蓝虾和红虾触角虾的遗传结构和种群连通性

蓝色和红色虾Aristeusennatus是在地中海，邻近的大西洋（AO）水域和印度洋（IO）的莫桑比克海峡通过底拖网捕捞而获得的深海海洋物种。由于它被认为是可持续捕鱼的优先品种，因此确定其遗传资源及其之间的联系至关重要。使用12个微卫星基因座，我们检测到至少四个分布在西地中海（WM），东地中海（EM），AO和IO的遗传种群，并发出可能在阿尔伯良海的第五种群的信号。我们在WM中未发现其他人口结构。因此，尽管Almería-Orán锋发挥了一定的隔离作用，但WM盆地内仍存在高遗传同质性和基因流。IO库存在遗传上更接近于AO库存而不是其他库存。从而，物种传播途径更可能是通过大西洋而不是通过红海。有效的大种群表明种群具有可持续性，但是适度的遗传多样性表明谨慎行事。我们的遗传结果可作为物种保护的基础，以确保这种海洋资源的长期可持续性。

介绍

蓝色和红色虾触角触角虾（Aristeusennatus，年，里索）（Penaeoidea，Aristeidae）是一种深海浮游动物，栖息在沿海底峡谷1的大陆斜坡的泥泞底部。该物种分布在整个地中海，从直布罗陀到佛得角，毗邻直布罗陀海峡的大西洋（AO）水域，从南非穿过莫桑比克海峡，桑给巴尔和桑给巴尔岛的印度洋西部地区（IO）。马尔代夫群岛；最近，有人建议将其存在于巴西沿海2。生物学研究表明，该物种是地中海中最常见的鱼类，存在于80至3,m的深度，在最初发生捕捞的1,m深度具有更大的丰度3。

触角触角藻是地中海拖网捕捞最重要的水下资源之一，年捕捞量为1,吨4。实际上，自年以来，地中海渔业总委员会将触角拟杆菌列入优先物种清单，应为其制定捕捞管理计划5。在美食方面，它受到高度赞赏，而在地中海捕捞最密集的西地中海地区，零售市场价格也很高（70-美元/公斤）。在地中海以外，其他次要的捕鱼区延伸到葡萄牙南部6，最近在莫桑比克海峡7建立了新的捕鱼场。

但是，国际上还没有针对触角蚁的可持续捕捞管理政策。物种的长期可持续性需要适当的捕捞和保护策略，这些策略在很大程度上取决于对物种种群结构的识别。为此目的主要工具之一是遗传分析，其中包括鉴定遗传种群及其之间的联系8。这样的分析对于研究来自深海物种等无法进入的栖息地的海洋生物的种群过程特别重要9。

先前使用两个线粒体DNA（mtDNA）标记（16SrDNA和COI）进行的研究在利用该物种的分布范围内检测到了触角拟南芥的四种遗传种群：AO，WM，地中海东部（EM）和IO2。然而，没有线粒体DNA标记研究，至今一直能够在近端渔区之间的更多的区域层面辨别遗传结构2，10，11，12。

先验地，检查对微小但显着的遗传差异敏感的可变分子标记物（例如微卫星），应该揭示触角拟南芥种群在更精细的区域尺度上的遗传结构以及种群之间的连通度。微卫星分析已经使股票的其他penaeoid海水虾种识别（在赫拉斯审查等。13）。然而，很少有微卫星标记可用于A.antennatus（14报道，美人蕉等。14），而他们还没有被证明是用于检测遗传个股有用15。这种情况导致我们使用下一代测序方法13为触角拟杆菌开发并鉴定了35个新的微卫星基因座，在本研究中，我们使用了其中的12个。

尽管人类的影响，特别是通过捕鱼的影响16，影响了海洋生物的种群结构，但其他因素，例如海洋地质学和洋流，造成了许多地理和海洋不连续性，这些不连续性会降低连通性，并强烈影响影响有效物种保护战略的种群结构。在许多物种地中海（由Patarnello审查已观察等。17和帕斯夸等人。18）。在地中海中，它们包括以下内容（图1）：

（一世）直布罗陀海峡，形成了密集的地中海水域和大西洋水域之间的分隔带。（ii）Almería-Orán阵线形成于反气旋的东部AlboránGyre的东端，在伊比利亚半岛和阿尔及利亚的海岸之间。（iii）巴利阿里阵线和伊维萨海峡，在巴利阿里群岛和伊比利亚半岛之间的区域中发挥作用。（iv）西西里海峡将西地中海盆地与东地中海盆地分隔开。

另一方面，红海是印度洋和地中海之间的可能连接点，但是Bab-el-Mandeb海峡和苏伊士运河是这条路线上的障碍（图1）。

通过利用12个微卫星位点的遗传变异，本研究的目的是鉴定触角分布的遗传种群，以及之前指出的假定地理和海洋障碍的作用，以防止种群之间的连通性

结果

遗传多样性和有效种群规模

在所分析的所有位置上的12个微卫星基因座都是多态的，总共显示个等位基因，平均每个位点有13.2个等位基因，范围为4-40个等位基因，其中19％（n=30）是存在于单个位置的私人等位基因。在五个采样区域中，莫桑比克贡献了最大数量的等位基因（Ap=17；表1）。在11个采样位置的任何一对基因座中均未检测到基因型连锁不平衡。

按位置分析变异性和遗传多样性产生中等价值，每个位点平均有7.8个等位基因（7.1-9.8），平均等位基因丰富度（Ar）值为7.5（范围6.9-9.1），以及观察到和预期的平均值杂合度（分别为Ho和He）分别为0.（范围0.-0.）和0.（范围0.-0.）。莫桑比克样品在所有情况下均显示最高值（表1）。

在12个微卫星基因座中，只有Aab和Aa在所有位置均符合HW平衡基因型比例（补充表S1）。平均来说，所有的位置显示从哈迪-温伯格（HW）平衡偏差具有正相关FIS的值，这表明杂合子的赤字（表1）。观察到的杂合子缺陷可能是由于无效等位基因的存在。除Aa基因座外，Micro-Checker分析表明在至少一个样品中另一个基因座上存在无效等位基因（在巴勒莫，Aa基因座上的最大等位基因频率为0.），但在各个位置均没有相同的基因座。由于在无效等位基因的存在下位置之间缺乏一致性，因此所有基因座都包括在进一步分析中。

使用NeEstimator软件对有效人口规模（Ne）的估算通常会产生负值，这些负值被解释为非常大的（无穷大；表1）19。尽管仅在Faro，Alborán和Cabrera位置获得了有限值（分别为.0、21,.7和4,.8），但即使在这些情况下，95％置信区间的上限也是无限的（表1）。

种群结构与基因流

WM中所有位置之间的成对FST非常低（平均0.），并且不显着（表2））。此外，AS与WM位置没有明显区别，表明在西地中海（WM+AS）仅有一个种群。IO和AO区域以及其他区域之间的比较值分别最高（平均值分别为0.和0.），并且具有统计意义。与AO（0.03）和IO（0.）相比，EM样品显示出显着且显着的差异，而WM（平均值，0.）和AlboránSea（AS;0.）位置的差异较小，仅在Palamós处获得了显着值和巴勒莫样品。此外，邻居对（NJ）树总结了成对的FST距离分析建议的地理人口群体（图2）。

我们确认无效等位基因的频率不会改变我们的结果，因为成对的FST值在有和没有校正无效等位基因的情况下都是相似的（补充表S2）。因此，估计人群遗传分化时无效等位基因的影响可以忽略不计。

分子方差分析（AMOVA）显示，在所有假设的分组情况下，遗传结构都很重要，其FST值显着是主要由于组间差异（FCT），而不是组内差异（FSC）。

第一个和第四个假设产生了最显着的FCT值，各组之间没有显着差异（表3）。）。对于第四个假设（五个组的遗传结构），将阿尔梅里亚-奥兰锋（Almería-OránFront）添加到第一个假设中。在两个分析中都获得了相似的结果，这表明五组的遗传结构与四组的遗传结构一样合理，而阿尔梅里亚-奥兰锋可能有助于将AS中的触角蚁种群与WM中的人群分离。

与第一个和第四个假设（包括直布罗陀海峡）相比，第二个假设（直布罗陀海峡不作为障碍）显示组内样本之间的差异显着（FSC=0.，p0.01）由于创建的组内同质性较低（表3）。

这些结果支持了直布罗陀海峡成为触角拟南芥有效屏障的假说。类似地，与最合理的第一和第四假设第三假设的比较表明，西西里海峡也充当用于这一物种的海洋屏障（FSC=0.，p=0.;表3）。

通过对主要成分（DAPC）进行判别分析，可以区分四组：IO（莫桑比克），AO（法罗），EM（爱奥尼亚海）和AS+WM（图3）。

水平的散点图轴解释了28.54％的方差，使莫桑比克的个人与众不同。垂直轴解释了方差的17.25％，从而使法鲁人与众不同。第三轴解释了12.94％的方差，从而将个体与爱奥尼亚海区分开来。

根据成员资格概率推断，分配给地点的个人比例在所有情况下对于原籍地点而言都是最大的（表4））。最高的是莫桑比克（0.）和法鲁（0.），它们的掺混最少，其次是爱奥尼亚海（0.），并且有一定掺混，主要是来自AS和WM的个体（表4，补充图S3）。AS和WM样本对原始位置的分配比例较低，但总的来说，第二高的分配百分比是针对同一群集中的其他位置，这表明AS和WM人口之间存在混合。

我们检测到遗传距离与地理距离之间的显着相关性：大西洋路线（r=0.，p=0.）和红海路线（r=0.，p=0.；补充图S4）。当最远的样本莫桑比克被排除在分析之外时，相关性仍然成立（r=0.，p=0.；补充图S4）。但是，当我们消除莫桑比克和EM（位于西西里海峡可能的海洋屏障之外第二远的样本）时，结果并不显着（r=0.，p=0.）。当我们排除位于直布罗陀海峡另一侧的莫桑比克和法鲁（AO），但保留了EM样本时，又获得了显着的相关性（r=0.，p=0.），表明存在隔离模式沿地中海的距离（IBD）。

迁移网络显示出WM盆地节点（WM，AS，巴勒莫和阿尔梅里亚）之间最大的相对基因流（图4），这与在这些位置之间观察到的较低的遗传分化相符（表2）。EM节点最接近其他地中海节点，并且与IO节点之间没有相关的基因流。AO和IO是最远的地区（AO比IO更靠近地中海），这是因为它们的相对迁徙率较低。我们没有发现节点之间基因不对称流动的明显证据。