Population genomics of a marine gastropod with limited dispersal capabilities

• Autor(a) principal: Morrissey, Declan
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.1/14615
• topic: Bú; Zios; Molusco; ddRAD; Alto fluxo genético; Genómica populacional; Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Outras Ciências Naturais

A dispersão de organismos é um processo essencial que promove o fluxo genético e contraria a diferenciação das populações. A falta de barreiras aparentes no ambiente marinho significa que os organismls podem alcançar a panmixia em escalas espaciais muito menores do que as que se verificam no meio terrestre. Até recentemente, a genética de populações apoiava-se num conjunto relativamente pequeno de marcadores genéticos para fazer inferências sobre a conectividade de populações em grandes escalas espaciais. No entanto, recentes avanços nas técnicas moleculares produziram um conjunto de novos métodos de sequenciação de DNA, comumente referidos como Sequenciação de Nova Geração (NGS), que permitem a obtenção de milhares de marcadores do genoma, aumentando potencialmente a resolução dos dados. RADseq é um tipo de técnica NGS que emprega enzimas de restrição para cortar o genoma nos locais de restrição, produzindo milhares polimorfismos de nucleotídeo único (SNP, single-nucleotide polymorphism). Buccinum undatum é um neogastropode amplamente distribuído em ambos os lados do Atlântico Norte, desde o Canadá até ao Golfo da Biscaia podendo atingir profundidades de 1000 m. Esta espécie é o maior gastrópode marinho comestível do Atlântico Norte, com um comprimento máximo de concha de 150 mm. Alimenta-se principalmente de bivalves e de pequenss crustáceos. B. undatum constitui uma pescaria relevante no Reino Unido desde 1922, só em 2017 foram desembarcadas 20.800 toneladas, correspondendo à sexta maior pesca de marisco no valor de 22,7 milhões de libras. Apesar de sua importância comercial, apenas três estudos se concentraram no fluxo genético e estrutura populacional de B. undatum. Todos esses estudos concordaram que o B. undatum pode ser geneticamente diferenciado ao longo de dezenas de quilómetros e que as populações são mais divergentes em baías e enseadas do que aquelas mais afastadas da costa. Esses estudos sugeriram um modelo de stepping-stone para uma grande população semi-contínua. No total, 195 indivíduos foram coletados em 13 locais de amostragem do Mar do Norte, Canal da Mancha e Mar da Irlanda de Dezembro de 2018 a Fevereiro de 2019. Destes 191 indivíduos foram escolhidos para prosseguir com a preparação da biblioteca de DNA de dupla digestão (DdRAD) usando ApeKI e BamHI-HF. A sequenciação foi realizada no Illumina HiSeq X Ten. No total, obtiveram-se 1.427.813.991 reads. O controle de qualidade e a desmultiplexação foram realizados com o software STACKS e os parâmetros: m = 3, n = 3 e M = 3. 4. Do total de reads, 19% não tinham código de barras, 0.08% foram removidos devido à baixa qualidade 4.4% não possuíam local de corte RAD, resultando em 1.303.931.081 reads. Depois da remoção dos indivíduos com menos de 20x de cobertura, permaneceram 141 indivíduos, o que corresponde a 6 a 15 indivíduos por local amostrado, representando 92.8% de todas as reads retidas (1.210.090.726). A cobertura obtida variou de 21.41x a 71.52x (média = 48.2x, S.D. = 13.2x). Os SNPS retidos correspondem ao que estavam simultaneamente presentes em 70% dos locais de amostragem, em 80% dos indivíduos, tinham uma frequência alélica menor maior que 5% e não excederam uma heterozigosidade máxima de 50%. Removeram-se ainda todos os SNPS que não estavam em Hardy Weinberg Equilibrium (HWE) e estavem em disequilibrio de ligação (linkage disequilibrium). No final da filtragem foram retidos 885 SNPs. Foram detectados 4 loci outliers sob seleção positiva putativa. No final foram utilizados para análise dois conjuntos de dados; (i) somente loci neutros, correspondendo a 881 loci e (ii) loci outlier - quatro loci outlier identificados como estando sob selecção positiva. Os resultados baseados somente nos loci neutros (i) encontraram evidências de três grupos genéticos distintos com frequências genéticas semelhantes nos locais de amostragem. A comparação entre pares de locais foi significativa em 22% dos pares, que decresceu para 12% após correção para múltiplos testes. A subestrutura detectada foi de amplitude menor do que noutros estudos. No entanto, isso pode ser resultado do esforço de escala na amostragem, pois o presente estudo é de relativamente pequena escala geográfica. Os valores de Fst variaram de 0.0052 a 0.0133, indicando que subestrutura significativa estava presente em todo o âmbito geográfico do estudo. Detectou-se uma significativa tendência de isolamento por distância nos locais de amostragem do Mar do Norte (r = 0.51, p = 0.001) e uma correlação significativa entre a distância genética e geográfica ao usar todos os locais de amostragem (r = 0,54, p = 0,002). Com base na análise de agrupamentos bayesianos, detectam-se três agrupamentos genéticos distintos, um dos quais numa frequência um pouco maior nos locais de amostragem do Canal da Mancha e outro em frequências mais altas no Mar do Norte. O grupo restante tem uma mistura em proporções quase iguais em todos os locais de amostragem. Estes resultados concordam com estudos anteriores de que B. undatum consiste numa grande população isolada com subestrutura significativa. No entanto, a divergência populacional geral é suprimida pelo alto fluxo genético e um grande tamanho efetivo da população. Foi relatado anteriormente que B. undatum é mais diferenciado em baías e enseadas. No entanto, este estudo não encontrou nenhuma evidência nesse sentido, embora apenas um único local de amostragem se localizasse numa uma baía. Será necessário um esforço de amostragem mais intenso nas baías e enseadas para testar a robustez dessa tendência. Os loci outliers não revelaram nenhuma estrutura populacional e, em vez disso, apoiam a existência de uma única população. Outliers sumetidos a blast do National Center for Biotechnology Information não revelaram qualquer correspondência significativa com genes anotados de outras espécies. Assim, na ausência de um genoma de B. undatum anotado ou dados ambientais à escala geográfica da amostragem, não é possível explicar os fatores subjacentes à selecção positiva detectada. Este estudo contribui para a crescente literatura que usa RADseq para delinear a estrutura populacional de escala geográfica fina. Buccinum undatum tem baixo potencial de dispersão e os valores de Fst no presente estudo são muito inferiores ao que seria esperado. Submetemos a explicação possível que um grande tamanho populacional efectivo e uma população semi-contínua suprimem a divergência genómica desta espécie.