管理の課題としての網目状進化。北アメリカ西部の固有魚類における系統的距離に伴う混交のパターン

Reticulate evolution as a management challenge: Patterns of admixture with phylogenetic distance in endemic fishes of western North America.

• Max R Bangs
• Marlis R Douglas
• Patrick C Brunner
• Michael E Douglas

抄録

自然個体群における混血は長年の管理課題であり、個体群ゲノム学的アプローチはその判断の手段を提供している。私たちは現在、種の境界の浸透性と、適応的進化を促進する混血の可能性をより明確に理解している。これらの問題は特に北米西部では、地殻変動と乾燥によって数千年の間に河川が分断され、再編成されてきたため、固有種の魚類の間で網目化が促進され、人為的な生息地の改変や外来種の導入によってさらに状況が悪化している。歴史的な混血と現代的な混血の融合は、管理を混乱させ、妨げている。本研究では、二重ダイジェスト制限部位関連DNA（ddRAD）シークエンシングを用いて、在来魚と外来魚の混交を流域全体で定量化した事例研究を行い、この状況を浮き彫りにする。我々のアプローチは以下の通りである。(a)コロラド川流域に生息する343匹の吸盤（Catostomidae 10種）の混交史を定量化し、(b)系統的距離と「生態学的特殊化」の文脈の中で混交を測定し、(c)固有種と外来種を含む雑種交配における移入の潜在的な要因を外挿した。本研究は、淡水域全体を対象としており、地理的にも分類学的にも範囲が限定された先行研究を拡張したものである。その結果、生息環境の変化は生殖隔離の崩壊を加速させるだけでなく、移入をも促進することがわかった。系統的な距離が離れているにもかかわらず、混血は属全体で発生していたのに対し、内向性は亜属内でしか検出されなかった。複数の種の混交と生殖隔離の程度を理解することは、網目状進化の歴史を切り離すことにつながり、流域全体の保全と管理のための広範な視点を提供することになる。

Admixture in natural populations is a long-standing management challenge, with population genomic approaches offering means for adjudication. We now more clearly understand the permeability of species boundaries and the potential of admixture for promoting adaptive evolution. These issues particularly resonate in western North America, where tectonism and aridity have fragmented and reshuffled rivers over millennia, in turn promoting reticulation among endemic fishes, a situation compounded by anthropogenic habitat modifications and non-native introductions. The melding of historic and contemporary admixture has both confused and stymied management. We underscore this situation with a case study that quantifies basin-wide admixture among a group of native and introduced fishes by employing double-digest restriction site-associated DNA (ddRAD) sequencing. Our approach: (a) quantifies the admixed history of 343 suckers (10 species of Catostomidae) across the Colorado River Basin; (b) gauges admixture within the context of phylogenetic distance and "ecological specialization"; and (c) extrapolates potential drivers of introgression across hybrid crosses that involve endemic as well as invasive species. Our study extends across an entire freshwater basin and expands previous studies more limited in scope both geographically and taxonomically. Our results detected admixture involving all 10 species, with habitat alterations not only accelerating the breakdown of reproductive isolation, but also promoting introgression. Hybridization occurred across the genus despite phylogenetic distance, whereas introgression was only detected within subgenera, implicating phylogenetic distance and/or ecological specialization as drivers of reproductive isolation. Understanding the extent of admixture and reproductive isolation across multiple species serves to disentangle their reticulate evolutionary histories and provides a broadscale perspective for basin-wide conservation and management.

© 2020 The Authors. Evolutionary Applications published by John Wiley & Sons Ltd.