Filogeografia e evolução molecular de lagostas sapateiras (Scyllarides spp.) da América do Sul

Nos últimos anos, duas espécies de lagostas sapateiras, Scyllarides brasiliensis e S. deceptor, vêm se destacando nos desembarques pesqueiros de lagostas do Atlântico Sul Ocidental. Para espécies comercialmente importantes, o desenvolvimento de estudos que permitam conhecer a variabilidade e entender a dinâmica populacional é fundamental. Assim, o objetivo do primeiro capítulo desta tese foi avaliar a diversidade genética e a estrutura populacional dessas duas lagostas ao longo de aprox. 2.800 km da costa da América do Sul. Para as análises, foram empregados marcadores mitocondriais (citocromo oxidase I: COI; e a região controle: RC) e marcadores nucleares (13 loci de microssatélites desenvolvidos nesta tese). As duas espécies apresentaram altos níveis de variabilidade (S. deceptor: N = 200, mtDNA: h > 0,841, π > 0,005; microssatélites: He = 0,685; S. brasiliensis: N = 211, He = 0,554), distribuídos homogeneamente entre as localidades (S. deceptor: ΦST < -0,004, ΦCT < 0,016, FST global = 0,001, Dest global = 0,003, FCT < 0,002, P > 0,05, K = 1; S. brasiliensis: FST global = 0,004, Dest global = 0,001, FCT < 0,004, P > 0,05, K = 1). A ausência de estruturação nas duas espécies pode estar relacionada a características biológicas que promovem a conectividade entre localidades geograficamente distantes, como alta fecundidade e alto potencial de dispersão das larvas planctônicas. Além disso, os dados mitocondriais sugerem que a história demográfica de S. deceptor foi marcada por eventos de expansão populacionais e geográficos possivelmente relacionados às condições ambientais favoráveis dos episódios interglaciais do Pleistoceno Médio-Tardio. Diversos estudos têm mostrado que os fenômenos de inserção de regiões mitocondriais no DNA nuclear (NuMts) e heteroplasmia limitam a correta amplificação e identificação dos marcadores mitocondriais. Em estudos filogenéticos e de genética de populações, a presença inadvertida de sequências de diversas origens viola o principio de ortologia, o que pode resultar em inferências evolutivas erradas. Assim, o objetivo do segundo capítulo desta tese foi identificar e caracterizar os possíveis NuMts e sequências heteroplásmicas de três regiões mitocondriais (COI, RC e o gene da subunidade maior do RNA ribossomal: 16S) em quatro espécies do gênero Scyllarides (S. aequinoctialis, S. brasiliensis, S. deceptor e S. delfosi). A clonagem e sequenciamento de extratos de DNA genômico e DNA enriquecido com mtDNA revelaram que os genomas destas espécies podem exibir NuMts (que divergem entre 0,6 e 17,6% do mtDNA) e heteroplasmia (que divergem < 0,2% do mtDNA prevalente). Os NuMts surgiram possivelmente de vários eventos independentes de integração ao núcleo ao longo da história evolutiva do gênero Scyllarides. Dependendo do seu grau de similaridade com o mtDNA, a presença de NuMts nas análises filogenéticas no nível de gênero pode causar superestimativa do número de espécies e alterações nos comprimentos dos ramos e nas relações filogenéticas entre espécies.

In the last years, two slipper lobsters, Scyllarides brasiliensis e S. deceptor, have become important contributors to in the lobster fisheries landings in the south-west Atlantic. Management strategies for fisheries species require understanding their connectivity and population dynamics. Thus, the aim of the first chapter of this thesis was to estimate the genetic diversity and population structure of those two lobster species along over 2800 km of the South American coast. For that, we used mitochondrial (cytochrome c oxidase I: COI; and the control region: RC) and nuclear markers (13 microsatellites loci developed in this thesis). Both species presented high levels of genetic variability (S. deceptor: N = 200, mtDNA: h > 0,841, π > 0,005; microsatellites: He = 0,685; S. brasiliensis: N = 211, He = 0,554) homogeneously distributed across localities (S. deceptor: ΦST < -0,004, ΦCT < 0,016, overall FST = 0,001, overall Dest = 0,003, FCT < 0,002, P > 0,05, K = 1; S. brasiliensis: overall FST = 0,004, overall Dest = 0,001, FCT < 0,004, P > 0,05, K = 1). The lack of population genetic structure in both species could be explained on the basis of biological traits, such as high fecundity and high dispersal potential of planktonic larvae, which promote high levels of connectivity between geographically distant populations. Moreover, the mitochondrial data indicate that the demographic history of S. deceptor was marked by population and geographical expansions, likely related to the suitable environmental conditions of interglacial periods during the late and middle Pleistocene. Several studies have shown that the presence of nuclear mitochondrial sequences (NuMts) and heteroplasmy limit the correct identification and amplification of mitochondrial markers. In phylogenetic and population studies, the inadverted presence of sequences from diverse origins violates the principle of orthology and can result in wrong evolutionary inferences. Thus, the aim of the second chapter of this thesis was to identify and characterize the NuMts and heteroplasmic sequences of three mitochondrial regions (COI, CR and the gene of the large ribosomal subunit: 16S) in four species of the genus Scyllarides (S. aequinoctialis, S. brasiliensis, S. deceptor e S. delfosi). Cloning and sequencing of genomic DNA and of enriched mtDNA extracts revealed that the genomes of these species may exhibit both NuMts (diverging by 0.6 and 17.6 % from mtDNA) and heteroplasmy (diverging by less than 0.2% from mtDNA prevalent). The NuMts possibly emerged from multiple independent integration events to the nucleus along the evolutionary history of the genus Scyllarides. Depending on their degree of similarity with the mtDNA, the presence of NuMts in phylogenetic analyses at genus level can cause overestimation of the number of species and affect the branch lengths and phylogenetic inferences among species.