Genética de poblaciones y evolución molecular del elefante marino
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Genética de poblaciones y evolución molecular del elefante marino del norte Alicia AbadíaAbadía-Cardoso, Kristy Deiner and Carlos Garza Distribución •En tierra durante las temporadas de reporducción y de muda •Migración Migración hacia el Pacífico Norte y el Golfo de Alaska Photo: T. Stenton •California y Baja j California Distribución Colonia # individuos Point Reyes e Islas Farallón 2,000 S. Allen (Pt. Reyes Bird Observatory, 2000) Año Nuevo 6,000 R. Condit (2005, in prep.) Piedras Blancas 15,000 http://sanctuarysimon.org (NOAA, 2008) Isla San Miguél 21,886 M. Lowry (National Oceanographic Atmospheric Association, 2000) Isla Santa Rosa 2,682 M. Lowry (National Oceanographic Atmospheric Association, 2000) I l S Ni lá Isla San Nicolás 18 023 18,023 M L M. Lowry (National Oceanographic Atmospheric Association, 2000) (N ti lO hi At h i A i ti 2000) Islas Croronados n/a Referencia Isla Guadalupe 14,965 J.P. Gallo‐Reynoso (Los pinnípedos de Isla Guadalupe, 2003) Islas San Benito y Cedros 4,000 Com. Pers. Historia • Cacería comercial para obtención de grasa •Cuello de botella extremo Crecimiento poblacional •Crecimiento poblacional exponencial •Actualmente alrededor de 200 200,000 000 individuos Censos de Townsend 1912, Huey 1927, Bartholomew & Boolootian 1960, Stewart et al. 1994, Marine Mammal Center 2005. Variabilidad genética Acinonyx jubatus Enhydra lutris Muchas especies de mamíferos han sufrido cuellos Monachus schauinsland de botella extremos Monachus monachus Antecedentes Trabajos previos: Bonnell and Selander,, 1974 Hoelzel et al, 1993 Garza, 1998 Weber et al, 2000 Hoelzel et al, 2002 Alozimas – No variación mtDNA – 2 haplotipos MHC – ambiguo Abadía, 2005 Microsatelites: Marcadores neutrales. Secuencias simples repetidas en tandem. Mutaciones por “slipped-strand mispairing”. Motivación • Los microsatélites son muy y útiles p porque q son altamente polimórficos, tienen una gran resolución y son muy informativos. • El elefante f marino del norte tiene una historia demográfica muy particular, que hace a esta especie un excelente sujeto j de estudio para p contestar preguntas p g sobre evolución molecular. Objetivos 1. Evaluar el efecto del cuello de botella demográfico en la variabilidad genética de la especie utilizando un gran número de marcadores microsatelitales y compararlo con otros pinnípedos. 2 Evaluar si existen diferencias significativas entre colonias de 2. elefantes marinos a lo largo de toda su distribución. 3 Evaluar si algo del polimorfismo observado sobrevivió al cuello de 3. botella utilizando las secuencias de estos marcadores. 4 Estimar 4. E ti la l tasa t de d mutación t ió de d los l microsatélites i télit en ell elefante l f t marino del norte utilizando métodos clásicos para bacterias. Área de estudio n= 269 Marine Mammal Center n= 96 Piedras Blancas Isla San Miguél Isla San Nicolás n= 105 n USA n= 82 Mexico Isla Guadalupe n= 173 n= 112 Islas San Benito y Cedros N Total = 837 individuos Análisis de datos 21 loci microsatelitales polimórficos Variabilidad genética: • Heterocigocidad (H) • Prueba de exactitud para desviaciones del equilibrio Hardy-Weinberg (HW) • Prueba de diferenciación de poblaciones (Raymond & Rousset, 1995) poblacional ((FST) • Análisis de estructura p Programas: g •GenePop •Genetix Análisis de datos Evolución molecular: 1. SecuenciasObtuvimos las secuencias de todos los alelos de los loci variables para determinar dete a s si estos sobrevivieron sob e e o al a cuello cue o de botella bote a o su surgieron g e o después por po mutación. 2. Tasa de mutación (µ)a) Método de Luria/Delbruck: para calcular la tasa de ocurrencia de eventos raros en una población en crecimiento exponencial. Método P0 de Luria and Delbruck (1943): π = 1-e-gµ π = (proporción de los cromosomas que tienen la nueva mutación; menos de 5%) g = (número de generaciones desde el cuello de botella) Resultados-- Variabidad genética Resultados 21 loci microsatelitales polimórficos, con 2 a 7 alelos presentes y un promédio de 3.09 alelos por locus. n No. loci polimorficos* No loci/ n Promedio de alelos por locus Elefante marino del norte1 837 21 0.025 3.09 Foca monje del Mediterráneo3 98 15 0.153 2.32 Foca monje de Hawaii2 5 3 06 0.6 2 66 2.66 Elefante marino del sur2 6 17 2.833 3.65 Foca gris2 48 18 0.375 5.11 Foca de puerto2 48 15 0.312 5.93 Especies estudio; 2Gemmell et al, 1997; 3Pastor et al, 2007; *Solo loci polimórficos 1Este Resultados-- Variabidad genética Resultados Colonias n HE HO Allelos por locus Marine Mammal Center MMC 269 0.3885 0.3466 2.64 Isla San Miguél SMI 105 0.3756 0.3529 2.41 Isla San Nicolás SNI 82 0.3756 0.3486 2.50 Piedras Blancas PB 96 0.3837 0.3506 2.55 Isla Guadalupe IG 173 0.3898 0.3487 2.45 Islas San Benito y Cedros SBC 112 0 3963 0.3963 0 3588 0.3588 2 64 2.64 837 0.3869 0.3505 3.09 Total/Promedio Resultados-- Variabidad genética Resultados El estimador FST y la prueba de diferenciación no mostraron valores significativos g de p FST PB SMI SNI IG SBC MMC -0.00034 0 00034 0 00224 0.00224 0 00343 0.00343 -0.00024 0 00024 -0.00025 0 00025 To do Genetic differentiation among 0.00107 0.00496 -0.00024 -0.00086 pairwise populations using SMI microsatellite data (FST0.00281 0) 00281 0.00282 0 00282 0.00269 0 00269 PB SNI IG 0.00127 0.00210 -0.00119 0.00119 No se encontró estructura poblacional Resultados-- Evolución molecular Resultados Análisis de secuencias Secuencias de tres alelos del microsatélite PVC74 209BP 215BP 221BP #1 209BP 215BP 221BP #81 209BP 215BP 221BP #161 CCATCTGTGTCCTCTGATATCTGTGTTTTAAGGTTTTATATATATATATATATATATATATATATATATATATATACACA CCATCTGTGTCCTCTGATATCTGTGTTTTAAGGTTTTATATATATATATATATATATATATATATATATA::::::CACA CCATCTGTGTCCTCTGATATCTGTGTTTTAAGGTTTTATATATATATATATATATATATATATATATATATATATACACA ................................................................................ ****** CATACACACACATATACACACACATATATACACACACACACACACACACACA::::::::::TATATATATATATA::CA CATACACACACATATACACACACATATATACACACACACAAACACACACACACACACACACATATATATATATATATACA CATACACACACATATACACACACATATATACACACACACACACACACACACACACACACACATATATATATATATATACA ................................................................................ * ********** ** CACACACACACATATATATAT::AACCCTGAAATATCCTAATATCTCAGACATGGAATATCAG CACACACAC::ATATATATATATAACCCTGAAATATCCTAATATCTCAGACATGGAATATCAG CACACACAC::ATATATATATATAACCCTGAAATATCCTAATATCTCAGACATGGAATATCAG ............................................................... ** ** 23 variable sites Resultados-- Evolución molecular Resultados Tasa de mutación Mét d P0 de Método d L Luria i yD Delbruck lb k (1943) (1943)π = 1-e-gµ π = 0.003 g = 12.75 µ = 2.26 x 10-4/locus/generación Tasa de mutación (µ) Referencia Elefante marino del norte 2.26 x 10-4 Este estudio Humano 5.6 x 10-4 Weber & Wong, 1995 Humano 3 x 10-3 - 6 x 10-4 Ellegren, 2000 Puerco 6 x 10-5 Ellegren, 1995 Borrego 1.1 x 10-4 Crawford and Cuthbertson, 1996 R tó Ratón 10-22 - 10-44 D ll Dallas, 1992 Especies Conclusiones 1. Algo de la variabilidad genética sobrevivió al cuello de botella, pero esta variabilidad es muy baja comparada con otros pinnípedos. 2. No se encontró estructura p poblacional a lo largo g de la distribución de la especie. 3 Utilizando las secuencias de los alelos pudimos identificar 3. mutaciones ocurridas después del cuello de botella. 4. La tasa de mutación de los microsatélites se encontró en el rango de otros mamíferos. En esta especie el valor fue µ=2.26x104/locus/generation. Conclusiones Agradecimientos Frances GullandGulland- MMC Brian HatfieldHatfield- USGS Brent StewartStewart- HSWRI Dan CrockerCrocker- SSU Nelson FreimerFreimer- UCLA Yolanda SchrammSchramm- UABC Horacio de la CuevaCueva- CICESE Rodrigo BeasBeas- UCSC Guadalupe Espinoza Concepción García García-- CICESE Sociedad Cooperati Cooperativa a de PP PP-- Isla de Cedros Sociedad Cooperativa de I. Guadalupe Molecular ecology teamteam- NOAA/NMFS Santa Cruz ¿PREGUNTAS???
