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The genetic diversity of the specimens of four natural populations of Arapaima from Araguaia-Tocantins basin was assessed within and among these stocks, using five primers for ISSR. COI (cytochrome c oxidase subunit I ) partial sequences confirmed that the specimens belongs to Arapaima gigas . The ISSR provided 168 loci, of which 165 were polymorphic. However, the number of loci for each population and expected heterozygosity values were low. AMOVA showed 52.63% intra-population variation and 47.37% inter-population variation. The F ST was high among all populations (F ST ≥ 0.25), however, the cluster analysis (PCoA) and Bayesian inference showed three major groups: Araguaiana-MT + São Félix do Araguaia-MT, Novo Santo Antônio-MT and Itupiranga-PA. The genetic distance was not correlated with geographical distance. The ISSR marker revealed that the populations of the Araguaia-Tocantins are structured and have a low genetic diversity. These are the first data from a population analysis using molecular markers for A. gigas of Araguaia-Tocantins basins and may be used to define the best management strategies and conservation projects for this species. A diversidade genética dos espécimes de quatro populações naturais de Arapaima coletados na bacia do Araguaia-Tocantins foi avaliada com base em cinco primers para marcadores moleculares ISSR. A sequência parcial do COI (cytochrome c oxidase subunit I ) confirmou que os espécimes pertencem à espécie Arapaima gigas . Os ISSR forneceram 168 loci , dos quais 165 polimórficos. No entanto, para cada população, os valores de heterozigosidade esperada foram baixos. A AMOVA mostrou 52,63% de variação intrapopulacional e 47,37% interpopulacional. O F ST foi alto entre todas as populações (F ST ≥ 0,25); entretanto, a análise de agrupamento e a inferência Bayesiana mostraram três grandes grupos: Araguaiana-MT + São Félix do Araguaia-MT, Novo Santo Antônio-MT e Itupiranga-PA. A distância genética não teve correlação com a distância geográfica. Os ISSRs se mostraram eficientes para determinar a diversidade genética para a A. gigas , revelando que as populações da bacia Araguaia-Tocantins estão estruturadas e com baixa diversidade genética. Estes são os primeiros dados de análise populacional utilizando ISSR para A. gigas da bacia Araguaia-Tocantins e poderão ser utilizados para definir as melhores estratégias de manejo e projetos de conservação dessa espécie.