نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 گروه تنوع زیستی و مدیریت اکوسیستم ها، پژوهشکده علوم محیطی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
2 گروه شیلات، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران
3 گروه زیست شناسی، دانشکده زیست شناسی، دانشگاه الوال، کبک، کانادا
چکیده
سابقه و هدف: پارک ملی لار به عنوان بهترین و منحصر به فردترین زیستگاه قزل آلای خال قرمز در ایران است. این ماهی در سایر زیستگاه های ایران به دلایل مختلفی مانند تخریب زیستگاه ها، آلودگی، برداشت شن و ماسه، وجود سد در مسیر رودخانه ها، ورود گونه های غیر بومی، صید بیش از حد و سایر تغییرات ناشی از فعالیت های انسانی در معرض تهدید قرار است. رودخانه دلیچای، یکی از زیستگاه های اصلی ماهی قزل آلای خال قرمز، شرایط اکولوژیکی متفاوتی نسبت به سایر رودخانه های پارک ملی لار دارد. در این مطالعه با توجه به وجود مانع فیزیکی غیر قابل عبور در دهانه رودخانه دلیچای، ترکیب ژنتیکی ماهیان قزل آلای خال قرمز این رودخانه با ماهیان دریاچه ای بررسی شد.
مواد و روش ها: در این مطالعه از باله های جدا شده از ماهیانی که با الکتروشوکر در رودخانه صید شده بودند و از باله های ماهیانی که در دریاچه با استفاده از قلاب صید شده بودند استفاده شد. استخراج DNA با روش استخراج نمک با یک تیمار RNAas برای از بین بردن مولکول های RNA انجام شد. برای مقایسه تفاوت های ژنتیکی میان ماهیان رودخانه دلیچای و دریاچه سد لار از روش تعیین توالی نسل جدید استفاده شد. برای تجزیه و تحلیل های آماری، آنالیز تجزیه به مولفه های اصلی، خوشه بندی و تشخیص ترکیب ژنتیکی ماهیان و آماره Fstبه کار گرفته شد.
نتایج و بحث: در نتایج آنالیز تجزیه به مولفه های اصلی ماهیان قزل آلای خال قرمز دریاچه و رودخانه دلیچای در امتداد اولین مولفه اصلی (25.11 درصد تغییرات) کاملا از یکدیگر جدا شدند. اما در راستای سایر مولفه های اصلی با یکدیگر همپوشانی داشتند. تحلیل داده ها به روش خوشه بندی نیز در تمام گروه بندی ها افراد متعلق به رودخانه دلیچای و دریاچه را به صورت دو گروه مجزا نشان داد که سهم هر یک از گروه های دلیچای و دریاچه در یکدیگر بسیار جزئی و ناچیز بود. همچنین میزان تمایز محاسبه شده در بین جمعیت های رودخانه دلیچای و دریاچه معنی دار بود. دلیل این تمایز می تواند عدم امکان مهاجرت و دسترسی ماهیان رودخانه دلیچای به دریاچه سد لار و بالعکس، به علت وجود تور فلزی در لوله های انتقال آب پایه پل جاده روی رودخانه در دهانه رودخانه دلیچای باشد. از سوی دیگر این احتمال نیز وجود دارد که ماهیان قزل آلای خال قرمز رودخانه دلیچای رفتار ساکن بودن داشته و تمایلی به مهاجرت به دریاچه حتی در صورت عدم وجود این مانع فیزیکی نداشته اند. رفتار ساکن بودن به علت کم بودن تراکم ماهیان و برآورده شدن نیازهای زیستی و زیستگاهی آنها و عدم نیاز به مهاجرت پدید می آید.
نتیجه گیری: در کل نتایج این مطالعه نشان داد که ماهیان قزل آلای خال قرمز رودخانه دلیچای و ماهیان دریاچه ترکیب ژنتیکی متفاوتی داشته و به طور معنی داری از یکدیگر متمایز هستند. در هر صورت، تمایز بالای ماهیان رودخانه دلیچای و احتمال ایزوله شدن این جمعیت و عدم امکان دسترسی ماهیان دریاچه و سایر رودخانه های پارک ملی لار به این رودخانه نیازمند بازنگری و اتخاذ روش های مدیریتی مطلوبتر و کارآمدتر می باشد.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Analysis of the effect of physical barrier on genetic divergence of the Caspian trout Salmo caspius in the Dalichay River of the Lar National Park-Iran using next-generation sequencing
نویسندگان [English]
- Seyedeh Narjes Tabatabaei 1
- Asghar Abdoli 1
- Iraj Hashemzade Segherloo 2
- Faraham Ahmadzadeh 1
- Louis Bernatchez 3
1 Shahid Beheshti University
2 Department of Fisheries Sciences, Faculty of Natural Resources and Earth Sciences, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
3 Department of Biology, Institute of Integrative Biology and System (IBIS), Laval University, Quebec G1V 0A6, Canada
چکیده [English]
Introduction: Lar National Park is the best habitat of Salmo caspius in Iran. In other habitats located in Iran, the species has been threatened by different factors including habitat destruction, pollution, sand removal from the river bed, dam construction, introduction of exotic species, over-fishing, and other human mediated changes. Dalicahy River, as one of the major habitats of S. caspius, is ecologically different from other rivers in the Lar National Park. In this study, we assessed genetic differences (applying next-generation sequencing) of S. caspius in Dalichay River and Lar Lake; considering an impassable barrier in the mouth of Dalichay River.
Material and methods: in this study fin clips from fish electrofished in the river and fin clips collected via angling in the lake were used. DNA extraction was performed using salt extraction method with an additional treatment with RNAse to degrade RNA molecules. To compare fish from Dalichay River and the Lar Lake, next generation sequencing was used. Analyses including principal components analysis (PCA) and Admixture, plus calculation of genetic differentiation (Fst) were used to compare the studied populations.
Results and discussion: According to the results of principal components analysis (PCA) fish from the Dalichay River and the Lake were separated clearly along the first PC (25.11% of variation). But they were overlapped along other PCs. The results of Admixture analysis showed that Dalichay and Lake fish were always represented with different admixture clusters with little contribution from one another. Additionally, the genetic differentiation between the Dalichay and the Lake was significant. The reason for this differentiation can be the existence of a physical barrier in the moth of Dalichay that blocks the path for migration from Dalichay to the Lake and vice versa. On the other hand, it is possible that the fish in Dalichay are resident and do not show any preference for migration to the Lake. The residency behavior forms in result of low density of fish and satisfaction of biological and habitat related needs of the fish and hence no need for migration.
Conclusion: overall, the results of this study showed that the fish in Dalichay River and in the Lake differ in their genetic composition and were significantly differentiated from one another. In any case, high differentiation of the fish in the Dalichay River and their isolation in addition to inability of fish from the Lake and other rivers in the Lar National Park to Dalichay, necessitates revision and taking better management approaches.
کلیدواژه‌ها [English]
- Next generation sequencing
- Genetic differentiation
- Migratory and residency behavior
Abdoli, A., Azizi, Z., Kiabi, B., Ahmadi, A.A., and Golzarianpour, K., 2016. Study of Summer food habits of the brown trout, Salmo trutta fario, in Lar dam lake and streams in Lar National Park. Fisheries Science and Technology. 5, 1-17. (In Persian with English Abstract).
Abdoli, A. and Naderi, M., 2008. The Biodiversity of Southern Caspian Sea Basin. Abzian Press, Tehran, Iran .
Alexander, D.H., Novembre, J. and Lange, K., 2009. Fast model-based estimation of ancestry in unrelated individuals. Genome Research. 19, 1655-1664 .
Aljanabi, S.M. and Martinez, I., 1997. Universal and rapid salt-extraction of high quality genomic DNA for PCR-based techniques. Nucleic Acids Research. 25, 4692-4693 .
Almodóvar, A., Nicola, G.G., Ayllón, D. and Elvira, B. 2012. Global warming threatens the persistence of Mediterranean brown trout. Global Change Biology. 18, 1549-1560 .
Andrews, S., 2010. A quality control tool for high throughput sequence data. Fast QC. 390-391.
Andrews, K.R., Good, J.M., Miller, M.R., Luikart, G. and Hohenlohe, P.A., 2016. Harnessing the power of RADseq for ecological and evolutionary genomics. Nature Reviews Genetics. 17, 81-92 .
Ballard, J.W.O. and Whitlock, M.C., 2004. The incomplete natural history of mitochondria. Molecular Ecology. 13, 729-744.
Benestan, L., Gosselin, T., Perrier, C., Sainte‐Marie, B., Rochette, R. and Bernatchez, L., 2015. RAD genotyping reveals fine‐scale genetic structuring and provides powerful population assignment in a widely distributed marine species, the A merican lobster (Homarus americanus). Molecular Ecology. 24, 3299-3315 .
Catchen, J., Hohenlohe, P.A., Bassham, S., Amores, A. and Cresko, W. A., 2013. Stacks: an analysis tool set for population genomics. Molecular Ecology. 22, 3124-3140 .
Esteve, M., Abdoli, A., Segherloo, I.H., Golzarianpour, K. and Ahmadi, A.A., 2017. Observations of male choice in brown Trout (Salmo trutta) from Lar National Park, Iran. Brown Trout: Biology, Ecology and Management. 165-178.
Fazli, H., Azari, H., Moghim, M., Kor, D., Nabavi Jelodar, E., and Taleshian, H., 2011. Growth and mortality of brown trout, Salmo trutta fario in Lar dam, Iran. Iranian Journal of Fisheries Sciences. 11, 47-37.
Frankham, R., Ballou, J.D. and Briscoe, D.A., 2004. A Primer of ConservationG. Cambridge University Press. New York. 234 p.
Hallerman, E.M., 2003. Population genetics: Principles And Applications For Fisheries Scientists. American Fisheries Society, Bethesda, Maryland: 458 pp.
Hashemzadeh Segherloo, I., Farahmand, H., Abdoli, A., Karami, M. and Bernatchez, L., 2009. Morphological comparison of brown trout, Salmo trutta fario, populations of Haraz, Lighvan and Mardagh Rivers. Journal of Fisheries, Iranian Journal of the Natural Resourses. 62, 69-80. (In Persian with English Abstract).
Jombart, T. and Collins, C., 2015. A Tutorial for Discriminant Analysis of Principal Components (DAPC) Using Adegenet 2.0. 0. London: Imperial College London, MRC Centre for Outbreak Analysis and Modelling. UK.
Jeffries, D.L., Copp, G.H., Handley, L.L., Olsén, H., Sayer, C.D. and Hänfling, B., 2015 .Comparing RADseq and microsatellites to infer complex phylogeographic patterns, a real data informed perspective in the Crucian carp, Carassius carassius L. Molecular Ecology, 25(13), 2997-3018.
Jonsson, B. and Jonsson, N., 1993. Partial migration: niche shift versus sexual maturation in fishes. Reviews in Fish Biology and Fisheries. 3, 348-365 .
Martin, M., 2011. Cutadapt removes adapter sequences from high-throughput sequencing reads. EMBnet. Journal. 17(1), 10-12.
McGuire, J.A., Linkem, C.W., Koo, M.S., Hutchison, D.W., Lappin, A.K., Orange, D.I., Lemos‐Espinal, J., Riddle, B.R. and Jaeger, J.R., 2007. Mitochondrial introgression and incomplete lineage sorting through space and time: phylogenetics of crotaphytid lizards. Evolution. 61, 2879-2897 .
Mostafavi, H., Pletterbauer, F., Coad, B.W., Mahini, A.S., Schinegger, R., Unfer, G., Trautwein, C. and Schmutz, S., 2014. Predicting presence and absence of trout (Salmo trutta) in Iran. Limnologica. 46, 1-8 .
Olsson, I. and Greenberg, L., 2004. Partial migration in a landlocked brown trout population. Journal of Fish Biology. 65, 106-121 .
Puritz, J.B., Addison, J.A. and Toonen, R.J., 2012. Next-generation phylogeography: a targeted approach for multilocus sequencing of non-model organisms. PLoS One. 7, e34241 .
Rashidabadi, F., Abdoli, A., Tajbakhsh, F., Nejat, F. and Avigliano, E., 2019. Unravelling the stocks structure of the Persian brown trout by otolith and scale shape. Journal of Fish Biology. 96(2), 307-315 .
Rusk, N., 2010. Torrents of sequence. Nature Methods, 8(1), p.44.
Salavatian, S.M., Abbasi, K., Azari Takami, Q., Moradi Chafi, M. and Bakhtiari Agh-Masjed, S., 2015. Investigation of grows condition of Salmo trutta fario in Lar Reservoir Lake. Journa of Animal Biology. 7, 35-48. (In Persian with English Abstract).
Sedighkia, M., Abdoli, A., Ayyoubzadeh, S.A. and Ahmadi, A., 2018. Modelling of thermal habitat loss of brown trout (Salmo trutta) due to the impact of climate warming. Ecohydrology and Hydrobiology. 19, 167-177 .
Takahashi, K., Terai, Y., Nishida, M. and Okada, N., 2001. Phylogenetic relationships and ancient incomplete lineage sorting among cichlid fishes in Lake Tanganyika as revealed by analysis of the insertion of retroposons. Molecular Biology and Evolution. 18, 2057-2066.
)