Genetic diversity of Atlantic salmon (Salmo salar) and European whitefish (Coregonus lavaretus) in the Baltic Sea

We described the patterns and extent of microsatellite DNA variation in historical and present-day Atlantic salmon (Salmo salar L.) stocks in the Baltic Sea and neighbouring areas, and in European whitefish (Coregonus lavaretus) ecotypes, populations and run-timing types in Finland. Moreover, the amount and pattern of genetic diversity in historical salmon populations before human impact were described, and the proportion of diversity maintained in the present hatchery stocks evaluated. Salmon populations in the Baltic Sea were, on average, significantly less variable than eastern Atlantic populations, and the diversity of landlocked populations (Lakes Vänern, Saimaa, Onega and Ladoga) was in turn significantly lower than that of anadromous salmon populations in the Baltic Sea populations. Within the Baltic Sea, the anadromous populations of Atlantic salmon formed three clear groups, corresponding to the northern (Gulf of Bothnia), eastern (Gulf of Finland and eastern Baltic Main Basin) and southern (western Baltic Main Basin) regions. Based on microsatellite data, three salmon population groups in the Baltic Sea were considered potentially different colonization lineages. In short- and long-term breeding programmes of Atlantic salmon, the average observed rate of loss of alleles was 4.9% and 2.0% per generation and the average rate of loss of heterozygosity was 1.4% and 1% per generation, respectively. When comparing the genetic parameters of stocks before and after hatchery breeding of several successive generations (Rivers Iijoki and Oulujoki), statistically significant changes in allele frequencies were common, while large wild stock in the Teno River has remained temporally very stable over 56 years. Despite the observed losses of genetic diversity in broodstock breeding, a large proportion of the genetic resources of the extirpated stocks are still conserved in the broodstocks. Genetic differentiation among European whitefish ecotypes was generally low, thus giving support to the hypothesis of one native European whitefish species in Fennoscandia. Among the ecotypes, the northern, large sparsely rakered, bottom-dwelling whitefish was the most unique. The known genetic differences in quantitative traits have thus either developed independently of potential phylogenetic lineages, or the lineages have mixed and the quantitative traits of the ecotypes, like gill-raker number, have later changed according to environment and selection pressures. Overall, genetic distances between the anadromous whitefish populations along the Finnish coast, especially in the Bothnian Bay area, were small. Wild whitefish populations studied had slightly higher allelic diversity than hatchery-reared populations in corresponding rivers.

Tutkimuksessa kuvattiin Itämeren alueella olevien historiallisten ja nykyisten lohikantojen (Salmo salar L.) sekä eri siikakantojen (Coregonus lavaretus) ja siikamuotojen geneettistä muuntelua DNA tason mikrosatelliittimerkkien avulla. Lisäksi pyrittiin arvioimaan ihmisen toiminnan vaikutusta lohi- ja siikakantoihin. Verrattuna Atlantin itärannikon kantoihin Itämeren alueen lohikannoissa havaittiin keskimäärin hieman vähemmän geneettistä muuntelua. Itämeren alueella olevat järvilohikannat (Vänern, Saimaa, Ääninen ja Laatokka) olivat puolestaan merkitsevästi vähemmän muuntelevia kuin alueen merilohikannat. Lohikantojen geneettinen rakenne oli hierarkkinen. Perinnöllisten erojen perusteella Itämeren alueen lohikannat ryhmittyivät kolmeen ryhmään: pohjoiseen (Pohjanlahden alueen kannat), itäiseen (Suomenlahden kannat ja itäisen pääaltaan kannat) ja eteläiseen (läntiset pääaltaan kannat) ryhmään. Tämän jako kuvastaa mahdollisesti kehityslinjaeroja ajalta, jolloin lohi on asuttanut Itämeren alueen jokia viimeisen jääkauden jälkeen. Kun verrattiin useitten sukupolvien ajan laitoskasvatuksen kohteena olleita lohikantoja (Iijoki ja Oulujoki) samoista joista peräisin oleviin historiallisiin näytteisiin alkuperäisistä villeistä kaloista, havaittiin että alleelifrekvenssit olivat muuttuneet laitoskasvatetuissa kannoissa, ja geenimuotoja oli hävinnyt. Vastaavana ajanjaksona Tenojoen suuressa villissä luonnonkannassa ei ollut tapahtunut juurikaan muutoksia. Vaikka todettiinkin että geneettinen monimuotoisuus oli laitoskasvatuksessa hieman vähentynyt, on laitoskasvatuksen avulla silti onnistuttu säilyttämään suuri osa menetettyjen historiallisten lohikantojen monimuotoisuudesta. Tutkittujen eri siikamuotojen välinen geneettinen erilaistuminen oli vähäistä. Tämä havainto tukee teoriaa siitä että Fennoskandian alueen siiat kuuluvat samaan lajiin. Eri siikamuodoista kaikkein omaleimaisin oli pohjasiika (C.l.fera). Siikamuotojen väliset erot kvantitatiivisissa ominaisuuksissa, kuten siivilähampaitten määrässä, ovat siten joko kehittyneet riippumatta mahdollisesta kehityslinjasta, tai sitten eri linjat ovat sekoittuneet ajan kuluessa, ja erot ovat syntyneet myöhemmin elinympäristön ja erilaisten valintapaineiden vuoksi. Suomen rannikon siikakantojen väliset geneettiset erot olivat hyvin pieniä, erityisesti Pohjanlahden alueella. Kun verrattiin villejä ja laitoskasvatettuja kantoja toisiinsa, havaittiin että villit kannat olivat geneettisesti hieman monimuotoisempia kuin vastaavien jokien laitoskasvatetut kannat.