Diferenciação genética do golfinho-de-dentes-rugosos, Steno bredanensis (Cuvier in Lesson, 1828) (Cetartiodactyla: Delphinidae): taxonomia molecular e estrutura populacional

O gênero Steno pertence à Ordem Cetartiodactyla, Família Delphinidae, e compreende apenas uma espécie: o golfinho-de-dentes-rugosos, Steno bredanensis. O golfinho-de-dentes-rugosos é encontrado nos Oceanos Atlântico, Pacífico e Índico, em águas profundas tropicais, subtropicais e temperadas quentes. Entretanto, em algumas localidades como as regiões Sudeste e Sul do Brasil, esta espécie é conhecida por apresentar hábitos costeiros, o que a torna suscetível a ameaças antropogênicas como a degradação do hábitat, as capturas acidentais e diversos tipos de poluição. Conhecer a magnitude destes impactos e o grau de diferenciação genética das populações usando marcadores moleculares são aspectos importantes para a conservação da espécie. Os marcadores moleculares são segmentos específicos de DNA que podem ou não fazer parte de um gene e que apresentam grau de polimorfismo adequado para responder questões sobre as relações genéticas de indivíduos, populações ou diferentes espécies. O DNA mitocondrial é um dos marcadores moleculares mais utilizados em estudos sobre estrutura populacional, sistemática e filogenia de cetáceos. Estudos genéticos têm mostrado que várias espécies de delfinídeos apresentam estrutura populacional genética, entre e dentro das bacias oceânicas. No presente estudo foi investigada a diferenciação genética do golfinho-de-dentes-rugosos usando sequências da região controle mitocondrial de várias localidades em todo o mundo (Oceano Pacífico Centro-Sul: N=59; Pacífico Tropical Leste: N= 4; Pacífico Noroeste: N=1; Oceano Índico: N=1; Atlântico - Caribe: N=3; Atlântico Sudoeste: N=44; N total = 112). Análises preliminares indicaram grande diferenciação genética entre os Oceanos Atlântico e Pacífico/Índico (distância p = 0,031), que foram posteriormente investigadas utilizando sequências do citocromo b e mitogenomas completos. As análises filogenéticas de Neighbor-Joining e Bayesianas não foram conclusivas sobre a existência de especiação críptica em Steno. No entanto, a grande diferenciação entre as bacias oceânicas merece uma análise mais aprofundada, utilizando outros marcadores genéticos (por ex., sequências nucleares) bem como dados morfológicos. Não obstante, as análises AMOVA e FST par-a-par revelaram forte diferenciação populacional, não só entre os oceanos Atlântico e Pacífico, mas também no Atlântico, onde foram detectadas três populações: Caribe, região Sudeste e região Sul do Brasil. As populações detectadas no Atlântico Sudoeste devem ser aceitas como Unidades de Manejo (Management Units, MU) e dados demográficos básicos precisam ser levantados para essas MU, a fim de possibilitar uma melhor avaliação dos impactos antrópicos sobre elas. Este estudo fornece a primeira perspectiva sobre a diferenciação genética mundial de S. bredanensis.

Análises genéticas de carcaças de atobá marrom, Sula leucogaster (Boddaert, 1783), da região centro-norte do Estado do Rio de Janeiro

A região da Bacia de Campos está exposta a diversas atividades antrópicas, que interferem diretamente no funcionamento do ecossistêmico marinho. O estudo da fauna marinha na costa centro-norte fluminense mostra grande relevância, diversas aves marinhas residem ou passam grande parte de seu período migratório ao longo da Bacia de Campos, entre elas está Sula leucogaster (Boddaert, 1783). Embora essas aves sejam altamente móveis, suas populações apresentam uma estrutura populacional genética robusta. Com o intuito de verificar a estruturação e as relações evolutivas da população de Sula leucogaster na Bacia de Campos foram recolhidas 91 amostras de encalhe e os dados gerados para esta região foram comparados com dados já publicados de outras bacias oceânicas. A partir da região controle do DNA mitocondrial foram gerados 26 haplótipos, todos exclusivos da Bacia de Campos, muitos raros e apenas oito possuíram frequência comum. As análises mostraram que a população da Bacia de Campos é um estoque genético de Sula leucogaster. Tal fato pode ser atribuído ao comportamento filopátrico e ao hábito costeiro dessa espécie que impede o fluxo gênico entre populações. Além disso, a população da Bacia de Campos detém baixa variabilidade genética e possivelmente está sofrendo efeito gargalo ou seleção purificadora, corroborados por valores do teste Fu, o que é comum para espécies que se dividem em subpopulações. Os dados filogenéticos demonstram um contato recente entre as populações da Bacia de Campos e da ilha de Ascensão. As condições oceanográficas também têm influência na estruturação de populações de Sula leucogaster, visto que a ausência de barreiras e a proximidade geográfica poderiam favorecer contato secundário com o Mar do Caribe, fato não evidenciado nas análises. Sendo assim, a divergência de populações nessa espécie e a baixa variabilidade genética são fatores preocupantes para a manutenção da população de atobás marrons em uma área de grande impacto ambiental

Atlantic-Mediterranean and within-Mediterranean molecular variation in Coris julis (L. 1758) (Teleostei, Labridae)

Sequence variation in the mitochondrial control region was studied in the Mediterranean rainbow wrasse (Coris julis), a species with pronounced pelagic larval phase inhabiting the Mediterranean Sea and the adjacent coastal eastern Atlantic Ocean. A total of 309 specimens from 19 sampling sites were analysed with the aim of elucidating patterns of molecular variation between the Atlantic and the Mediterranean as well as within the Mediterranean Sea. Phylogeographic analyses revealed a pronounced structuring into a Mediterranean and an Atlantic group. Samples from a site at the Moroccan Mediterranean coast in the Alboran Sea showed intermediate frequencies of “Mediterranean” and “Atlantic” haplotypes. We recognised a departure from molecular neutrality and a star-like genealogy for samples from the Mediterranean Sea, which we propose to have happened due to a recent demographic expansion. The results are discussed in the light of previous studies on molecular variation in fish species between the Atlantic and the Mediterranean and within the Mediterranean.

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.

The mitochondrial genome organization of the rice frog, Fejervarya limnocharis (Amphibia : Anura): a new gene order in the vertebrate mtDNA

The mitochondrial DNA of the rice frog, Fejervarya limnocharis (Amphibia, Anura), was obtained using long-and-accurate polymerase chain reaction (LA-PCR) combining with subcloning method. The complete nucleotide sequence (17,717 bp) of mitochondrial genome was determined subsequently. This mitochondrial genome is characterized by four distinctive features: the translocation of ND5 gene, a cluster of rearranged tRNA genes (tRNA(Thr), tRNA(Pro), tRNA(Leu) ((CUN))) a tandem duplication of tRNA(Mer) gene, and eight large 89-bp tandem repeats in the control region, as well as three short noncoding regions containing two repeated motifs existing in the gene cluster of ND5/tRNA(Thr)/tRNA(Pro)/tRNA(Leu)/tRNA(Phe). The tandem duplication of gene regions followed by deletions of supernumerary genes can be invoked to explain the shuffling of tRNAM(Met) and a cluster of tRNA and ND5 genes, as observed in this study. Both ND5 gene translocation and tandem duplication of tRNA(Met) were first observed in the vertebrate mitochondrial genomes. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

基于线粒体控制区的滇金丝猴群体遗传学研究

滇金丝猴(Rhinopithecus bieti)是我国著名的濒危保护动物.迄今为止,关于滇金丝猴并基于DNA序列的群体遗传学研究还没有报道.文章测定了来自于云南省维西县滇金丝猴群体样本的线粒体控制区全序列以及部分个体的细胞色素b全序列.在排除了核线粒体假基因存在的可能性之后,滇金丝猴维西群体内部被确认存在着两个序列分歧较大的分枝.即使如此,如果考虑到群体结构和迁移的影响,维西群体的遗传多样性水平可能并不高.

Pitfalls in the analysis of ancient human mtDNA

The retrieval of DNA from ancient human specimens is not always successful owing to DNA deterioration and contamination although it is vital to provide new insights into the genetic structure of ancient people and to reconstruct the past history. Normally, only short DNA fragments can be retrieved from the ancient specimens. How to identify the authenticity of DNA obtained and to uncover the information it contained are difficult. We employed the ancient mtDNAs reported from Central Asia (including Xinjiang, China) as an example to discern potentially extraneous DNA contamination based on the updated mtDNA phylogeny derived from mtDNA control region, coding region, as well as complete sequence information. Our results demonstrated that many mtDNAs reported are more or less problematic. Starting from a reliable mtDNA phylogeney and combining the available modern data into analysis, one can ascertain the authenticity of the ancient DNA, distinguish the potential errors in a data set, and efficiently decipher the meager information it harbored. The reappraisal of the mtDNAs with the age of more than 2000 years from Central Asia gave support to the suggestion of extensively (pre)historical gene admixture in this region.

Extraction, PCR amplification, and sequencing of mitochondrial DNA from scent mark and feces in the giant panda

To expand the feasibility of applying simple, efficient, non-invasive DNA preparation methods using samples that can be obtained from giant pandas living in the wild, we investigated the use of scent markings and fecal samples. Giant panda-specific oligonucleotide primers were used to amplify a portion of the mitochondrial DNA control region as well as a portion of the mitochondrial DNA cytochrome b gene and tRNA(Thr) gene region. A 196 base pair (bp) fragment in the control region and a 449 bp fragment in the cytochrome b gene and tRNA(Thr) gene were successfully amplified. Sequencing of polymerase chain reaction (PCR) products demonstrated that the two fragments are giant panda sequences. Furthermore, under simulated field conditions we found that DNA can be extracted from fecal samples aged as long as 3 months. Our results suggest that the scent mark and fecal samples are simple, efficient, and easily prepared DNA sources. (C) 1998 Wiley-Liss, Inc.

Genetic relationship of Chinese ethnic populations revealed by mtDNA sequence diversity

The origin and demographic history of the ethnic populations of China have not been clearly resolved. In this study, we examined the hypervariable segment I sequences (HVSI) of the mitochondrial DNA control region in 372 individuals from nine Chinese popu

Phylogeographic differentiation of mitochondrial DNA in Han Chinese

To characterize the mitochondrial DNA (mtDNA) variation in Han Chinese from several provinces of China, we have sequenced the two hypervariable segments of the control region and the segment spanning nucleotide positions 10171-10659 of the coding region,

Mitochondrial DNA variation, effective female population size and population history of the endangered Chinese sturgeon, Acipenser sinensis

The anadromous Chinese sturgeon (Acipenser sinensis), mainly endemic to the Yangtze River in China, is an endangered fish species. The natural population has declined since the Gezhouba Dam blocked its migratory route to the spawning grounds in 1981. In the near future, the completion of the Three Gorges Dam, the world's largest hydroelectric project, may further impact this species by altering the water flow of the Yangtze River. Little is currently known about the population genetic structure of the Chinese sturgeon. In this study, DNA sequence data were determined from the control region (D-loop) of the mitochondrial genome of adult sturgeons (n = 106) that were collected between 1995-2000. The molecular data were used to investigate genetic variation, effective female population size and population history of the Chinese sturgeon in the Yangtze River. Our results indicate that the reduction in abundance did not change genetic variation of the Chinese sturgeon, and that the population underwent an expansion in the past. AMOVA analysis indicated that 98.7% of the genetic variability occurred within each year's spawning populations, the year of collection had little influence on the diversity of annual temporary samples. The relative large effective female population size (N-ef) indicates that good potential exists for the recovery of this species in the future. Strikingly, the ratio of N-ef to the census female population size (N-f) is unusually high (0.77-0.93). This may be the result of a current bottleneck in the population of the Chinese sturgeon that is likely caused by human intervention.

Mitochondrial DNA sequence polymorphisms of five ethnic populations from northern China

To study the mitochondrial DNA (mtDNA) polymorphisms in a total of 232 individuals from five ethnic populations (Daur, n=45; Ewenki, n=47; Korean, n=48; Mongolian, n=48; Oroqen, n=44) in northern China, we analyzed the control region sequences and typed for a number of characteristic mutations in coding regions (especially the region 14576-16047), by direct sequencing or restriction-fragment-length-polymorphism (RFLP) analysis. With the exception of 14 individuals belonging to the European-specific haplogroups R2, H, J, and T, the mtDNAs considered could be assigned into the East Asian-specific haplogroups described recently. The polymorphisms in cytochrome b sequence were found to be very informative for defining or supporting the haplogroups status of East Asian mtDNAs in addition to the reported regions 10171-10659 and 14055-14590 in our previous study. The haplogroup distribution frequencies varied in the five ethnic populations, but in general they all harbored a large amount of north-prevalent haplogroups, such as D, G, C, and Z, and thus were in agreement with their ethnohistory of northern origin. The two populations (Ewenki and Oroqen) with small population census also show concordant features in their matrilineal genetic structures, with lower genetic diversities observed.

Mitochondrial diversity and phylogeographic structure of Chinese domestic goats

China has numerous native domestic goat breeds, but so far there has been no extensive study on genetic diversity, population demographic history, and origin of Chinese goats. Here, we examined the genetic diversity and phylogeographic structure of Chinese domestic goats by determining a 481-bp fragment of the first hypervariable region of mitochondrial DNA (mtDNA) control region from 368 individuals representing 18 indigenous breeds. Phylogenetic analyses revealed that there were four mtDNA lineages (A-D) identified in Chinese goats, in which lineage A was predominant, lineage B was moderate, and lineages C and D were at low frequency. These results further support the multiple maternal origins of domestic goats. The pattern of genetic variation in goat mtDNA sequences indicated that the two larger lineages A and B had undergone population expansion events. In a combined analysis of previously reported sequences and our sequences belonging to lineage B, we detected two subclades, in which one was unique to eastern Asia and another was shared between eastern and southern Asia. A larger genetic variation in eastern Asia than southern Asia and the pattern of phylogeographic variation in lineage B suggest that at least one subclade of lineage B originated from eastern Asia. There was no significant geographical structuring in Chinese goat populations, which suggested that there existed strong gene flow among goat populations caused by extensive transportation of goats in history. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Molecular phylogenetics and biogeography of Lepus in Eastern Asia based on mitochondrial DNA sequences

In spite of several classification attempts among taxa of the genus Lepus, phylogenetic relationships still remain poorly understood. Here, we present molecular genetic evidence that may resolve some of the current incongruities in the phylogeny of the leporids. The complete mitochondrial cytb, 12S genes, and parts of ND4 and control region fragments were sequenced to examine phylogenetic relationships among Chinese hare taxa and other leporids throughout the World using maximum parsimony, maximum likelihood, and Bayesian phylogenetic reconstruction approaches. Using reconstructed phylogenies, we observed that the Chinese hare is not a single monophyletic group as originally thought. Instead, the data infers that the genus Lepus is monophyletic with three unique species groups: North American, Eurasian, and African. Ancestral area analysis indicated that ancestral Lepus arose in North America and then dispersed into Eurasia via the Bering Land Bridge eventually extending to Africa. Brooks Parsimony analysis showed that dispersal events followed by subsequent speciation have occurred in other geographic areas as well and resulted in the rapid radiation and speciation of Lepus. A Bayesian relaxed molecular clock approach based on the continuous autocorrelation of evolutionary rates along branches estimated the divergence time between the three major groups within Lepus. The genus appears to have arisen approximately 10.76 MYA (+/- 0.86 MYA), with most speciation events occurring during the Pliocene epoch (5.65 +/- 1.15 MYA similar to 1.12 +/- 10.47 MYA). (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Origin, genetic diversity, and population structure of Chinese domestic sheep

To characterize the origin, genetic diversity, and phylogeographic structure of Chinese domestic sheep, we here analyzed a 531-bp fragment of mtDNA control region of 449 Chinese autochthonous sheep from 19 breeds/populations from 13 geographic regions, to