Genetic diversity and population structure of the sea lamprey (Petromyzon marinus L.) across its distributional range

Lampreys are a group of ancient vertebrates with 360 million years of existence. Throughout their evolution, they have acquired local adaptations to the colonized habitats, showing high plasticity and adaptive capacities. The sea lamprey (Petromyzon marinus L.) is a parasitic and anadromous species that occurs in both sides of the North Atlantic. The aims of this study were to analyse, using microsatellite markers, the genetic diversity and population structure of sea lamprey throughout its distributional range. Analyses demonstrated consistent signs of high population differentiation between European and North American samples (two-groups structure), most probably due to isolation by distance, but low differentiation among populations from the same coast. The apparent lack of homing in this species is in line with its high evolutive success, as homing may bring adults back to natal habitats that have changed, or that are intermittently unfavourable. Analyses also demonstrated higher levels of genetic diversity in North American samples; DIVERSIDADE GENÉTICA E ESTRUTURA POPULACIONAL DA LAMPREIA-MARINHA (PETROMYZON MARINUS L.) AO LONGO DA SUA ÁREA DE DISTRIBUIÇÃO Resumo: As lampreias são organismos ancestrais com cerca de 360 milhões de anos de existência. No decorrer da longa escala evolutiva têm vindo a adquirir adaptações aos locais que colonizaram, tendo uma forte capacidade evolutiva e adaptativa. A lampreia-marinha (Petromyzon marinus L.) é uma espécie parasita e anádroma que ocorre em ambas as costas do Atlântico Norte. Este estudo teve como principal objetivo estudar a diversidade genética e a estrutura populacional desta espécie ao longo da sua área de distribuição, através do uso de microssatélites. Os resultados demonstraram forte divergência entre populações das costas Este e Oeste do Atlântico Norte, provavelmente devido à elevada distância entre populações, mas pouca diferenciação entre populações da mesma costa. A ausência de homing nesta espécie terá contribuído para o seu sucesso evolutivo, uma vez que o homing pode levar indivíduos a reproduzirem-se em habitats que se tornaram desfavoráveis ou intermitentemente inapropriados. Os resultados demonstraram também uma maior variabilidade genética nas populações americanas.

Genetic diversity of entomopathogenic nematodes (Nematoda: Steinernematidae and Heterorhabditidae) and the nematode Bursaphelenchus xylophilus (Nematoda: Aphelenchoididae) from continental Portugal

“Diversidade genética dos nemátodes entomopatogénicos (Nematoda: Steinernematidae e Heterorhabditidae) e do nemátode Bursaphelenchus xylophilus (Nematoda: Aphelenchoididade) em Portugal continental” Os nematodes entomopatogénicos são utilizados como agentes de controlo biológico. Para compreender a sua diversidade, foi realizada uma prospecção em Portugal. Cinco espécies, nomeadamente Steinernema feltiae, S. intermedium, S. kraussei, Steinernema sp. e Heterorhabditis bacteriophora foram identificadas. As sequências de ITS, região D2D3 do 28S rRNA, COXI e cytb foram utilizadas para estudar a diversidade genética das duas espécies mais abundantes, S. feltiae and H. bacteriophora, não tendo sido encontradas diferenças significativas entre isolados. O nemátode da madeira do pinheiro, Bursaphelenchus xylophilus, provoca doença nos pinheiros tendo sido detectada pela primeira vez na Europa e em Portugal em 1999. Para avaliar a diversidade genética dos isolados Portugueses e identificar o padrão de propagação da doença, foram utilizadas a sequência da região IGS do 5.8S rRNA, e os genes cytb e cellulase, combinados com os padrões ISSR. Os padrões de ISSR mostraram elevada diversidade genética entre os recentes isolados Portugueses, sugerindo a possibilidade de uma nova introdução. As árvores filogenéticas dos genes da celulase e cytb sugeriram uma origem Asiática para os isolados Portugueses; ABSTRACT: Entomopathogenic nematodes are used as biocontrol agents. To understand their diversity, a survey was undertaken in Portugal. Five species, namely Steinernema feltiae, S. intermedium, S. kraussei, Steinernema sp. and Heterorhabditis bacteriophora were identified. The ITS, 28S rRNA D2D3 region, COXI and cytb sequences, used to study the genetic diversity of the two most abundant species, S. feltiae and H. bacteriophora, showed no significant differences among the isolates. Bursaphelenchus xylophilus causes severe disease in pine trees and was detected for the first time in Europe and in Portugal in 1999. To evaluate the genetic diversity of Portuguese isolates and identify disease spread pathways, the sequence of 5.8S rRNA IGS region, cytb and cellulase genes, combined with ISSR fingerprints were used. ISSR fingerprints show a high genetic variability among recent Portuguese isolates, suggesting the possibility of a new introduction. Phylogenetic trees based on cellulase and cytb genes suggests an Asian origin for Portuguese isolates.

Assessment of the genetic diversity of the pinewood nematode, Bursaphelenchus xylophilus, in Portugal

O nemátode da madeira do pinheiro (NMP), Bursaphelenchus xylophiius, tem uma extensa distribuição na América do Norte, e encontra-se atualmente distribuído ao longo da maioria dos territórios de Canadá e dos Estados Unidos. Durante o último século, esta espécie foi transportada pelo Homem para outras regiões do mundo (não-nativas), associadas com o comércio e o fluxo global de produtos de origem florestal. Atualmente, esta espécie invasiva está reportada para algumas regiões do SE asiático (China, Japão, Coreia e Taiwan) e mais recentemente para a Europa (Portugal). Devido ao impacto que este organismo agente da doença da murchidão dos pinheiros causa nas florestas nativas destas regiões esta espécie assume uma elevada importância económica a nível mundial Em Portugal, a distribuição do NMP encontra-se confinada a uma área restrita e limitada (500 000 ha), a sul de Lisboa (península de Setúbal); contudo, constitui uma das maiores ameaças às florestas de pinheiro do país e da UE. Ate recentemente, nenhum consenso existia quanto à origem do NMP em Portugal. Diversas hipóteses têm sido colocadas para explicar esta introdução, nomeadamente a partir de zonas onde o nematode ocorre naturalmente (América do Norte), ou de outras áreas (não-nativas) onde o nematode se comporta como uma espécie invasiva (Leste da Ásia). A fim de avaliar a variabilidade genética do NMP proveniente da área afetada em Portugal, foram utilizadas várias técnicas moleculares, designadamente o random amplified polymorphic DNA (RAPD-PCR) e o satellite DNA (satDNA). No caso do RAPD-PCR, foram utilizados 24 isolados do NMP provenientes de Portugal, 1 proveniente da América do Norte e 1 da Ásia, tendo sido utilizado como out-group um isolado de B. mucronatus. A partir dos 28 RAPD primers utilizados obtiveram-se 640 fragmentos. No caso do satDNA, foram utilizados 21 isolados do NMP provenientes de Portugal, obtendo-se no total 206 sequências da família MspI. Ambos os métodos revelaram uma elevada similaridade genética entre os vários isolados do NMP da área afetada em Portugal O nível reduzido de diversidade genética obtido entre os isolados portugueses do NMP, permite concluir que se trata de uma única introdução deste organismo em Portugal, e proveniente de uma região asiática. A inexistência de uma de correlação entre a variabilidade genética e a distribuição geográfica do NMP dentro da área afetada em Portugal, indica que o NMP se encontra distribuído de forma uniforme ao longo de toda a área afetada, provavelmente relacionado com a distribuição e a expansão natural do inseto vector. The pinewood nematode (PWN), Bursaphelenchus xylophilus, has a wide distribution in North America, and is present throughout most of the territories of Canada and the United Stata. During the last century, this species has been transported by man to several non-native regions of the world, associated with trade and the global flow of forest products. Up to date, this invasive species has been reported from Asia (PR China, Japan, Korea and Taiwan) and more recently in Europe (Portugal). Due to the impact on native pine forests of these regions, this nematode species, the causal agent of pine wilt disease, is of great economic importance worldwide. In Portugal, the distribution of the PWN has been constrained to a relatively small area (500 000 ha) in the south of Lisbon (Setúbal Peninsula); however, it has become the most serious threat to pine forests in the country. Until recently, no consensus had emerged on the possible pathway of the PWN introduction in Portugal. Several hypotheses have been put forward to explain this introduction, such as an origin from endemic areas where the nematode naturally occurs (North America), or non-endemic areas where the nematode behaves as an exotic pest (East Asia). Random amplified polymorphic DNA (RAPD-PCR) and satellite DNA (satDNA) techniques were used in order to assess the level of genetic variability and genetic relationships, among several isolates of the PWN, representative of the entire affected area in Portugal. In the case of RAPD-PCR, 24 Portuguese isolates, plus two additional isolates of B. xylophilus, representing North America and East Asia were included. B. mucronatus was used as an out-group. Twenty-eight random primers generated a total of 640 DNA fragments. With satDNA, 206 Mspl sequence repeats were obtained from 21 Portuguese isolates of B. xylophilus. Both molecular methods revealed a high genetic similarity among the Portuguese isolates, and the low level of genetic diversity strongly suggests that they were dispersed recently from a single introduction, and from East Asia. The lack of apparent relationship between the genetic variability and the geographic distribution of the PWN within the affected area, suggests that the recent introduction of this pest (and pathogen) in Portugal has been uniformly distributed since its establishment, probably following the natural distribution and expansion of the insect vector.

European lampreys: new insights on postglacial colonization, gene flow and speciation.

Ice ages are known to be the most dominant palaeoclimatic feature occurring on Earth, producing severe climatic oscillations and consequently shaping the distribution and the population structure of several species. Lampreys constitute excellent models to study the colonization of freshwater systems, as they commonly appear in pairs of closely related species of anadromous versus freshwater resident adults, thus having the ability to colonize new habitats, through the anadromous species, and establish freshwater resident derivates. We used 10 microsatellite loci to investigate the spatial structure, patterns of gene flow and migration routes of Lampetra populations in Europe. We sampled 11 populations including the migratory L. fluviatilis and four resident species, L. planeri, L. alavariensis, L. auremensis and L. lusitanica, the last three endemic to the Iberian Peninsula. In this southern glacial refugium almost all sampled populations represent a distinct genetic cluster, showing high levels of allopatric differentiation, reflecting long periods of isolation. As result of their more recent common ancestor, populations from northern Europe are less divergent among them, they are represented by fewer genetic clusters, and there is evidence of strong recent gene flow among populations. These previously glaciated areas from northern Europe may have been colonized from lampreys expanding out of the Iberian refugia. The pair L. fluviatilis/L. planeri is apparently at different stages of speciation in different locations, showing evidences of high reproductive isolation in the southern refugium, and low differentiation in the north.

Genetic diversity of Bursaphelenchus cocophilus in South America

Molecular characterisation of Bursaphelenchus cocophilus, the causal agent of ‘red ring disease’, is imperative for efficient identification procedures in Brazil and Colombia, because quarantine species such as B. xylophilus and B. mucronatus are already listed in both countries. ITS-1/2 region and D2-D3 segment of LSU rDNA were used to characterise isolates of B. cocophilus obtained from coconut plantations in Brazil and Colombia. Results from ITS-1/2 and LSU rDNA regions showed that all isolates of B. cocophilus from Brazil and Colombia formed a monophyletic group. The LSU rDNA region indicated that all isolates formed a single monophyletic group with high Bayesian posterior probability (100%). This is the first study on ITS-1/2 for the characterisation of B. cocophilus populations. A species-specific primer was designed for identification of B. cocophilus.