Processos selectius en dues espècies simpàtrides de llavió: Symphodus tinca i S. ocellatus (Genòmica mediterrània, 31/2020)

El gènere Symphodus (Rafinesque, 1810) pertany a l’ordre dels Perciformes i a la família dels làbrids. A la Mediterrània Occidental, hi trobem diferents espècies d’aquest gènere, entre elles Symphodus ocellatus (Forsskål, 1775) i Symphodus tinca (Linnaeus, 1758), que reben noms populars com el de llavió o tord lloro. Quan dues espècies comparteixen una mateix àmbit geogràfic hom diu que són “simpàtrides”, en contrast amb els espècie “alopàtrides”, que tenen àrees de distribució diferents. Les espècies simpàtrides permeten fer estudis comparatius sobre com l’adaptació i la connectivitat locals influeixen en l’estructura genètica de la població. Héctor Torrado Mateo, del Centre d’Estudis Avançats de Blanes, ha triat aquestes dues espècies en el marc del seu treball de doctorat. La tesi de Torrado tracta de les diferències genòmiques associades a l’alta mortalitat que té lloc en la franja d’edat que fa la transició entre els juvenils demersals i els adults litorals. Una part d’aquesta feina apareix ara en forma d’article a la revista Scientific Reports. Torrado et al. han combinat dades individuals de lectures d’otolits amb genotipatge per seqüenciació. Mentre que l’estructura de població de S. ocellatus presenta una gran diferenciació per gradient geogràfic seguint fronts oceanogràfics, en S. tinca la diferenciació és molt menor. Totes dues espècies presenten regions genòmiques marcades per l’adaptació local, en particular a la temperatura, però si en S. ocellatus aquesta adaptació s’associa amb la productivitat, en S. tinca té més rellevància la turbulència.

Un exemplar de “S. ocellatus” fotografiat per Pino Bucca en el 2003

Informació genòmica, ambiental i fenotípica de base individual

Aquest estudi fou concebut i dissenyat per Héctor Torrado, Carlos Carreras, Enrique Macpherson i Marta Pascual. Tot el mostreig de juvenils fou realitzat per Núria Raventós i per Macpherson. Raventós realitzà les lectures d’otolits. Torrado va fer les anàlisis de laboratori i de dades, amb suport de Carreras, Macpherson i Pascual.

Torrado, Raventós i Macpherson treballen al Centre d’Estudis Avançats de Blanes (CEAB-CSIC). Torrado, a més, treballa al Departament de Genètica, Microbiologia i Estadística de la Universitat de Barcelona, al qual pertanyen Carreras i Pascual.

Aquesta recerca comptà amb el suport dels projectes ChallenGen i PopCOmics.

Torrado, Carreras, Macpherson i Pascual redactaren l’article, que fou enviat a Scientific Reports el 17 de gener del 2020. Acceptat el 3 de juliol, després d’una revisió, fou publicat el dia 29.

L’estructura d’una població és influïda pel nivell de connectivitat entre les localitats on és present, és a dir per les oportunitats i per les barreres a la dispersió, que es manifesten en potencials i obstacles, respectivament, per al flux gènic. Alhora, les diferències en les condicions ambientals entre localitats també poden donar lloc a pressions selectives diferents i, en conseqüència, a diferències adaptatives. L’estudi de la variació local pot informar dels mecanismes d’adaptació generals d’una espècie.

Entre les variables ambientals més rellevants per a les poblacions de peixos marins hi hauria la temperatura, la salinitat i la productivitat. De fet, aquestes variables determinen en bona mesura el rang de distribució de les diferents espècies.

Trajectòries de recerca com la de Marta Pascual il·lustren la transició entre la genètica de poblacions i la genòmica de poblacions. Les tècniques de genotipatge per seqüenciació possibiliten estudiar simultàniament característiques de tot el genoma d’un ample ventall d’espècies. Les anàlisis d’associació entre genotip i ambient permeten identificar senyals genòmics d’adaptació. La potència d’aquestes anàlisis augmenta quan les dades de partida fan referència a espècimens individuals, cosa que no és senzilla de fer quan s’estudien poblacions salvatges.

Les espècies del gènere Symphodus són un exemple de peixos bentònics, és a dir que viuen associats al fons marí, particularment del litoral. Però no pas tot el seu cicle biològic transcorre en aquest entorn. L’estadi larval o juvenil és pelàgic, és a dir que viu lluny del litoral i lluny del fons. Aquest estadi larval és important per garantir la connectivitat entre les diferents localitats on viuen els adults, que són territorials i fidelment vinculats a un indret concret. Una part de les peripècies d’aquesta fase vital queden registrades en els ossos de l’orella interna, els otòlits.

En aquest estudi, Torrado et al. inclouen dades corresponents a 303 individus: genotipatge seqüenciació, lectura d’otòlits (que informa de la data d’eclosió, durada de l’estadi larval pelàgic, de la mida en el moment de l’assentament i de la taxa de creixement), informació ambiental de l’entorn larvari (temperatura de superfície, turbulència i productivitat). A partir d’aquestes dades individuals identifiquen regions genètiques sota possible selecció natural.

Dues espècies congenèriques

Tant Symphodus ocellatus com Symphodus tinca viuen en aigües litorals poc fondes (0-30 metres). Els adults són molt territorials, de forma que la dispersió d’aquestes dues espècies té lloc gairebé exclusivament per l’estadi larval, que dura entre 7 i 13 dies.

Mentre que l’estació reproductiva de S. tinca té lloc durant la primavera, S. ocellatus ho fa durant l’estiu. S. ocellatus té una longevitat típica de 5 anys, després d’haver arribat a la maduresa a 1-2 anys, i arriba a fer 12 cm de longitud. S. tinca és més longeva (fins a 15 anys), triga més en arribar a la maduresa (2-3 anys) i pot assolir una mida superior (fins a 44 cm).

Torrado et al. inclouen en aquest estudi dades de 162 individus de S. ocellatus i de 141 individus de S. tinca. En la majoria de casos es tracta de juvenils sencers capturats per xarxes manuals, però en la localitat de Santa Pola s’inclouen també segments d’aletes de peixos adults capturats per pescadors professionals. Els espècimens eren conservats en etanol 96%.

Els mostreigs ens van fer entre el 2014 i el 2016 en sis localitats de la costa mediterrània espanyola. Aquesta zona va marcada per dues discontinuïtats oceanogràfiques, el Front d’Almeria-Oran i el Canal d’Eivissa. Els colors representen els gradients de temperatura mitjana durant el període larval de cadascuna de les dues espècies

En el laboratori, les mostres de juvenils foren disseccionades per extraure’n els otòlits (lapilli), que eren muntats en un portaobjectes dins d’una gota d’oli. A través del microscopi òptic es pot fer una lectura de l’otòlit que informa de l’edat i de la presència de marques d’assentament. L’edat de l’individu, en efecte, hi queda registrada en el nombre de marques al llarg del radi més llarg.

Aquesta determinació cronològica basada en la lectura de l’otòlit, permet reconstruir, amb dades de sensors remots (SOCIB, NASA GES DISC, SIMAR) les condicions ambientals de la fase pelàgica, en termes de temperatura de superfície i de productivitat (mesurada en concentració de clorofil·la per volum), així com l’alçada de l’onatge (turbulència).

De cada espècimen individual es feia una extracció d’ADN i es construïa una genoteca individual prèvia digestió amb EcoT22I. Les genoteques eren objecte de PCR i seqüenciació.

Per a cadascuna de les localitats, es calculava l’heterozigositat observada i esperada, i la riquesa al·lèlica. L’anàlisi discriminant de components principals era aplicada a la comparació entre localitats. Els polimorfismes mononucleotídics (SNP) eren objecte d’anàlisi d’associació amb variables ambientals i fenotípiques. L’anàlisi d’associació genòmica (GWAS) emprava les dades genotípiques individuals.

Els loci candidats de patir pressió selectiva servien de base per a una recerca en BLAST sobre el genoma de referència dels làbrids, el de Labrus bergylta (Ascanius, 1767), per tal d’escatir-ne la funcionalitat biològica.

Resultats fenotípics i genotípics

Del 93% dels juvenils de S. ocellatus i del 89% dels juvenils de S. tinca, Raventós i Macpherson foren capaços d’extraure informació viable sobre el seu historial a partir de la lectura d’otòlit. En termes generals, com és lògic, les poblacions més septentrionals són les exposades a temperatures inferiors, encara que en alguns casos, les poblacions d’aigües més fredes endarrereixen l’eclosió per tal de poder accedir a temperatures més càlides.

Dels 303 individus analitzats, s’obtingué una mitjana de 2,6 milions de lectures genètiques. Per a S. ocellatus es trobaren 3978 haplotips polimòrfics corresponents a 5123 polimorfismes mononucleotídics. En el cas de S. tinca la xifra és superior: 5276 haplotips polimòrfics i 6833 polimorfismes mononucleotídics. En un locus de S. ocellatus s’arribaren a detectar 17 al·lels diferents, i en un de S. tinca 15 al·lels diferents. No hi havia diferències en nivell d’heterozigositat ni per espècie ni per localitat.

En S. ocellatus, l’estructura genòmica de les poblacions de la Mediterrània Occidental consisteix en tres grups:
– un grup format per les localitats septentrionals (de Colera a Blanes).
– un grup central format per les localitats situades entre la Canal d’Eivissa i el Front d’Almeria-Oran, és a dir Xàbia, Palos i Aguamarga.
– un grup meridional representat per la localitat d’Herradura, a la Mar d’Alboran.

En el cas de S. tinca hom no troba pas aquesta estructuració geogràfica marcada. Sí que hi ha diferències entre les característiques de genòmica de poblacions de Santa Pola quan se la compara amb Blanes o quan se la compara amb Ametlla. La discontinuïtat de la Canal d’Eivissa no sembla, doncs, tindre un pes rellevant en l’estructuració de la població de S. tinca.

L’anàlisi de valors dispersos indica 95 haplotips sota selecció positiva potencial en S. ocellatus, mentre que en S. tinca la xifra és molt més baixa (5 haplotips).

La variació en polimorfismes mononucleotídics de S. ocellatus s’explica en bona mesura per variables ambientals com la temperatura local i la productivitat local. En el cas de S. tinca, guanya pes la turbulència local. Aquesta anàlisi identifica en S. ocellatus 292 polimorfismes mononucleotídics com a candidats de selecció, i en S. tinca uns 168.

Els gens que en S. ocellatus mostren polimorfismes associats amb pressions selectives s’associen amb la morfogènesis embrionària de l’aleta caudal, la localització de receptors sinàptics, la resposta a estímuls, l’estabilitat de proteïnes, l’ensamblatge de l’autofagosoma i l’adhesió cel·lular. En S. tinca, els gens associats amb pressions selectives es vinculen al transport intracel·lular de proteïnes, la contracció cardíaca, la tigmotaxi i el comportament natatori, la regulació de l’activitat GTPasa, la defosforilació, el catabolisme de bases nucleiques, i l’organització citosquelètica.

L’estructura genètica: entre la dispersió i la selecció

S. ocellatus i S. tinca tenen molts aspectes en comú. Els adults viuen en hàbitats ben semblants, es fan nius amb algues, i també tenen semblances en la fase juvenil, pel que fa a la durada, a l’edat d’assentament i a la taxa de creixement. La diferència més notòria es troba en la longevitat: S. tinca té més temps durant l’edat adulta per fer moviments, per reticents que siguin aquests peixos per canviar de localitat. Potser això fa que en S. tinca no hi hagi una estructuració geogràfica tan marcada com en S. ocellatus. S. tinca es reprodueix durant la primavera, una època on barreres oceanogràfiques com la Canal d’Eivissa poden trencar-se més sovint.

La temperatura i la productivitat locals tenen tant en S. ocellatus com en S. tinca una gran importància com a motors d’adaptació. La turbulència, però, és més rellevant per a S. tinca, possiblement perquè durant la primavera (època de cria per a S. tinca) aquest factor té més protagonisme.

Estudis com aquest vinculen dades d’història natural amb les dades genòmiques. Així, Torrado et al. han identificat dos loci associats amb la data d’eclosió en S. tinca, que s’associen alhora amb variables ambientals, la turbulència en un cas i la temperatura en un altre. Aquestes diferències i altres genètiques són les que acaben fent que S. tinca i S. ocellatus difereixin substancialment en la seva ecologia.

Lligams:

Individual-based population genomics reveal different drivers of adaptation in sympatric fish. Héctor Torrado, Carlos Carreras, Núria Raventos, Enrique Macpherson, Marta Pascual. Sci. Rep. 10: 12683 (2020).

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: