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Caracterización genética de híbridos entre las especies Mytilus edulis platensis y Mytilus galloprovincialis (Mytilidae: Bivalvia) en la costa chilena

Genetic characterization of hybrids between species Mytilus edulis platensis and Mytilus galloprovincialis (Mytilidae: Bivalvia) in the Chilean coast

Andrea Valenzuela¹, Marcela P. Astorga², Pablo A. Oyarzún^3,4 & Jorge E. Toro⁴

¹Doctorado en Ciencias de la Acuicultura, Universidad Austral de Chile P.O. Box 1327, Puerto Montt, Chile.
²Instituto de Acuicultura, Universidad Austral de Chile, P.O. Box 1327, Puerto Montt, Chile.
³Doctorado en Biología Marina, Universidad Austral de Chile, Independencia 641, Valdivia, Chile.
⁴Instituto de Ciencias Marinas y Limnológicas, Universidad Austral de Chile Independencia 641, Valdivia, Chile.

Correspondencia: Andrea Valenzuela (andreavalenz@gmail.com)
Corresponding editor: Cristian Aldea

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RESUMEN. Dada la capacidad de hibridación entre Mytilus edulis platensis y M. galloprovincialis, se planteó evaluar la variabilidad genética de la descendencia híbrida en relación a las especies puras a partir de 8 loci de microsatélites. Se observaron diferencias genéticas entre la descendencia híbrida en comparación a las especies puras, siendo la descendencia híbrida la que presenta los mayores valores de heterocigosidad observada promedio (Ho = 0,63 ± 0,28), con valores de endogamia que tienden mayoritariamente hacia valores de F_is negativos, evidenciando un exceso de heterocigotos en los híbridos en comparación a los individuos puros, quienes presentaron desvíos significativos hacia valores de F_is positivos. El análisis de componentes principales muestra tres grupos claramente diferenciados entre las muestras analizadas, identificando a la descendencia híbrida como un grupo intermedio entre las especies puras.

Palabras clave: Mytilus edulis platensis, Mytilus galloprovincialis, híbridos, caracterización genética, microsatélites.

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ABSTRACT. Given the hybridization ability between species Mytilus edulis platensis andM. galloprovincialis, this research proposed to assess the genetic variability of the hybrid offspring in relation to pure species, using 8 loci microsatellites. The study found differences between hybrid offspring comparing to pure species. The hybrid offspring had the highest observed mean heterozygosity values (Ho = 0,63 ± 0,28) and low values of inbreeding, which tend to significant deviations to negative values of (F_is), demonstrating excess of heterozygote in hybrids comparing with pure species, which displayed significant deviations towards positive values of Fis. The principal component analysis shows three distinct groups among the samples analyzed, identifying the hybrid offspring as an intermediate group between pure species.

Keywords: Mytilus edulis platensis, Mytilus galloprovincialis, hybrids, genetic characterization, micro-satellites.

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El género Mytilus (Mytilidae, Bivalvia) se distribuye de forma antitropical en todos los océanos y principales mares del mundo (McDonald et al., 1991; Hilbish et al., 2000). Muchas de sus poblaciones han sido causa de procesos de colonización reciente hacia nuevas ubicaciones (McDonald et al., 1991; Westfall & Gardner, 2013), permitiendo la posibilidad de hibridación, cuando éstas se encuentran en simpatría, debido a la estrecha relación evolutiva de este grupo de especies.

Se ha podido encontrar zonas naturales de hibridación en sectores donde co-habita más de una especie (Rawson et al., 1999; Westfall & Gardner, 2010).

Estos ambientes proveen una excelente oportunidad para estudiar la interacción genómica natural, como la selección en zonas de hibridación (Wilhelm & Hilbish, 1998), procesos de introgresión genética (Brannock et al., 2009), viabilidad reproductiva (Brannock & Hilbish, 2010) y diferencias fisiológicas (Hilbish et al., 1994; Oyarzún et al., 2012), entre otras.

En Chile, se encuentra Mytilus edulis platensis D'Orbigny, 1846 (Mollusca: Mytilidae), conocida históricamente como Mytilus chilensis, que ha estado sujeta a una continua revisión taxonómica por parte de varios autores (Koehn et al., 1991; McDonald et al., 1991; Gerard et al., 2008; Borsa et al., 2012; Astorga et al., 2015), quienes encontraron que la mayoría de las poblaciones del Hemisferio Sur representan a un linaje diferente a las poblaciones del Hemisferio Norte. Esta especie es un recurso de importancia económica, debido a los altos valores de desembarques producto de la acuicultura, los que han aumentado en la últimas décadas, variando de 3.352 ton en 1992 a 258.188 ton en el 2013 (SERNAPESCA, 2014). Se distribuye desde la costa Pacífica chilena hasta la Patagonia Argentina, en las Islas Falkland e Islas Kerguelen (McDonald et al., 1991). Algunos autores establecen la presencia de dos especies en la costa chilena. Daguin & Borsa (2000) demostraron la presencia de M. galloprovincialis en la zona de Chile central mediante marcadores de ADN nuclear; Toro et al. (2004) mencionan la presencia de esta especie en la región del Bio-Bío (36°S) mediante análisis de isoenzimas y Westfall et al. (2010) mencionan su presencia también en la región del Bio-Bío, mediante PCR-RFLP y gen Me15/16. Luego, Astorga (2012) mediante secuenciación de ADN logra diferenciar M. galloprovincialis de M. edulis platensis en la costa chilena, confirmando su presencia en dicha zona. Adicionalmente, los últimos reportes de Oyarzún et al. (2015) sugieren la presencia de M. edulis en la región de Magallanes (52°S) junto con M. edulis platensis y M. galloprovincialis por medio de PCR-RFLP y el gen Me15/16. Además, en su trabajo reportan por primera vez alelos de M. trossulus en el Hemisferio Sur y establecen el primer registro de una zona híbrida natural entre M. edulis y M. edulis platensis.

Mytilus galloprovincialis, originaria del Mediterráneo y con conexión hacia el Atlántico, además de encontrarse en algunas localidades de Australia y del Hemisferio Sur (McDonald et al., 1991; Daguin & Borsa 2000; Hilbish et al., 2000), se considera una especie altamente invasiva, siendo capaz de desplazar a otros mitílidos autóctonos donde ha sido introducida (Branch & Steffani, 2004). Tiene la capacidad de hibridar con especies congenéricas cuando se encuentran en simpatría (Lowe et al., 2000). Dicha especie, ha sido introducida por la acuicultura y el transporte marítimo, dentro del rango de distribución de M. trossulus, resultando en extensas zonas híbridas entre ambas especies en distintas localidades, como: California (Rawson et al., 1999), Puget Sound en Estados Unidos (Anderson et al., 2002), Rusia (Skurikhina et al., 2001) y Japón (Inoue et al., 1995; Brannock et al., 2009), demostrando que los híbridos F1 entre M. gallopro-vincialis y M. trossulus se producen en alta cantidad y que la incompatibilidad de gametos entre ambas especies es prácticamente inexistente. Este hallazgo es consistente con estudios previos de laboratorio, que no reportan dificultades en la formación de los híbridos F1 de los cruces entre M. galloprovincialis y M. trossulus (Matson et al., 2003). También se han reportado estudios en el Atlántico nororiental, donde se ha detectado que M. edulis y M. galloprovincialis pueden hibridar, provocando de esta forma un mosaico de poblaciones de M. edulis, M. galloprovincialis y sus híbridos (Skibinski et al., 1983; Bierne et al., 2003). También se ha demostrado el éxito de fecundación y desarrollo en laboratorio de la descendencia híbrida, en este caso, entre M. edulis platensis y M. galloprovincialis desde muestras obtenidas de la costa chilena (Toro et al., 2012).

A partir del éxito de hibridación de manera experimental entre M. edulis platensis y M. gallopro-vincialis en Chile, se plantea como objetivo evaluar los niveles de variabilidad genética de la descendencia híbrida y de las especies puras a través de 8 loci de microsatélites, para caracterizar la descendencia hibrida y determinar a futuro su posible presencia en el medio natural.

Se compararon 20 individuos adultos de M. edulis platensis provenientes de bancos naturales de Yaldad (43°06'S, 73°43'W) y 20 ejemplares adultos de M. galloprovincialis procedentes de bancos naturales de Caleta Tumbes (36°43'S, 73°08'W, con 20 individuos híbridos correspondientes a la F1 de cruzamientos individuales entre un macho de una especie con una hembra de la otra especie y viceversa. Para esto los individuos fueron acondicionados en laboratorio, en contenedores separados para evitar fecundación no planificada, e inducidos al desove. Posterior al desove se diseñó el cruzamiento exclusivo entre machos y hembras de las diferentes especies, asegurando una descendencia 100% híbrida, de acuerdo a Toro et al. (2012).

La extracción de ADN de los adultos de las especies puras y de los juveniles de la F1 de la descendencia híbrida, se realizó siguiendo el método de extracción estándar fenol/cloroformo/alcohol isoamílico y precipitación con etanol (Doyle & Doyle, 1987). Para el análisis genético se utilizaron 8 loci de microsatélites diseñados específicamente para M. edulis platensis y se realizó siguiendo las condiciones mencionadas por Ouagajjou et al. (2011). El producto de amplificación fue leído en un secuenciador automático y se evaluó mediante el programa Peak Scanner v.1.0.

Para estimar la presencia de alelos nulos y eliminar errores de lectura, se utilizó el programa Microchecker v.2.2.3 (Van Oosterhout et al., 2004). La comparación entre especies puras y descendencia híbrida se realizó mediante la comparación de los estadísticos genéticos: número de alelos por locus, frecuencias alélicas y heterocigosidad, que fueron calculados usando el programa Arlequin v.3.5.1.2 (Schneider et al., 2000). Se realizó un análisis multivariado de componentes principales, mediante el programa Genetix 4.05 (Belkhir et al., 2004).

Al evaluar la caracterización genética a partir de los 8 loci de microsatélites seleccionados se identificó un total de 59 alelos entre los individuos de M. edulis platensis, M. galloprovincialis y la descendencia híbrida. Se encontraron valores mayores de hetero-cigosidad observada promedio en la descendencia híbrida (0,63 ± 0,28), en relación a las especies puras M. edulis platensis (0,38 ± 0,24) y M. galloprovincialis (0,35 ± 0,22). No se observaron mayores fluctuaciones en los valores del número de alelos promedio por locus (MEP: 4,5; MGA: 4,6 y HB: 4,4) y rango alélico (MEP: 38,00; MGA: 35,50 y HB: 43,00) entre los tres grupos (Tabla 1).

Tabla 1. Descriptivos genéticos para M. edulis platensis, M. galloprovincialis y descendencia híbrida a partir de 8 loci de microsatélites. Na: número de alelos, Ra: rango alélico, H>: heterocigosidad observada y He: heterocigosidad esperada según EH-W. DE: desviación estándar, Valores significativos en negrita. *P < 0,05; **P < 0,01; ***P < 0,001.

Por su parte, el coeficiente de endogamia (F_is) promedio total con una P < 0,05 para los individuos de M. edulis platensis, M. galloprovincialis fue de 0,380 y 0,412, respectivamente, donde la descendencia híbrida evidenció un Fis inferior a -0,058. En los individuos de M. edulis platensis, 5 loci presentaron desvíos significativos del equilibrio Handy-Weinberg (H-W), hacia valores de Fis positivos, y un loci presentó desvío hacia valores negativos, sugiriendo que en la mayoría de los loci existiría una deficiencia de heterocigotos para los individuos de esta especie. En los individuos de M. galloprovincialis, 5 loci presentaron desvíos signifi-cativos del equilibrio H-W hacia valores de Fis positivos, sugiriendo igualmente una deficiencia de heterocigotos en este grupo. En cambio, en la descendencia híbrida, 2 loci presentaron desvíos significativos del equilibrio H-W con valores de Fis negativo, el resto de los valores no fueron significativos, pero tienden hacia valores de Fis negativos, evidenciando un exceso de heterocigotos en la descendencia híbrida en relación a las especies puras (Tabla 2).

Tabla 2. Coeficiente de endogamia (F_is) para la hipótesis nula F_iS = 0 en los 8 loci polimórficos para M. edulis platensis, M. galloprovincialis y descendencia híbrida. Significancia para hipótesis nula F_iS = 0: *P < 0,05; **P < 0,01; ***P < 0,001.

El análisis multivariado de componentes principales mostró que en los tres grupos, tanto la descendencia híbrida, como las especies puras M. edulis platensis y M. galloprovincialis, tienden a segregarse en base al conjunto de loci analizados, logrando diferenciar la descendencia hibrida como un grupo genéticamente intermedio entre las especies puras (Fig. 1).

Figura 1. Análisis de componentes principales para individuos de M. edulis platensis (YAL), M. galloprovincialis (TUM) y descendencia híbrida (HIB).

Diversos estudios sobre la producción de híbridos en laboratorio han sido reportados para diferentes especies de mitílidos en el mundo (Zouros et al., 1992; Matson et al., 2003; Beaumont et al. 2005). Recientemente, se comprobó el éxito de hibridación entre M. edulis platensis y M. galloprovincialis, donde se evaluó el desarrollo larval temprano y crecimiento entre las líneas puras e híbridas, observando que tanto las larvas como los juveniles de los híbridos crecieron significativamente más que las larvas de las especies puras (Toro et al., 2012), lo cual se explicaría por la mayor variabilidad observada en dicho grupo.

El mayor número de loci heterocigotos en la descendencia híbrida se debería al cruzamiento entre individuos de especies puras que aportan alelos privados a la descendencia híbrida, similar a lo reportado por Hilbish et al. (2002) en zonas híbridas entre M. edulis y M. galloprovincialis, donde también se observó que las poblaciones de híbridos se caracterizan por presentar alta frecuencia de individuos con genotipos heterocigotos, con evidente aumento en la longitud de la concha en comparación a las especies puras. A su vez, que los individuos puros de M. edulis platensis y M. galloprovincialis presenten valores de Fis positivos, indicaría un déficit de heterocigotos en estas especies, que resulta coincidente con la literatura, al reportar que muchas de las poblaciones de mejillones en ambientes naturales presentan un déficit de heterocigotos producto de la consanguinidad y mezcla de sus poblaciones (Raymond et al., 1997).

El éxito de hibridación entre estas especies se estaría dando por el reconocimiento de gametos entre especies estrechamente relacionadas como M. galloprovincialis y M. edulis platensis (Mc Donald et al., 1991). La separación genética observada en este trabajo entre especies puras y éstas con los híbridos, confirma que a pesar de la baja separación entre especies, éstas sí presentan algún grado de diferenciación genética posible de medir con este tipo de marcadores de alta resolución, como los microsatélites.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen el financiamiento que hizo posible esta investigación, realizado por el proyecto FONDECYT 1120419 y el patrocinio de CONICYT por financiamiento de Tesis.

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Received: 5 September 2014; Accepted: 10 November 2015.