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Título

Systematics and phylogeography of the deep-sea coral Desmophyllum dianthus (Anthozoa, Hexacorallia): Morphological and molecular evidences

Otros títulosSistemática y filogeografía del coral de profundidad Desmophyllum dianthus (Anthozoa, Hexacorallia): Indicios morfológicos y moleculares
AutorAddamo, Anna María CSIC ORCID
Palabras claveScleractinia
Deep-sea coral
Desmophyllum dianthus
Phylogeny
Population genetics
Molecular markers
Genomics
Next generation sequencing
Morphology
Coral de profundidad
Filogenia
Genética de poblaciones
Marcadores moleculares
Genómica
Secuenciación masiva
Morfología
Fecha de publicación2014
EditorCSIC - Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN)
Consiglio nazionale delle ricerche (Italia)
Universidad Autónoma de Madrid
Resumen[EN] Scientific knowledge on phylogeny, phylogeography and genetic population of Scleractinia is mainly based on shallow and tropical corals, and only few works involved deep-sea and azooxanthellate corals, whose species composed half of the total number of corals identified so far. Just recently, the scleractinian species Desmophyllum dianthus (Esper, 1794) has received some attention in biological studies, but its phylogeny and population genetics has been slightly explored. The aim of this Thesis is to analyse its phylogenetic relationship at inter and intra-family level, and its population structure, through a multidisciplinary approach. In order to achieve the phylogenetic objective and because the genus belongs to the well known polyphyletic Caryophylliidae family, distinct caryophylliids species are analysed with molecular markers commonly used in the studies of phylogenetic relationships of Scleractinia, and additionally new ones are here developed by high-throughput Illumina sequencing. At intraspecific level, since D. dianthus is one of few corals widespread distributed, several individuals from different areas of both northern and southern hemispheres are analysed, with 30 new microsatellites developed by pyrosequencing 454, giving a picture of its population genetics on a global scale. Additional analyses are performed with morphological characters of skeleton and polyps to define the high level of morphological variability that characterized D. dianthus. Furthermore, the complete mitochondrial genome of two specimens from Mediterranean Sea and southwestern Pacific are also sequenced and comparative analyses are performed in order to clarify phylogenetic relationship of closely related species. Data revealed that D. dianthus belongs phylogenetically to scleractinian “robust group” in one of the Caryophylliidae polyphyletic clades, and its extremely high morphology variability has not showed ecological or geographical pattern. Specific population structures are detected for northern and southern hemispheres, with an isolation by distance model of gene flow (IBD). Moreover, deep currents play a key role on larval dispersal, creating peculiar genetic barriers or genetic connectivity between D. dianthus populations, such as New Zealand and Chile, whose populations presented own genetic characteristics, or Australia and Argentina, whose gene flow is detected despite the large geographic distance between them. Finally, a surprising genetic similarity, throughout several nuclear and mitochondrial molecular markers characterized by different mutation rates and polymorphism level, was found between D. dianthus and the main deep-water coral reef builder Lophelia pertusa, Even though scientific community still have to face several unanswered questions over phylogeny and phylogeography of Scleractinia, and overall much more additional data and analyses are needed, the results of this study provide the first detailed insight on phylogeny and genetic population of the deep-sea coral species D. dianthus. Moreover, genetic similarity between D. dianthus and L. pertusa demonstrated the need for a complete taxonomic revision of the genera and family Caryophylliidae. In this Thesis new molecular tools are provided to tackle this goal, both at phylogeny and phylogeographic level.
[ES] El conocimiento científico de la filogenia, filogeografía y genética de poblaciones de Scleractinia, se basa principalmente en estudios llevados a cabo en corales de aguas someras y tropicales, y sólo unos pocos incluyen corales azooxantelados y de aguas profundas, si bien sus especies constituyen la mitad del número total de las especies de corales identificadas hasta el momento. Sólo recientemente, la especie escleractinia Desmophyllum dianthus (Esper, 1974) ha sido objeto de cierta atención en estudios biológicos, aunque han sido marginalmente explorados aspectos sobre sus relaciones filogenéticas y la estructura genética de sus poblaciones. Por tanto, el objetivo central de esta Tesis es precisamente analizar la relación filogenética de la especie a nivel inter y intra-familiar, y la genética de sus poblaciones, todo ello a través de un enfoque multidisciplinario. Con el fin de alcanzar el objetivo filogenético, teniendo en cuenta que el género pertenece a la familia Caryophylliidae, bien conocida por su carácter polifilético, distintas especies de cariofílidos han sido analizadas con marcadores moleculares comúnmente utilizados en los estudios de relaciones filogenéticas de Scleractinia y, además, nuevos marcadores han sido aquí desarrollados gracias a la aplicación de metodologías de secuenciación masiva. A nivel intraespecífico, puesto que D. dianthus es uno de los escasos corales ampliamente distribuidos, se han podido analizar individuos de distintas áreas de ambos hemisferios, norte y sur. Para este estudio de diferenciación genética poblacional a escala global, se han empleado 30 nuevos microsatélites desarrollados a través de técnicas de pirosecuenciación. Por otra parte, y con el fin de delimitar el alto nivel de variabilidad morfológica que caracteriza a D. dianthus, se han llevado a cabo análisis de los esqueletos y de los pólipos con caracteres morfológicos. Finalmente, se ha secuenciado el genoma mitocondrial completo de dos ejemplares del mar Mediterráneo y del suroeste del Pacífico, realizando análisis comparativos con especies próximas, con el fin de aclarar la relación filogenética de ciertas especies estrechamente relacionadas. Los datos revelaron que D. dianthus pertenece filogenéticamente al grupo ‘robusto’ de los escleractínidos, en uno de los clados polifiléticos de Caryophyllidae. Por su parte, su extremadamente alta variabilidad morfológica no ha mostrado patrones ecológicos o geográficos. En cuanto a la estructura genética de sus poblaciones, se ha detectado una cierta diferenciación entre los ejemplares procedentes de los hemisferios norte y sur, con un modelo de flujo génico de aislamiento por distancia. Las corrientes profundas parecen desempeñar un papel clave en la dispersión de las larvas, creando peculiares barreras o, por el contrario, conectividad genética entre las poblaciones de D. dianthus, tal como ocurre con las procedentes de Nueva Zelanda y Chile, cuyas poblaciones presentaron características genéticas propias, o las de Australia y Argentina, entre las que se ha detectado un cierto flujo génico, a pesar de la gran distancia geográfica que existe entre las dos regiones. Por último, se ha encontrado una sorprendente similitud genética, a través de diferentes marcadores moleculares de origen nuclear y mitocondrial caracterizados por diferentes tasas de mutación y niveles de polimorfismo, entre D. dianthus y el principal coral constructor de arrecifes de mares profundos Lophelia pertusa. Como con los objetivos planteados, en esta Tesis se han desarrollado nuevas herramientas moleculares, que han permitido conocer de forma más precisa los procesos que han modulado la historia evolutiva de D. dianthus, y que pueden resultar igualmente útiles para el análisis de especies cercanas.
URIhttp://hdl.handle.net/10261/134194
Aparece en las colecciones: (MNCN) Tesis




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