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.

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.

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.

Favourable areas for expansion and reintroduction of Iberian lynx accounting for distribution trends and genetic diversity of the European rabbit

Although on a local scale Iberian lynx distribution is determined by the availability of prey rabbits, recent modelling analyses have uncovered broad-scale disagreements between these two species’ distribution trends. These analyses showed also that the lynx had become restricted to only a fraction of the rabbit’s genetic diversity, and that this could be jeopardising its survival in the face of environmental hazards and uncertainty. In the present paper, a follow-up was carried out through the building of lynx and rabbit distribution models based on the most recent Spanish mammal atlas. Environmental favourability values for lynx and rabbit were positively correlated within the lynx’s current distribution area, but they were negatively correlated within the total Spanish area where lynx used to occur in the 1980’s. Environmental favourability for rabbits was significantly higher where lynx maintains reproductive populations than where it recently disappeared, indicating that rabbit favourability plays an important role and can be a good predictor of lynx persistence. The lynx and rabbit models were extrapolated to predict favourable areas for both species in Spain as well as in Portugal, on the original scale of the distribution data (10x10 km) and on a 100 times finer spatial resolution (1x1 km). The lynx and rabbit models were also combined through fuzzy logic to forecast the potential for lynx occurrence incorporating information on favourable areas for its main prey. Several areas are proposed as favourable for lynx expansion or re-introduction,

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 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.

As rodovias e as aves de rapina nocturnas relação entre a densidade, o habitat e a mortalidade

As estradas e tráfego inerente surgem como a criação antrópica mais conspícua e penetrante na paisagem natural, sendo considerados os principais agentes causadores de fragmentação e destruição de habitats, assim como representam um obstáculo físico sem precedentes, limitando as relações directas entre os indivíduos, por diminuição da frequência de dispersão e aumento da mortalidade por atropelamento, impedindo o fluxo natural de genes e suscitando o aumento de fenómenos de inbreeding e perda de heterozigotia. Todos os impactes deletérios associados às rodovias são claramente perceptíveis em vertebrados, onde as aves de rapinas nocturnas não são excepção. Uma vez que estas rapaces beneficiam das suas bermas e orlas, como locais de poiso, nidificação ou como corredores de dispersão através da paisagem, são frequentemente vítimas de mortalidade por atropelamento em estradas, sendo esta problemática considerada actualmente uma das mais recentes e importantes formas de mortalidade não natural em rapinas nocturnas e vinculada como um dos maiores problemas de conservação que afecta este grupo. Não obstante, esse mútuo efeito de atracção/repulsa das estradas a estas rapaces, as rodovias criam uma barreira específica que limita a dinâmica, comportamento e densidade populacional das espécies residentes, reconhecendo-se que o isolamento daí resultante, pode comprometer a viabilidade populacional a longo prazo, podendo mesmo conduzir a altos riscos de extinção das populações locais devido a efeitos estocásticos. Mediante esta problemática, este trabalho debruçou-se sobre um único objectivo principal: a avaliação do impacte das rodovias e do tráfego, na densidade das aves de rapina nocturnas. Este estudo foi efectuado na região Alentejana, abrangendo uma área de cariz tipicamente mediterrânico, delimitada pelas localidades de Montemor-o-Novo, Arraiolos e Évora, sendo seccionada por 143 quilómetros de estradas, divididas em autoestrada, rodovias com elevada e reduzida densidade de tráfego. A monitorização das rapinas nocturnas foi conduzida em dois anos amostrais (2005 e 2007), tendo sido focalizada sobretudo em duas espécies de Strigiformes, a Coruja­ do-mato Strix aluco e o Mocho-galego Athene noctua, recorrendo ao uso de playbacks com reprodução de vocalizações de indivíduos conspecíficos. Foram usadas 32 variáveis explicativas integradas em três grandes grupos: variáveis de estrada, métricas da paisagem, uso do solo, tendo sido analiticamente testadas, recorrendo à aplicação de Modelos Lineares Generalizados. Os principais resultados obtidos demonstram que as variáveis de estrada, aliadas à densidade de tráfego e ruído inerente à sua circulação, são provavelmente, responsáveis por um comportamento de repulsa das espécies de aves de rapina nocturnas em estudo, apresentando estas densidades mais elevadas longe de áreas antropicamente perturbadas e, portanto, de menor qualidade que se encontram adjacentes às rodovias. Todavia a presença de habitat favorável a estas rapaces é provavelmente o descritor com maior poder estatístico no que concerne à sua distribuição e densidade, sendo os montados densos e a presença de zonas agrícolas de sequeiro, positivamente correlacionadas, respectivamente com a densidade de casais reprodutores de Coruja-do-mato e Mocho-galego. Mediante a observação dos resultados será veemente a aplicação de medidas de mitigação específicas, que fundamentalmente considerem o afastamento dos efectivos populacionais longe das estradas e tráfego, conservando e assegurando as características estruturais, requisitos e qualidade dos habitats, de modo a incrementar e garantir a viabilidade e densidade das populações, fidelizando a territorialidade e permanência destas aves nestas áreas. Adicionalmente deverá investir-se na conectividade das manchas de paisagem fragmentada pelas rodovias, criando opções de conservação estratégicas, em zonas ecologicamente mais sensíveis, que não somente minimizem o efeito de repulsa reconhecido nestas aves, mas também os níveis de mortalidade por atropelamento, tornando os ecossistemas mais funcionais para a sobrevivência destes rapaces. ABSTRACT; Roads and traffic are the most conspicuous and pervasive human creation, being the great responsible for fragmentation and habitats destruction, reducing animal movement through landscape, which implies decrease of gene flow and loss of variability that can fragmented populations, thus reducing their sizes and densities. All deleterious impacts associated with roads are clearly visible in vertebrates, where owls aren't exception, being frequent victims of road mortality, since they can use roadside habitats and edges for hunting, nesting or dispersal corridors through the landscape, being nowadays one of the most recent and important causes of non­natural mortality in owls and has been recognized as one of the largest conservation problems affecting this group. However, the attractive and avoidance effect of roads and his edges on owls creates a barrier effect that limits dynamics, behaviour and breeding density of resident species, recognizing that possible isolation, could compromise populations survival, make them more vulnerable to high risks of local extinction due to stochastic effects. Despite that, several authors suggest that owls use roads to hunt, as marginal habitats, or for navigation corridors through the landscape ln this context, the major aims of this study was to verify if there are negative effects of roads on the density of owls, considering traffic as an influencing factor. This study was conducted in Alentejo, covering a typical Mediterranean area, including three main localities Montemor-o-Novo, Évora and Arraiolos, being sectioned by 143 km of roads, including highway, roads with high traffic density, and the remaining with low traffic density. The owl census was conducted in two sampling years (2005 and 2007) and was focused mainly on Little owl Athene noctua and Tawny Owl Strix aluco species, using the playback technique, with conspecific calls. We used 32 explanatory variables, mainly included in three groups: road variables, landscape metrics and land use, having been analytically tested, with application of Generalised Linear Models. The main results show that noisy roads with high traffic density are probably the most responsible for the avoidance behaviour of owls, under the study area, showing density depression near high anthropogenic disturbed areas adjacent to roads. However, the presence of habitat quality to these birds is probably the descriptor with greater statistical power, considering its distribution and density, with the dense oak woodland and croplands and arable lands, positively correlated, respectively with Tawny owl and Little owl density. ln consequence, the great conservation effort should be done in order to keep breeding populations away from roads and traffic, ensuring the structural features, requirements and quality of its habitats in order to enhance and ensure the viability and density of owl's populations in these areas. ln addition, it is important to invest in connectivity between roadside fragmented patches, creating strategic conservation options, in sensitive areas, which minimize the avoidance effect, recognized in owls, but also road-kill levels, making ecosystems more functional to survival of these top predators.

Wild carrot differentiation in Europe and positive selection at DcAOX1 gene

By definition, the domestication process leads to an overall reduction of crop genetic diversity. This lead to the current search of genomic regions in wild crop relatives (CWR), an important task for modern carrot breeding. Nowadays massive sequencing possibilities can allow for discovery of novel genetic resources in wild populations, but this quest could be aided by the use of a surrogate gene (to first identify and prioritize novel wild populations for increased sequencing effort). Alternative oxidase (AOX) gene family seems to be linked to all kinds of abiotic and biotic stress reactions in various organisms and thus have the potential to be used in the identification of CWR hotspots of environment-adapted diversity. High variability of DcAOX1 was found in populations of wild carrot sampled across a West-European environmental gradient. Even though no direct relation was found with the analyzed climatic conditions or with physical distance, population differentiation exists and results mainly from the polymorphisms associated with DcAOX1 exon 1 and intron 1. The relatively high number of amino acid changes and the identification of several unusually variable positions (through a likelihood ratio test), suggests that DcAOX1 gene might be under positive selection. However, if positive selection is considered, it only acts on some specific populations (i.e. is in the form of adaptive differences in different population locations) given the observed high genetic diversity. We were able to identify two populations with higher levels of differentiation which are promising as hot spots of specific functional diversity.