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Estructura poblacional del bacalao negro (​
Anoplopoma fimbria​
) mediante
el uso de ADNmit (COI), loci microsatélite y morfometría geométrica.
(1)​
(2) ​
(1)
Getino Mamet L.N.​
, Canino M.​
y García De León F.J.​
[email protected]
(1) Laboratorio de Genética para la Conservación, Centro de Investigaciones del Noroeste, Mar bermejo 195,
Col. Playa Palo de Santa Rita, 23090 La Paz, BCS, México.
(2) Alaska Fisheries Science Center, National Marine Fisheries, NOAA. 7600 Sand Point Way N.E., Seattle, WA
98115.
El bacalao negro (​
Anoplopoma fimbria)​
, perteneciente a la familia Anoplopomatidae, habita
en aguas profundas a lo largo de las costas del océano Pacífico Norte, desde Baja California,
México, hasta el norte de Japón. La carne de estos peces posee un elevado valor comercial por
lo que representa un importante recurso pesquero, compartido por México, EEUU y Canadá. Sin
embargo, en México se lo considera un recurso potencial. Recientemente, esta especie ha
ganado importancia para desarrollar su cultivo, principalmente en Canadá. Con finalidad de
manejo pesquero, se caracterizaron dos poblaciones: una Norteña, desde Alaska hasta la
Columbia Británica; y otra Sureña, desde allí hasta Baja California, México. Dicha estructuración
es soportada por estudios de marcado-recaptura, pero el comportamiento migratorio de esta
especie indica que dicha división poblacional puede no tener una base biológica (Tripp-Valdez et
al. 2012; Kimura, 1998). Así, se hace evidente la necesidad de identificar stock poblacionales a lo
largo de toda la distribución, para estimar los niveles de diferenciación genética con fines
pesqueros y acuiculturales. Además, al ser un recurso compartido por México, Estados Unidos y
Canadá, comprender su estructuración poblacional es de gran relevancia, en particular al
momento de implementar estrategias de manejo internacional.
Los análisis de marcadores genéticos, como los genes mitocondriales y loci microsatélites son
herramientas ampliamente utilizadas en estudios de estructura genética poblacional. Los
microsatélies son fragmentos de ADN formados por repeticiones en tándem de secuencias di, tri
y tetranucleotídicas. Su elevada tasa de mutación resulta en un alto polimorfismo y permite su
uso en estudios de variación genética en los qué, aplicando una batería de análisis estadísticos
multivariados, es posible determinar el grado de diferenciación poblacional con relación a
procesos ecológicos. Otra herramienta cuyo uso en la caracterización de stocks y poblaciones se
ha multiplicado en los últimos años es la morfometría geométrica, que se basa en la utilización
de variables morfológicas determinadas por puntos homólogos sobre fotografías de los
individuos, que se denominan ​
landmark​
s; sobre ellos se aplican análisis estadísticos
multivariados para conocer el grado de diferenciación morfológica. Los métodos
morfogeométricos han probado su utilidad para el estudio de la variación de la forma del cuerpo
de los peces tanto dentro como entre poblaciones (Cadrin, 2000).
El objetivo del estudio fue determinar los niveles de diferenciación poblacional mediante la
utilización de marcadores moleculares y morfometría geométrica en cuatro localidades, dos en
el stock norteño: Mar de Bering (MB) y Golfo de Alaska (GA); y otras dos en el stock sureño:
Óregon (OR) y San Quintín, México (SQ). Los resultados de este estudio fueron publicados en
Tripp-Valdez et al. (2012). El estudio genético se llevó a cabo utilizando 4 loci microsatélites y un
gen mitocondrial sobre 183 y 57 individuos para cada marcador respectivamente. Se realizaron
los análisis estadísticos para estimar el grado de diferenciación existente entre los cuatro sitios.
Para el análisis de morfometría geométrica se utilizaron 82 individuos (MB=10, GA=9, OR=32 y
SQ=31). Se hicieron correcciones metodológicas al trabajo publicado en Tripp-Valdez et al.
(2012) que permitieron incorporar un mayor tamaño de muestra: a) se redefinieron los
landmarks para capturar la forma de una manera más completa; y b) se corrigió el arqueo
presente en los organismos mediante el módulo ​
Unbend Specimens​
, presente en el programa
TPSutil (Rohlf 2004). Se digitalizaron un total de 16 ​
landmarks y 4 ​
semilandmarks ​
para ser
utilizados como variables de forma, sobre las que luego se realizaron análisis estadísticos
multivariados para estudiar la diferenciación. Ambos enfoques fueron conjuntados para el
estudio de la diferenciación a lo largo de los sitios estudiados.
El análisis del estructura genética mediante el gen mitocondrial COI mostró una elevada
diversidad genotípica y una muy baja diversidad nucleotídica, mientras que no evidenció
diferenciación alguna entre los cuatro sitios (Fst= -0.03 a 0.05, p˃0.05). Los valores de Fst
corregidos para alelos nulos (presentes en todos los cuatro loci y localidades) mostraron una
baja diferenciación, pero significativa para las comparaciones entre San Quintín vs Mar de
Bering y San Quintín vs Golfo de Alaska (Fst= 0.014 y 0.010 para MB y GA respectivamente;
p˂0.008). Por su parte, el análisis de inferencia bayesiana mediante el programa STRUCTURE
(Pritchard, 2000) mostró un valor más probable de dos poblaciones genéticas, pero es
importante destacar que ninguno de dichos clusters se corresponde con una distribución
geográfica, lo que pone en evidencia el amplio flujo genético entre las poblaciones a lo largo del
rango geográfico estudiado (Fig. 1).
En el caso de la morfología, el análisis de variables canónicas (que busca maximizar las
variación entre los grupos) reveló diferencias significativas (p ˂0.01) en la morfología entre las
cuatro localidades: los bacalaos del norte se parece más entre sí, diferenciándose de las dos
localidades sureñas; mientras que Oregón y San Quintín, si bien se asemejan más que con las
localidades del norte, se encuentran ampliamente diferenciadas entre sí (Fig. 2). Cabe destacar
que el número de organismos utilizados fue bajo para las localidades norteñas, por lo que los
resultados puedes ser un producto del azar. Por ese motivo, el análisis estadístico se focalizó en
determinar las diferencias entre Oregón y San Quintín, ya que poseen un N adecuado para el
tipo de análisis. El análisis de función discriminante con una prueba de permutaciones asociada
arrojó diferencias altamente significativas entre los dos grupos (p˂0.0001), siendo el porcentaje
de asignación elevado en ambos casos (96.8% y 100% para Oregón y San Quintín
respectivamente). La morfología de los bacalaos de San Quintín se caracterizó por presentar una
cabeza y altura del cuerpo más robusta que los de Oregón (Fig. 3), resultados que coinciden con
la hipótesis de Bergmann inversa que indica que la masa corporal de los organismos disminuye
conforme aumenta la latitud.
En conclusión, el bacalao negro no mostró diferenciación genética con el gen COI
mitocondrial, pero los niveles de diversidad nucleotídica revelan un proceso de reciente
expansión poblacional a lo largo de rango geográfico estudiado. Los cuatro loci microsatélite
mostraron un alto polimorfismo y una pequeña pero significativa diferenciación poblacional, en
donde la población más sureña (SQ) se diferenció de las dos más norteñas (MB y GA), esta
variación genética es reciente y además se detectó un amplio flujo genético. Los análisis
morfogeométricos revelaron cambios morfológicas entre las dos localidades norteñas y las dos
sureñas, aunque la variación fue mínima entre las primeras, y muy marcada entre las del sur.
Más allá del pequeño tamaño de muestra analizado, los resultados de los microsatélites son
parcialmente concordantes con los morfológicos, estos últimos pueden responder a reglas
biogeográficas que resaltan la tasa de crecimiento y la disponibilidad energética. Es interesante
ya que esta diferenciación morfológica permite diferenciar rápidamente a los individuos de
diferentes localidades, algo altamente relevante en el manejo pesquero ya que le da trazabilidad
a la procedencia de la captura. Si bien la estructura genética poblacional detectada fue pequeña,
es importante tener en cuenta estos resultados al momento de desarrollar estrategias de
manejo pesquero, ya que en caso de no ser considerada una estructura genética poblacional
subyacente, se puede llevar a una irremediable pérdida de la diversidad genética, en detrimento
de la “salud” del recurso. En conjunto, los resultados indican que los bacalaos de aguas
mexicanas pueden representar un stock poblacional independiente. Este trabajo forma parte de
un proyecto actualmente en desarrollo, en el que se planean incluir más sitios de muestreo y
más marcadores moleculares (SNPs, ADN mitocondrial y loci microsatélites), con la esperanza de
evidenciar la sutil estructura poblacional y sobretodo la identidad poblacional del bacalao negro
de México.
Figura 1 ​
Membrecía proporcional de cada individuo en los dos grupos identificados por la prueba de asignación
bayesiana de STRUCTURE (Pritchard et al., 2000). Cada barra vertical corresponde a un individuo, y la fracción coloreada
es la probabilidad de pertenecer a cada uno de los dos grupos identificados. Las líneas continuas en Negro separan las
cuatro sitios de muestreo.
Figura 2: ​
Análisis de variables canónicas, maximizando las diferencias entre los cuatro sitios. Se visualizan las 2 primeras
variables canónicas, que conjuntamente explican el 93.92% de la varianza (izquierda). Los colores indican los sitios: GA,
rojo; MB, amarillo; OR, azul; y SQ, púrpura. Las elipses representan un intervalo de confianza del 90% para las
observaciones. El fenograma a la izquierda, indica las relaciones de similitud entre las medias de cada sitio obtenidas a
partir de un análisis MGDC-UPGMA (Valdano y Di Rienzo 2007). A la derecha se visualiza la deformación asociada al
extremo positivo de cada variable canónica (rojo), con respecto al consenso (gris).
Figura 3. ​
Deformación promedio de San Quintín (rojo) y Oregón (azul) con respecto al consenso general (en gris). La
deformación se muestra con un factor de 2 para mejorar la visualización de las diferencias. Abajo, se muestra una
fotografía tipo, para cada una de las mencionadas localidades.
Referencias
Cadrin S.X. 2000. Advances in morphometric identification of fishery stocks. ​
Reviews in
Fish Biology and Fisheries ​
10, 91-112.
Kimura D.K., A.M. Shimada y F.R. Shaw. 1998. Stock structure and movement of tagged
sablefish, ​
Anoplopoma fimbria​
, in offshore northeast Pacific waters and the effects of El
Niño-Southern Oscillation on migration and growth. ​
Fishery Bulletin​
96, 462-481.
Pritchard, J.K, M. Stephens y P. Donnelly. 2000. Inference of population structure usin
multilocus genotype data. ​
Genetics​
155(2): 945-959.
Rohlf F. J. 2004a. TpsUtil, version 1.28. Department of Ecology and Evolution, State
University of New York. Stony Brook, NY.
Tripp-Valdez MA, FJ García De León, H Espinosa-Pérez y G Ruiz-Campos. 2012.
Population structure of sablefish, ​
Anoplopoma fimbria​
, using genetic variability and
geometric morphometric analysis. ​
Journal of Applied Ichthyology​
. 28(4): 516-523
Valdano S. G., Di Rienzo J., 2007. Discovering meaningful groups in hierarchical cluster
analysis. An extention to the multivariate case of a multiple comparison method based on
cluster analysis. ​
InterStat.