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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.41.2011.tde-23092011-112658
Document
Author
Full name
Pedro Hollanda Carvalho
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2011
Supervisor
Committee
Pinna, Mario Cesar Cardoso de (President)
Menezes, Naercio Aquino
Miyaki, Cristina Yumi
Oliveira, Claudio de
Zawadzki, Claudio Henrique
Title in Portuguese
Análises filogenéticas e filogeográficas do complexo de espécies Hypostomus ancistroides (Siluriformes: Loricariidae)
Keywords in Portuguese
ATP sintase
Filogeografia
Hypostomus
Hypostomus ancistroides
Sistemática molecular
Abstract in Portuguese
O gênero Hypostomus (Siluriformes: Loricariidae) com cerca de 130 espécies nominais, se destaca como um dos mais diversos e amplamente distribuídos gêneros de peixes de água doce neotropical. Devido a sua ampla distribuição e alta diversidade, os conhecimentos taxonômicos, filogenéticos e biogeográficos para as espécies do gênero são ainda consideravelmente incompletos. Consequentemente, pouco se sabe sobre processos naturais envolvidos em diversificação e variação morfológica para o gênero. Hypostomus ancistroides é uma espécie descrita para a bacia do Alto Paraná, uma eco-região hidrográfica tradicionalmente reconhecida por seu endemismo ictiofaunístico, ocorrendo também na bacia costeira do rio Ribeira de Iguape. Esta espécie apresenta considerável variação morfológica, cariotípica e isoenzimática em suas diferentes populações, sugerindo a existência de um complexo de espécies. Sua ampla área de distribuição, somada aos novos conhecimentos sobre padrões biogeográficos para diversas espécies de peixes do Alto Paraná, reforça essa possibilidade. Entretanto, a variação encontrada na morfologia das populações de H. ancistroides é ampla e contínua, impedindo que se defina diferentes espécies através das abordagens taxonômicas clássicas em ictiologia. Assim, este trabalho se propõe a utilizar ferramentas da sistemática molecular, genética de populações e filogeografia para responder questões fundamentais sobre a evolução desse potencial complexo de espécies. Sequências nucleotídicas completas do marcador mitocondrial ATP sintase (subunidades 6 e 8; 842 pb) foram obtidas para diversas espécies de Hypostomus, incluindo 162 exemplares de H. ancistroides provenientes de doze localidades abrangendo toda a sua área de ocorrência, além de outros gêneros da família Loricariidae, utilizados como grupos externos. Análises filogenéticas de Máxima Verossimilhança, Máxima Parcimônia e Neighbor Joining resultaram em topologias essencialmente semelhantes, sustentando a monofiletismo da espécie, e apontando como seus parentes mais próximos espécies de bacias hidrográficas adjacentes ao Alto Paraná. Esses resultados mostram ainda a existência de quatro filogrupos distintos para a espécie, com áreas de distribuição parcialmente sobrepostas. Análises populacionais e filogeográficas incluiram comparação de distância genética P, estruturação populacional baseada em distribuição de haplótipos e índices de diversidade, testes de neutralidade, índice de fixação FST, análise de variância molecular (AMOVA), análise espacial de variância molecular (SAMOVA), construção de rede haplotípica de parcimônia, e análise de clados hierarquizados (NCPA). Os resultados mostram 48 haplótipos repartidos em doze populações bem estruturadas, com baixo ou nenhum fluxo gênico entre si. Eventos de expansão geográfica podem ser identificados ao longo da história demográfica, sugerindo que a estruturação encontrada atualmente reflete não só as características ecológicas da espécie, como também uma história de mudanças nas condições ambientais, eventualmente favoráveis a migração e dispersão. Contatos entre populações de diferentes bacias podem ser mais frequentes através de capturas de cabeceiras do que ao longo do corpo dos rios principais. A hipótese mais plausível para a presença da espécie na bacia do Ribeira é a de uma captura de cabeceira do alto rio Tietê. Apesar de ser formado por quatro filogrupos distintos, algumas linhagens derivadas de H. ancistroides apresentam sobreposição de suas áreas de distribuição. Esse contato secundário revelado apenas por um marcador de herança matrilineal impossibilita a delimitação de diferentes espécies correspondentes aos filogrupos, sob os paradigmas clássicos de especiação em peixes neotropicais.
Title in English
Phylogenetic and phylogeographic analysis of the Hypostomus ancistroides (Siluriformes: Loricariidae) species complex
Keywords in English
ATP synthase
Hypostomus
Hypostomus ancistroides
Molecular systematics
Phylogeography
Abstract in English
The genus Hypostomus (Siluriformes: Loricariidae), comprising ca. 130 nominal species, is one of the most species-rich and widely distributed genera of neotropical freshwater fish. Because of its wide distribution and vast diversity, knowledge on the taxonomy, phylogenetic relationships and biogeography of Hypostomus is still severely incomplete. Consequently, little is known about the processes involved in the diversification and morphological variation for the genus. Hypostomus ancistroides is a species described from the upper Rio Paraná drainage, a freshwater ecoregion known for its ichthyological endemism, also occurring in the coastal basin of Rio Ribeira de Iguape. This species shows considerable morphological, karyotypic and isoenzimatic variation among different populations, suggesting the existence of a species complex. Its wide distribution area, coupled with recent understanding on biogeographic patterns of several fish species from the Upper Parana, reinforces that possibility. However, morphological variation in populations of H. ancistroides is wide and continuous, and does not allow recognition of potential different species by means of traditional taxonomic approaches. Thus, this paper uses tools from molecular systematics, population genetics, and phylogeography in order to answer major questions about the evolution of this potential species complex. Complete sequences of the mitochondrial marker ATP synthase (subunits 6 and 8; 842 bp) were obtained for several species of Hypostomus, including 162 specimens of H. ancistroides from twelve localities covering its entire area of distribution, plus other loricariid genera as outgroups. Phylogenetic analysis using methods of Maximum Likelihood, Maximum Parsimony, Neighbor Joining and Bayesian Inference resulted in mostly similar topologies, supporting the monophyly of the species, and showing as its closest relatives other species from river basins bordering the Upper Parana. Results also reveal four distinct phylogroups for the species, with partially overlapping distribution areas. Population and phylogeographic analysis included comparisons of genetic distance P, population structure based on the haplotype distribution and diversity indices, neutrality tests, fixation index FST, analysis of molecular variance (AMOVA), spatial analysis of molecular variance (SAMOVA), construction of a parsimony haplotype network, and nested clade phylogeographical analysis (NCPA). Results show 48 haplotypes distributed into twelve well-structured populations with little or no gene flow. Geographic range expansion events can be identified along the demographic history of H. ancistroides, suggesting that the structure found today reflects not only the ecology of the species, but also a history of changing environmental conditions that on occasion weree favorable for migration and dispersal. Contact between populations from differente basins may be more intense through headwater stream capture than through the river channel. The most supported hypothesis for the presence of the species in the Rio Ribeira basin is a headwater capture from the upper Rio Tiete. Although H. ancistroides is split into four distinct phylogroups, some derived lineages of the species have overlapping distribution ranges. Such secondary contact is revealed only by a matrilineal inheritance marker and does not allow the recognition of separate species for the different phylogroups under the current paradigm of speciation and species limits in Neotropical fishes.
 
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Pedro_Carvalho.pdf (3.30 Mbytes)
Publishing Date
2011-09-27
 
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