5061/dryad.h18931zp6)。在所有导出格式,我们包括可变和不变snp,目的是提高遗传信息的数量和质量。
获取数据库用于系统发育重建分析,已被过滤在两个方面比较每个生成的数据集的统计力量:(a)的第一个允许恢复所有在场的snp在整个样本,容忍的最大缺失的数据存在,(b)第二个容忍10%的样本中缺失的数据。然而,在这两个数据集,奥里诺科河的样本PC587是被由于过度缺失的数据(~ 99%)。虽然只有三个样本的亚马逊也有大量缺失的数据,这些都是保留在两种数据集,因为他们几乎两倍的信息样本PC587过滤后,他们也不可替代的独特的样品位置。
此外,为了减少多余的样本缺失数据和冗余样本每人口,可能影响正确的进化单位界定的发展史(基于multispecies合并)和计算性能,我们选择3和4之间的代表性样本人口的建议Leache et al。(2014)对于这种类型的方法。除了亚马逊,选择代表性样本的标准每个群落的系统发育分析,是基于有最少的缺失数据以提高推理的准确性和鲁棒性。
frequency-based另一方面,等位基因(遗传结构)分析,我们只使用数据集“b”(跨样本缺失的数据高达10%),因为它已被证明,过度的非随机缺失的数据可以偏见主成分分析或相关指标和推断种群遗传结构(易和门闩,2022)。
R35基因内含子装配和校准
序列是手动检查和编辑Geneious v10.0.9 (基尔斯et al ., 2012)。对齐创造共识序列是由使用集成算法ClustalW (汤普森et al ., 1994)。接下来,爆炸序列被提交到搜索(Altschul et al ., 1990)与基因库中可用的序列验证和比较,然后检查手动插入和删除的Geneious v10.0.9。
重建系统发育分析
我们实现了一个校准家谱重建分析使用R35内含子和35507个snp矩阵相结合的方式,考虑每个数据集作为一个分区但与树木有关。为了这个目的,我们运行了一个贝叶斯野兽v1.8.2(系统发育分析德拉蒙德et al ., 2012)使用GTR + G作为最佳适合进化模型推断jModelTest (小波,2008),一个“对数正态分布放松时钟模式”(替换率x10-4突变/网站/百万(2.7Lourenco et al ., 2013)和合并的指数增长的树前。其余的参数为默认设置。我们跑两个独立运行的5000万代各有10%的老化,和收敛在示踪v1.7检查(兰姆伯特et al ., 2018)。接下来,从每个独立运行日志和树文件组合在一起以产生10000年最后一个数据集拓扑通过LOGCOMBINER v2.5.0 (Bouckaert et al ., 2019);这个数据集被用来生产最高信誉树TREEANNOTATOR v2.5.0 (Bouckaert et al ., 2019)。最后,获得超度量拓扑可视化在无花果树v1.4.0 (兰姆伯特和德拉蒙德,2012年)。
祖先的地区重建和殖民模式
以来/殖民时代的人口领域直接相关的当前水平的多样性和适应性的潜力(Nei et al ., 1975),因此definning优先保护,我们实现了一个时空的祖先区域的重建,色散路线(生物地理学门户)和殖民的模式k . scorpioides岛屿和大陆之间。phylogeographic分析使用贝叶斯方法和放松的随机游走模型,运行在野兽v.1.8.2 (德拉蒙德et al ., 2012),唯一的平台(米勒et al ., 2010)。我们使用相同的数据集(基因内区+单核苷酸多态性)这种方法,如上所述。这种方法推断进化历史的基于DNA序列的连续景观和地理坐标(每个样本的经度和纬度),生成一个家谱和祖先的位置估计的内部节点,考虑不确定性的拓扑(Lemey et al ., 2010)。替换模型选择GTR + G,以前从JModelTest (小波,2008)。没有使用模棱两可,因为等位基因逐步影响最小的系统发育重建目标核基因组序列(凯特et al ., 2018)。他们联系网站模型和时钟模型,而不是基因座之间的树。我们使用了不相关的对数正态分布放松时钟模型和合并的指数增长的树前。时间校准的系统发育树中,我们使用一个替代率x10-4突变/网站/百万(2.7Lourenco et al ., 2013)。两个独立的运行完成,链长5000万,每5000个采样步骤和10%的老化。链和链收敛,固定行为的有效样本量(ESS) > 300,检查示踪v.1.7.0 (兰姆伯特et al ., 2018)。接下来,从每个独立运行日志和树文件组合在一起以产生10000年最后一个数据集拓扑通过LOGCOMBINER v2.5.0 (Bouckaert et al ., 2019);这个数据集被用来生产最高信誉树TREEANNOTATOR v2.5.0 (Bouckaert et al ., 2019)。产生时空预测家谱的锁眼标记语言(kml),软件SpreaD3 v0.9.6 (Bielejec et al ., 2016),结果,然后访问和谷歌地图上可视化(https://www.google.com/intl/es/earth/)。
人口结构分析
考虑到、因被定义为人口或人口组展示重大分歧等位基因频率(迪桑et al ., 1992),或者是大量繁殖与其他同种的隔离人口单位(Waples 1991);几种方法是使用单核苷酸多态性数据集测试这些原则执行。首先,我们使用结构v.2.3.4 (普里查德et al ., 2000)来推断种群遗传结构和混合模式中测试生殖隔离人群,让我们检查生物群体的存在在我们的样例。我们进行了20 K = 1 - 6通过独立运行1000000密度的步骤,100000迭代和考虑掺合料的老化模型和相关频率。α值和概要文件的后验概率进行评估融合独立运行。结构收割机(伯爵和vonHoldt, 2012年)被用来提取从每次运行Q值为每个K值,然后总结了程序CLUMPP 1.1.2 (Jakobsson和罗森博格,2007)。最后,DISTRUCT v.1.1 (罗森博格,2004)被用来情节和可视化Q-matrix包含祖先的概率获得每个在每个预定义的人口。“Evanno”方法(Evanno et al ., 2005)和Puechmille方法(Puechmaille 2016)被用来推断出最有可能的生物组织,使用基于网络的软件StructureSelector (李、刘,2018年)。
模式遗传结构的进一步探索,进行主成分分析(PCA)和主成分判别分析(DAPC)使用R -包ADEGENET (Jombart 2008)。这些都是降维方法用于转换和数据点投射到更少的正交轴可以解释方差的最大数量的基因数据最大化(DAPC) (PCA)的差异,帮助、因界定。
此外,地理计算样本之间的遗传结构的标准化成对F圣(Meirmans 2006),10000年排列和救赎,包括在Genepop v.1.1.7 R -包:“人口使用Genepop基因数据分析”(https://www.r-project.org,http://kimura.univ-montp2.fr/ ~ rousset / Genepop.htm)。当种群之间的基因混合信号通过结构或PCA / DAPC分析观察,我们量化的基因流的有效的每一代的移民数量(纳米)之间的数量(穆尼斯et al ., 2018使用程序迁移v3.6.11 (),Beerli 2006)。为了这个目的,我们实现了免费的默认模型变异为θ和M参数(*)之间的人群,使用指数先知先觉。静态加热使用的搜索策略计划有四个链在不同的温度下(1.0,1.5,3.0,1000000.0)和四个复制的一个长链与5000万代,丢弃老化500万每500代和取样。验证参数估计的收敛性,我们调查了自相关(< 0.3),有效样本量(ESS > 500)和正确的概率密度图的分布参数的估计。将缩放参数“M”生物数据的有效的移民数量(纳米),我们假设一个保守的世代时间28.2年,估计Kinosternon成员(艾弗森et al ., 2013);和替代率为2.7 4×打败突变的snp /网站每百万(Lourenco et al ., 2013)。
此外,以证实当前种群之间的基因流动打破了持续一致系谱的发展史(Avise 1994),我们分析了10000年从上面的系统发育重建家谱,DensiTree (Bouckaert et al ., 2019在贝叶斯概率密度),显示所有变异的个体之间的拓扑。
结果
最后的VCF文件是由150227645单头读取(从24 nextRAD库),读取长度平均136.89个基点和全面质量平均39.5 phr得分读取(补充材料1)。过滤和删除PC587样本后,我们发现:(a)一个数据集的35507个snp(跨样本缺失的数据高达98%),用于推断相关phylogeographical重建,和(b)一个数据集的383个snp(高达10%的缺失数据样本),用于推断相关贝叶斯人口结构分析,成对固定指数(F圣)、主成分分析(PCA)、判别分析主成分(DAPC)和一些人口参数迁移。此外,我们获得1047个基点R35基因的内含子序列七样品(两个从亚马逊地区,一个从奥里诺科地区和四圣安德烈斯),用于补充phylogeographical重建的鲁棒性和单核苷酸多态性分析。这些都是提交加入数字ON738183 ON738189基因库。
校准系统发育重建分析恢复支持的发展史k . scorpioides数量分析(图2和补充图1),显示所有节点的后验概率进化枝信誉树> 0.95。每个人口代表独立的单元组。多样化的模式显示圣安德烈斯岛越近基部的进化枝马(7.9 - -8.76),紧随其后的是亚马逊马(2.38 - -3.22),最后,一个最近的加勒比/奥里诺科河分裂马(1.79 - -1.91)。
图2贝叶斯time-calibrated最大进化枝信誉树在野兽v1.8.2推断,显示的系统发育重建和祖先的关系Kinosternon scorpioides从岛(San Andres)和大陆航空(加勒比,奥里诺科河和亚马逊)哥伦比亚、使用RADseqs 3 - 4个人/人口和35507个snp包含< 2%的缺失数据(除了亚马逊,> = 98%的缺失数据),结合1047个基点R35基因内区,估计在分子进化的GTR + G模型。观察到的时间平均高度为95%可信度区间,校准的核DNA替换率x10-4突变/网站/百万(2.7Lourenco et al ., 2013)。黑色圆圈表示节点支持≥0.95的后验概率。从地理地图(修改Hoorn et al。(2010))显示所有可能的造山和生物地理学的事件发生在10 - 250万年前在新热带,恰逢的多元化k . scorpioides在哥伦比亚。
放松限制的随机漫步(弹头)系统发育重建(图3)最近估计,最可能的祖先的人口k . scorpioides之间的大陆地区,位于今天巴拿马和哥伦比亚加勒比沿海(乌拉巴)~ 8.43硕士(图3一)。从那时起,这个原始人口一分为二。其中一个殖民地圣安德烈斯马~ 1.72 (图3 b),第二个殖民地区反式安第斯山麓,南部的原始祖先的人口(图3 b)。随后,从最后一个地方,一个分裂成两个亚种群发生。第一个分组人口向亚马逊地区开始了漫长的旅行,虽然这是发生,第二个分组人口达到加勒比区域~ 1.04 Ma。从加勒比海,殖民开始向奥里诺科地区,建立在马~ 0.87 (图3 c)。一旦在奥里诺科地区,快速扩张发生在整个哥伦比亚盆地南北方向(Puerto Carreno
Tuparro国家公园Sierra de La Macarena)。最后,k . scorpioides达到Sierra de La Macarena ~ 0.58 Ma (图3 d),一个被称为“的地方反式安第斯山脉之间的过渡(Vaupes拱、安第斯山麓),奥里诺科河草原象和亚马逊雨林生态系统。最近才k . scorpioides完成的长途旅行反式安第斯地区,到达亚马逊地区马~ 0.1 (图3 d)。
图3使用核RADseqs时空重建分析(35507个snp)和1047 bp的R35基因内区,基于一个放松的随机漫步在连续时间和空间分析k . scorpioides数量由岛(San Andres)和大陆航空(加勒比,奥里诺科河和亚马逊)哥伦比亚,推断出野兽v1.8.2和SPREAD3 GoogleMaps可视化。图显示了假想的祖先区域(灰色圆圈)和空间模式(绿线)殖民/建立与他们的年龄,k . scorpioides在每个采样地区圣安德烈斯(一)、加勒比(兜甲/ Cispata湾)(B)奥里诺科河(Carreno-Tuparro国家公园和Serrania La Macarena)(C),亚马逊(Leticia)(D)。所有观察到的殖民时代平均高度为95%可信度区间的贝叶斯最大进化枝信誉树拓扑分析中使用。
额外测试的系统发育重建分析使用的数据集383个snp(< 10%缺失的数据样本)进行,但没有得到广泛支持的家谱中恢复过来了k . scorpioides每个人口数量,要么用3 - 4个代表性样本(补充图2一个)或所有可用的23个样本(补充图2 b)。
结构分析我们报道所有可能的基因结构模式从K = 2 K = 6。尽管K = 6获得最佳意味着inp (K),它被K = 2,最可能的显示数量的集群Evanno方法(ΔK) (补充图3 a, B圣安德烈斯(的),分组所有样本k . s . albogulare)在一个集群和所有欧洲大陆第二个样本(加勒比,奥里诺科河和亚马逊地区)(见图4一)。当一个层次分析探讨了通过K = 3 - 6,我们确定了加勒比人口作为一个独立的集群从亚马逊和奥里诺科河(图4一),显示四个集群的物种,总Puechmille证实的方法估计(补充图3 c, D)。
图4人口结构分析Kinosternon scorpioides从岛(San Andres)和大陆航空(加勒比,奥里诺科河和亚马逊)哥伦比亚、推断(一)贝叶斯(结构),(B)主成分分析(PCA (ADEGENT))(C)判别分析的主成分[DAPC (ADEGENET)]的方法,使用383个snp 23与多达10%的样本缺失的数据。情节结构显示样本的概率分配的两个(K = 2)到6 (K = 6)组,被K = 2 Evanno,越有可能根据Puechmille和K = 4。每个竖线代表一个人。结构(K = 4), PCA和DAPC显示四个独立集群(圣安德烈斯,加勒比海,奥里诺科河和亚马逊),然而,随着信号co-ancestry或加勒比和奥里诺科河之间的重叠。
进一步比较分析探索缺失数据的影响和样本数量遗传结构的模式,可以可视化补充图4。
虽然信号之间的观察co-ancestry加勒比和奥里诺科河人口结构表明掺合料,PCA和DAPC确认四个集群的存在(圣安德烈斯,加勒比海,奥里诺科河和亚马逊),与两个组件,其中第一个解释方差的SNP数据量最高(见特征值;图4 b, C分别)。同样,在两两F圣在地理人口计算,这些值都显著(p < 0.05)加勒比海之间的分化和奥里诺科河和高度显著(p < 0.001),其余成对比较(表2)。
表2成对F圣估计生物地理学人群泥龟(Kinosternon scorpioides)dsitributed岛(•)和大陆航空(♦)从哥伦比亚地区,使用383个snp矩阵和< 10%的缺失数据覆盖23个样本。
DensiTree没有显示信号的分析任何家谱打破种群之间的个人单系统或显示不完整的谱系分类结果之间最近的基因流动加勒比和奥里诺科河(图5一个)。同样,贝叶斯分析Migrate-n没有显示出当前加勒比和奥里诺科河种群间基因流方向(图5 b, C),表示小于0.04每一代移民,或者换句话说,一个移民之间的存在~ 33.3代(~ 940年)。
图5基因流分析K scorpioides数量显示信号的外加剂(加勒比/奥里诺科河)结构,使用方法基于DensiTree分析和迁移。(一)DensiTree分析10000年兽v1.8.2家谱重建(来自校准系统发育树分析)显示所有个体之间的变异的贝叶斯概率密度拓扑从所有人群,寻找最近的不完整的谱系分类模式由个体之间的遗传交换。(B)双向的生物地理学表示在生物基因流动规模(每一代的移民数量(纳米)在加勒比海和奥里诺科河的人口。(C)贝叶斯后验分布为迁移“M”参数指标(突变规模)之间的人群,估计在Migrate-n软件接合的方法。
讨论
本研究提出了第一个人口信息的结构和phylogeography淡水龟的物种Kinosternon scorpioides在哥伦比亚,基于基因组分析超过35000个snp和R35内含子的1047个基点。
Kinosternon scorpioides互惠的单系统和生殖隔离
我们的研究结果支持目前存在的两个亚种的接受k . scorpioides在哥伦比亚,一个(k . s . albogulare圣安德烈斯岛),第二个(k . s . scorpioides)在欧洲大陆(Morales-Betancourt et al ., 2015)。然而,在校准系统发育重建、结构,PCA, DAPC和F圣分析,发现了三个额外的分化组k . s . scorpioides。在这个分析中,明确的分化和大量的生殖隔离被发现在加勒比海岸(西北、反式安第斯)、亚马逊和奥里诺科地区(东部,独联体安第斯山脉)。
配置和多元化时代k . scorpioides人口在这项研究中,发生从~ 8到1.9 Ma (Miocene-Pliocene-Pleistocene末),并与最大的造山事件所描述的一致Hoorn和Wesselingh (2011),Hoorn et al。(2010)和艾伯特et al。(2018)马~ 10 - 2,塑造新热带的多样性:东部安第斯山脉的隆起(10 - 2 Ma),巴拿马地峡/拱下沉和出现(9 - 3 Ma)和Vaupes拱最终形成(8 - 5 Ma)。
正如所料,颞起源、分布和建立这些分化人群通过哥伦比亚,推断在放松随机漫步重建分析,建议的祖先区域Kinosternon scorpioides在一个反式南美安第斯地区北部大陆(> 8 Ma),与后殖民岛地区(San Andres)约1.72 Ma。至少有两种假说试图解释的到来k . s . albogulare圣安德列斯岛的。一个假设表明自然起源的人口,通过岛中央美洲大陆的殖民时期的低海平面在中新世(Iturralde-Vinent 1999;Vargas-Cuervo 2004;Kirby et al ., 2008)。这个假说是由我们的数据支持。然而,存在一个备择假设,表明引入这些海龟从土著社区和交易员的中美洲人口早在1600年代(邓恩和萨克斯,1950:Forero-Medina Castano-Mora, 2011)。
根据O 'Dea et al。(2016)马9和6之间,古等深线的沉积序列的变化揭示重大深化在巴拿马拱,巴拿马地峡的后形成美国这篇约2.8 Ma,允许南美和中美洲之间的动物区系的色散(包括其孤立的系统)。这是伴随着海面升降的海平面的进步和大幅减少20到60 m (~ 2 - 1 Ma),恰逢的建立K。scorpiodes在圣安德烈斯,后来在加勒比海岸(1.04 Ma)。这样的结果同意的结果艾弗森et al。(2013),支持一个中美洲家庭泥鳖科,起源的散度k . s . albogulare大约4 ~ 8 - Ma(中新世晚期)和后来的散度k . s . scorpioides6 - 2.5 Ma在上新世。
然而,一个意想不到的殖民地化的模式独联体安第斯数量证明,由多个祖先殖民北部和南部的独立事件独联体安第斯人口(non-monophyletic模式),通过两种不同的生物地理学门户。拉斯克鲁塞斯第一个事件发生在晚些时候通过(中央安第斯山脉北部),建立在亚马逊地区;而第二个发生在梅里达山脉在Tachira抑郁症(北安第斯山脉东部),与后来奥里诺科河的东部低地地区的扩张。拉斯克鲁塞斯通过和Tachira抑郁,都被视为生物地理学门户,当关闭,生成分区物种形成之间反式- - -独联体安第斯生态区(Hazzi et al ., 2018);在这里我们正在观察Kinosternon。
事实上,的分化k . s . scorpioides在哥伦比亚,大陆给奥里诺科河起源独联体安第斯人口和加勒比反式安第斯人口,可能与地理分隔事件由于北安第斯山脉的隆起和梅里达山脉在上新世末期(5 - 3.4 Ma) (迪亚兹de Gamero 1996;Audemard Audemard, 2002)。大多数研究解决这一主题已经确定了北部的安第斯山脉的隆升的主要驱动力热带场景符合分区物种形成多元化,在复杂地形的安第斯山脉两侧孤立的人群这一障碍从而限制基因流(布拉姆菲尔德和Capparella, 1996;安东内利et al ., 2009;Hoorn et al ., 2010)。类似的模式独联体安第斯和反式-安第斯人口差异导致物种形成被发现在许多脊椎动物,包括鸟类(Sedano和烧伤,2010;Arbelaez-Cortes 2020),哺乳动物(帕特森,2020)和两栖动物(皮拉尼et al ., 2020)。
然而,我们发现分歧时间短于5 - 3.4 Ma加勒比与奥里诺科河人口(1.9 Ma)和遗传距离很近(F圣和方差在PCA / DAPC),这表明北方东部安第斯山脉隆起并不是一个确定的不透水层在3.4 K。scorpioides。Salgado-Roa et al。(2018)发现了类似的时间之间的差异独联体- - -反式安第斯蜘蛛一种Gasteracantha马在哥伦比亚[2.13],解释为一个模式差异的基因流的存在(因为自己的传播能力),通过沿着安第斯山脉位于走廊的残余。事实上,他们表现出明显的证据外加剂(结构),表明目前没有生殖隔离。然而,Migrate-n分析表明,当前的基因流动并不实际存在于加勒比海和奥里诺科河的人口。之一因此,最合理的解释这种混合模式是一个隔离的保留祖先多态性,今天仍然可以看到,也许解释的非常缓慢的一代时间防止物种的迅速损失或固定新的突变漂移。
Vaupes拱支离破碎的横贯大陆的paleo-Amazonas-Orinoco河~ 5 - 10马(Hoorn et al ., 1995),原始的最后出现在更新世(了亚马逊河艾伯特et al ., 2018),产生61.2%的独家亚马逊水生动物和16.6%的独家Orinocan水生动物。然而,22.2%仍盆地之间共享,直到现在,可能之间的持久连接奥里诺科河和亚马逊盆地通过Casiquiare运河和其他支流(Winemiller et al ., 2008)。然而,这些奥里诺科河和亚马逊之间的连接与极端的物理化学条件,建立了通过污水系统成为许多物种的zoogeographic过滤器或障碍不适应这些条件(Winemiller et al ., 2008)。可能是这种情况k . scopioides,居住在白水事件亚马逊和奥里诺科河的尸体,所以Casiquiare-mediated连接不太可能目前,所反映的phylogeographical和基因结构分析。
Kinosternon scorpioides在哥伦比亚管理和保护
所有的特征定义一个静电单位证明的四个采样哥伦比亚k . scorpioides人群。目前,我们认为我们的数据似乎支持指定的四个进化显著单位(、因)。圣安德烈斯,加勒比海,奥里诺科河和亚马逊的数量显示显著差异核位点的等位基因频率(大量的生殖隔离)和互惠的单系统(莫里茨,1994;Funk et al ., 2012),保证独立管理或优先保护因为高遗传独特性和独立的进化轨迹(Funk et al ., 2012)。
指定四、因在哥伦比亚,一个圣安德烈斯岛的人口,和三个在哥伦比亚、大陆反式-安第斯山脉,在加勒比地区,两个顺式安第斯山脉,在亚马逊和奥里诺科地区,意味着考虑每一个单独的管理单位。因此,还需要单独为每个这些单位的管理策略。出于这个原因,我们建议全国环保部门是独立的人口趋势评估工作,以及为每个单元独立的灭绝风险分析,目的是对新的风险分类为这些海龟在大陆和孤立的哥伦比亚。
关于亚马逊指定的人口作为一个静电单位基于少量的样本相对小数量的单核苷酸多态性和大量的缺失的数据,我们去深入的分析383个snp(没有缺失数据)数据集被认为是这一组,我们发现80个代表诊断网站,亚马逊分离样本所有其他样本所有其他地区被认为是在我们的分析。这些诊断网站的存在提供了决定性的支持对于这个称号。类似的支持静电单位或其他爬行动物属物种名称,例如壁虎属的归属感Hemydactilus是基于一个更小的数据集的129个snp没有缺失的数据(Leache et al ., 2014)。
人口遗传理论预测,近期殖民会导致遗传多样性下降,称为创始人的影响;这反过来可能会降低最终进化潜力和殖民种群的建立和增殖能力(逃避et al ., 2014)。因此,特别关注和进一步的研究需要建立种群遗传多样性独联体安第斯、因,尤其是在亚马逊地区,保护优先,考虑到这是最年轻的人口和最近建立了(因此随机漫步的结果)。
Kinosternon分类:新分类修订时间?
根据研究结果,我们认为,我们现在足够的基因信息支持至少四个新生物实体的名称(物种)在属内,通过升级k . s . albogulare物种水平和设计顺式安第斯和反式-安第斯山脉的k . s . scorpioides体现在我们的分析作为单独的物种。一个物种是一组杂交自然种群繁殖孤立于其他团体(生物物种概念;(娃和Ashlock, 1991),或者被定义为部分(子组)的群体血统(通用血统物种的概念(德奎罗斯,1998)]。提出了证据支持生殖隔离和全民血统属内Kinosternon。因此,一个完整的属的分类学修订建议,所显示是et al。(2014)而且形态,不仅包括分子数据信息,以及地理范围广分类抽样,属类似最近所做的工作Chelus(Vargas-Ramirez et al ., 2020)。
数据可用性声明
在这项研究中提出的数据集可以在网上找到存储库。库的名称/存储库和加入数量(s)可以找到如下:森林女神;https://doi.org/10.5061/dryad.h18931zp6。
道德声明
伦理审查和批准没有所需的动物研究,因为样本获得环保部门直接从自己的人口监测项目。
作者的贡献
SC:设计研究、实验室工作、统计分析、设计数据,写和编辑手稿。JM:统计分析,设计数据,写和编辑手稿。MM-B:现场工作,标本收集、稿件撰写和编辑。注:现场工作、标本收集手稿版本。CL:设计研究、现场工作,样本收集、写作和手稿编辑。
资金
作者声明,这项研究收到私人捐赠资金(Uniandes-LEMVA)。资助者没有参与研究设计、收集、分析、解释数据,本文的写作,或决定提交出版
确认
我们感谢d Caicedo Fundacion Omacha对她的帮助获得样本兜甲,科尔多瓦省。其他亚历山大•冯•洪堡研究所获得的样本通过一个谅解备忘录与营救帕拉el Desarrollo Sostenible德尔德圣安德烈斯群岛Providencia y圣Catalina-Coralina (N°005 2018;N°18 - 125);样品从加勒比海,亚马逊和奥里诺科地区得到Ministerio de环境y Desarrollo Sostenible (Resoluciones N°0075 2015, 0081 2016, 013 2018);样本Serrania de la Macarena得到营救帕拉el Desarrollo Sostenible德尔地区德控制特殊的la Macarena-Cormacarena (N 18°- 096);Colciencias (fp44842 - 109 - 2016)。特别感谢当地社区在圣安德烈斯和Coralina人员在野外工作的帮助(托马斯·唐斯,里卡多·阿尔瓦雷斯,曼柯拉勒斯)以及Coralina主任(Dorsy Stephens)和subdirector(托马斯·哈德森)。我们感谢Fundacion Omacha (Fernando Trujillo Beyker卡斯塔涅达和Brayan马林)帮助RNBojonawi进行现场工作,Puerto Carreno,奥里诺科地区。
的利益冲突
作者声明,这项研究受到私人捐助资金。资助者没有参与研究设计、收集、分析、解释数据,本文的写作,或决定提交出版。
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
补充材料
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补充图1 |贝叶斯系统发育重建Kinosternon scorpioides从岛(San Andres)和大陆航空(加勒比,奥里诺科河和亚马逊)哥伦比亚,使用矩阵的3 - 4个人的人口和35507个snp包含< 2%的缺失数据(除了亚马逊个人,< = 98%的缺失数据),结合1047个基点R35基因内区,并估计在分子进化的GTR + G模型。(一)在10000个家谱DensiTree分析。(B)最大进化枝的信誉树节点支持基于后验概率。
补充图2 |贝叶斯系统发育重建Kinosternon scorpioides从岛(San Andres)和大陆航空(加勒比,奥里诺科河和亚马逊)哥伦比亚、使用(一)一个矩阵的3 - 4个人人口与383个snp包含< 10%的缺失数据,(B)3 - 9个人一个矩阵/人口与383个snp包含< 10%的缺失的数据。树木都估计在分子进化的GTR + G模型。最大进化枝信誉树显示与节点支持基于后验概率。
补充图3 |可视化的最优数量的集群在基于web的软件StructureSelector使用多个方法,在结构测试K = 1 - 6后,23的样本k . scorpioides从四个哥伦比亚人口(San Andres,加勒比海,奥里诺科河和亚马逊)。(一)意味着现况(K),确定K = 6,最可能的数量的集群。(B)Evanno方法(ΔK),确定K = 2,最可能的数量的集群。(C)Puechmille方法估计(MaxMed和MaxMean)显示K = 4,最可能的集群。
补充图4 |评估对缺失数据对人口结构的影响分析Kinosternon scorpioides从岛(San Andres)和大陆航空(加勒比,奥里诺科河和亚马逊)哥伦比亚。(一)贝叶斯分析(结构)和主成分分析使用一个矩阵在24个样品35507个snp,容忍99%的缺失的数据。(B)贝叶斯分析(结构)和主成分分析使用一个矩阵在23个样品383个snp,容忍10%的缺失的数据。(C)进化分枝图反映出最有可能的系统发育假说Kinosternon scorpioides从岛(San Andres)和大陆航空(加勒比奥里诺科河和亚马逊),哥伦比亚,它作为预测最可能的coancestry指南将在结构分析模式(A, B)。
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关键词:Kinosternon scorpioidesRADseq,基因组分析、哥伦比亚、进化显著单位(静电单位)
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收到:2022年5月06;接受:2022年9月22日;
发表:2022年10月13日。
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*通信:苏珊娜绅士,sj.caballero26@uniandes.edu.co
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