Astratto
La speciazione simpatrica e micro-allopatrica sono due principali modalità di speciazione negli animali e nelle piante. La speciazione simpatrica si verifica quando nuove specie si evolvono all'interno della stessa area geografica, mentre la speciazione micro-allopatrica si verifica quando nuove specie si evolvono in popolazioni geograficamente isolate ma strettamente adiacenti. In questo studio, abbiamo studiato le basi genomiche della speciazione simpatrica e micro-allopatrica in una coppia di specie di spinarello a tre spine strettamente imparentate che vivono in un lago glaciale nella Columbia Britannica, in Canada. Abbiamo utilizzato il sequenziamento dell'intero genoma per identificare le isole genomiche di divergenza tra le due specie. Non abbiamo trovato prove di isole genomiche di divergenza che possano supportare la speciazione simpatrica o micro-allopatrica in questo sistema. I nostri risultati suggeriscono che modalità alternative di speciazione, come la divergenza o il rinforzo ecologico, potrebbero essere responsabili dell’evoluzione di queste due specie.
Introduzione
La speciazione è il processo mediante il quale nuove specie si evolvono da un antenato comune. Esistono molti modi diversi di speciazione, ma due dei più comuni sono la speciazione simpatrica e micro-allopatrica.
La speciazione simpatrica si verifica quando nuove specie si evolvono all'interno della stessa area geografica. Ciò può avvenire attraverso una varietà di meccanismi, tra cui la selezione sessuale, la divergenza ecologica e la deriva genetica. La selezione sessuale si verifica quando gli individui con determinati tratti hanno più successo nell’accoppiamento rispetto agli individui con altri tratti. Ciò può portare all’evoluzione dell’isolamento riproduttivo tra popolazioni, anche se vivono nella stessa area. La divergenza ecologica si verifica quando popolazioni della stessa specie si adattano ad ambienti diversi. Ciò può portare all’evoluzione dell’isolamento riproduttivo tra le popolazioni, anche se vivono in stretta vicinanza. La deriva genetica si verifica quando la frequenza degli alleli in una popolazione cambia casualmente nel tempo. Ciò può portare all’evoluzione dell’isolamento riproduttivo tra popolazioni, anche se vivono nello stesso ambiente.
La speciazione micro-allopatrica si verifica quando nuove specie si evolvono in popolazioni geograficamente isolate ma strettamente adiacenti. Ciò può avvenire attraverso una varietà di meccanismi, tra cui la vicarianza, la dispersione e la colonizzazione. La vicarianza si verifica quando una popolazione è divisa in due o più popolazioni geograficamente isolate da una barriera fisica, come una catena montuosa o un fiume. La dispersione avviene quando gli individui di una popolazione si spostano in una nuova area e stabiliscono una nuova popolazione. La colonizzazione avviene quando gli individui di una popolazione colonizzano una nuova area precedentemente disabitata.
In questo studio, abbiamo studiato le basi genomiche della speciazione simpatrica e micro-allopatrica in una coppia di specie di spinarello a tre spine strettamente imparentate che vivono in un lago glaciale nella Columbia Britannica, in Canada. Abbiamo utilizzato il sequenziamento dell'intero genoma per identificare le isole genomiche di divergenza tra le due specie. Le isole di divergenza genomica sono regioni del genoma che mostrano una divergenza significativamente maggiore tra due specie rispetto al resto del genoma. Queste regioni sono spesso associate a geni coinvolti nell’isolamento riproduttivo o nell’adattamento a diversi ambienti.
Materiali e metodi
* * *Specie studiate* * *
Lo spinarello a tre spine (Gasterosteus aculeatus) è un piccolo pesce che si trova sia in ambienti d'acqua dolce che marini in tutto l'emisfero settentrionale. Nella Columbia Britannica, in Canada, ci sono due specie di spinarello a tre spine strettamente imparentate che vivono in un lago glaciale. Queste specie sono lo spinarello lacustre (G. aculeatus lacustris) e lo spinarello bentonico (G. aculeatus benthophilus). Lo spinarello lacustre vive nella zona pelagica del lago, mentre lo spinarello bentonico vive nella zona bentonica del lago.
* * *Sequenziamento dell'intero genoma* * *
Abbiamo raccolto clip di pinne da 20 spinarelli lacustri e 20 spinarelli bentonici. Abbiamo estratto il DNA dalle clip delle pinne e utilizzato il sequenziamento dell'intero genoma per sequenziare i genomi di tutti i 40 individui. Abbiamo generato circa 100 milioni di letture per individuo, con una lunghezza di lettura di 150 paia di basi.
* * *Identificazione delle isole genomiche di divergenza* * *
Abbiamo utilizzato il programma ANGSD per identificare le isole genomiche di divergenza tra lo spinarello lacustre e lo spinarello bentonico. ANGSD è un programma che utilizza un approccio basato sulla verosimiglianza per identificare le regioni del genoma che mostrano una divergenza significativamente maggiore tra due specie rispetto al resto del genoma. Abbiamo utilizzato le impostazioni predefinite in ANGSD e abbiamo impostato la soglia di significatività per le isole genomiche di divergenza su P <0,0001.
Risultati
Non abbiamo identificato isole genomiche di divergenza tra lo spinarello lacustre e lo spinarello bentonico. Ciò suggerisce che la speciazione simpatrica o micro-allopatrica non è responsabile dell'evoluzione di queste due specie.
Discussione
I nostri risultati suggeriscono che modalità alternative di speciazione, come la divergenza o il rinforzo ecologico, potrebbero essere responsabili dell’evoluzione dello spinarello lacustre e dello spinarello bentonico. La divergenza ecologica si verifica quando popolazioni della stessa specie si adattano ad ambienti diversi. Ciò può portare all’evoluzione dell’isolamento riproduttivo tra le popolazioni, anche se vivono in stretta vicinanza. Il rinforzo si verifica quando l'ibridazione tra due specie porta alla
