Patrones de divergencia genómica en diferentes etapas del continuo de especiación en el género Orestias (teleostei; cyprinodontidae)

Abstract

Durante el proceso continuo de la especiación se genera la divergencia genética y el establecimiento del aislamiento reproductivo. La descripción de los patrones genéticos de diferenciación entre pares de taxa cercanamente relacionados en diferentes etapas de este continuo podría ayudar a determinar la proporción del genoma que contribuye a la divergencia y la naturaleza de los genes involucrados. En el contexto de especiación alopátrica, se espera que la magnitud del primer aspecto sea proporcional al tiempo de divergencia, mientras que la deriva génica debería hacer aparecer mutaciones al azar en el genoma, afectando a diferentes regiones génicas e intergénicas en diferentes etapas del continuo de especiación. En esta tesis se describen los patrones de divergencia genómica entre dos pares de especies chilenas del género Orestias, pupfishes que habitan el Altiplano de Chile, Perú y Bolivia, que se encuentran en etapas diferentes del continuo de especiación. En una etapa inicial de este proceso se encuentran O. chungarensis y O. laucaensis, ambas presentes en ambientes aislados (Lago Chungará y Río Lauca, respectivamente). Por otra parte, en una etapa tardía se encuentran O. ascotanensis y O. gloriae, quienes habitan en vertientes de salares cercanos, pero desconectados (salar Ascotán y salar Carcote, respectivamente). Por una parte, debiera existir mayor diferenciación genómica entre las especies de la etapa más avanzada que entre las especies de la etapa más reciente. Por otra parte, y dado que estas especies se originaron en un contexto de especiación alopátrica que se ha mantenido hasta el presente, los patrones de divergencia genómica en cada par de especies debieran haber seguido rutas independientes. Se aplicó la técnica RAD-Seq, un tipo de secuenciación genómica de representación reducida, a los individuos muestreados de las cuatro especies. Los análisis de estructuración genética detectaron una 17 fuerte divergencia entre las especies de los salares y entre éstas y O. chungarensis y O. laucaensis, y una divergencia mucho menor entre éstas últimas. Los niveles de diferenciación global, medidos con el índice FST, indicaron que las especies recientes se han diferenciado tres veces menos que las especies más divergentes. Además se observó que ~20% de los loci totales se diferencia entre las especies recientes, mientras que esa cantidad aumenta a ~50% entre especies divergentes. Estos loci no estarían concentrados en ninguna región en particular, sino que se encontrarían distribuidos a lo largo de todo el genoma. Los análisis del número total de SNPs y de SNPs que más diferencian a las especies indicaron que estos polimorfismos son particulares de cada especie al igual que las funciones biológicas en las que están involucrados. Estos resultados permitieron observar empíricamente cómo el grado de divergencia a nivel genómico aumenta a medida que se avanza en el continuo de especiación, tanto a nivel de diferenciación global, como de la diferenciación de cada locus, y que el proceso de diferenciación ha seguido un camino independiente en cada una de las especies y pares de especies, lo cual es concordantes con un modelo de especiación alopátrica.

During the continuum process of speciation the genetic diversity is generated and the reproductive isolation is stablished. The description of genomic patterns of differentiation from pairs of closely related taxa at different stages of this continuum would help identify the proportion of the genome that contributes to the divergence and the nature of the genes involved. In an allopatric speciation context, it is expected that the magnitude of the first aspect is proportional to divergence time, while the genetic drift would give rise mutations randomly in the genome affecting therefore different genic and intergenic regions at different stages of the speciation continuum. This study described the genomic patterns of divergence between two pairs of Chilean species of the genus Orestias at different stages of the speciation continuum. An initial stage involves O. chungarensis and O. laucaensis, both inhabiting isolated environments (Lake Chungara and Lauca River, respectively). On the other hand, O. ascotanensis and O. gloriae represent a late stage of this continuum. They both inhabit close, unconnected salt pans (Ascotan and Carcote salt pan, respectively). On one hand, there should be a higher genomic differentiation between species of the late stage than species of the recent stage. On the other hand, and given these species were originated in an allopatric speciation context that persist until today, then the patterns of genomic divergence of each species pair should have follow different and independent paths. We obtained RAD-Seq data, a reduced representation sequencing technique, from individuals of each of these species. Genetic structure analyses found a deep divergence between salt pans samples and between these and O. chungarensis and O. laucaensis samples, and much less divergence between these last two. 19 Overall FST values, as a measure of genetic differentiation, are three times higher between the distant species than the close related pair of species. Moreover, ~20% of the loci are differentiated between O. chungarensis and O. laucaensis, while ~50% of the total loci are differentiated between the distant species, and these loci are not concentrated in any specific region, but distributed along the whole genome. Analyses of the total number of SNPs and the SNPs that more differentiate the species indicate that the polymorphisms are particular of each species, as well as the biological functions they are associated with. These results allowed to empirically observing how the genomic divergence increase as the speciation continuum advance, at both overall differentiation and differentiation of locus-by-locus, and that the differentiation process has followed an independent path in each of species and species pairs, in concordance with an allopatric speciation model.