Population genetics of three coral reef fishes of Cuba : stegastes partitus, Haemulon flavolineatum and Acanthurus tractus

Dispersal of marine fishes mainly depends on passive transport of planktonic larvae driven by ocean currents. It allows populations to be connected through thousands of kilometers but also make them sensitive to factors limiting larval dispersion. In this regard it is known that there are several physical and biological factors that determine the distribution of marine species larvae and therefore population connectivity.The present work aims to study the effects of geographic traits of Cuban archipelago and biological characteristics of reef fishes inhabiting it on the genetic structure of their populations. Three different species with distinct biological characteristics and broadly distributed within the Caribbean were selected: Stegastes partitus, Haemulon flavolineatum and Acanthurus tractus. Individuals were sampled from five localities distributed around Cuba during the time period from 2005 to 2010. We analyzed mitochondrial DNA (mtDNA) polymorphism: a fragment of the non coding region (NCR) for the three species and cytb for A. tractus. The polymorphism of nuclear microsatellite loci was studied for S. partitus and H. flavolineatum.Genetic diversity, assessed by means of Ho and He have high values when analysing microsatellite loci. These molecular markers revealed the presence of contrasting geographic structure patterns for the two species. Low but significant pairwise FST estimates were obtained for S. partitus while H. flavolineatum was genetically homogenous. These results were supported by mtDNA analyses. Likewise, A. tractus showed no evidence of significant genetic differentiation at the level of the NCR and cytb gene. Differences in population genetic structure of surveyed species could be the result of extant marine currents acting distinctly on species dispersion according to their reproductive behaviour (i.e. spawning sites, benthonic or pelagic eggs and capacity of larvae to staying close to the natal reef or being driven away from it). Mitochondrial markers showed high levels of haplotypic diversity for the three species and contrasted nucleotide diversity, low for S. partitus, intermediate for H. flavolineatum and high for A. tractus. According to these observations and results of neutrality tests and mismatch distribution analyses, it is suggested that recent population expansion occurred in these species. However differences in population parameter estimations suggest that the time and the rate of population expansion were different for the different species.The analysis of A. tractus cytb haplotype relationships grouped some Cuban individuals with two haplotypes previously described as A. bahianus. This latter species has been recently proposed as restrict to South Atlantic and separated from A. tractus by the Amazon-Orinoco outflow barrier. The presence of mtDNA haplotypes from the southern region in Cuba suggests that A. bahianus may be able to overcome this barrier.
La dispersion des poissons des récifs coralliens dépend, pour une large part, de l’existence de larves pélagiques qui peuvent être transportées au sein des courants marins loin de la population source. De l’efficacité de ce transport dépendra l’existence de populations formant un continuum, plus ou moins connectées, tout le long des zones de récifs. Toutefois, ce phénomène de dispersion est complexe et il implique aussi d’autres facteurs, physiques et biologiques, qui influent sur la dispersion de ces organismes.L’objectif de cette thèse a été d’étudier les effets des caractéristiques géographiques de l’archipel cubain et de la biologie des espèces sur la structure génétique et la connectivité des populations de poissons de récifs en utilisant comme modèle trois espèces présentant des traits d’histoire de vie différents : Stegastes partitus, Haemulon flavolineatum et Acanthurus tractus.Nous avons échantillonné des individus adultes dans cinq localités situées autour de l´archipel cubain pendant la période 2005-2010. Le polymorphisme de marqueurs microsatellites a été étudié chez S. partitus et H. flavolineatum, celui de la région non codante de l’ADNmt chez les trois espèces et celui du gène cytb chez A. tractus.L’analyse de la diversité génétique des locus microsatellites révèle des taux d’hétérozygotie observés (Ho) et attendus (He) élevés à chaque locus et pour les deux espèces, mais elles présentent différents patrons d’organisation de la diversité génétique. Chez S. partitus, la comparaison des localités prises deux à deux nous montre une différentiation exprimée par des valeurs de FST très faibles mais significatives, alors que chez H. flavolineatum aucune structuration géographique n’est observée. Ces résultats sont confirmés au niveau de l’ADN mitochondrial, lequel indique aussi une absence de différentiation d’A. tractus pour l’ensemble des localités étudiées. Les différences de structuration génétique des espèces étudiées pourraient être le résultat des effets des courants marins autour de l’ile qui agissent de façon différente sur la dispersion des espèces en fonction de leur comportement reproducteur (e.g. sites de fraie, œufs pélagiques ou benthiques et capacité des larves de rester prêt des récifs natals ou d’être transportés au loin).Pour les marqueurs mitochondriaux, nous avons obtenu des valeurs élevées de diversité haplotypique pour les trois espèces, mais la diversité nucléotidique est très différente selon les espèces, faible chez S. partitus, grande chez H. flavolineatum, et très grande chez A. tractus. La distribution du nombre de différences entre les séquences suggère que ces populations sont passées par des périodes d’expansion démographique. Ceci est confirmé par les estimations des paramètres de tests de neutralité. Les paramètres caractérisant la croissance des populations qui ont été obtenus pour les trois espèces ne sont pas semblables, ce qui suggère que le temps et l’ampleur des événements d’expansion ont été différents pour les trois espèces.L’analyse du gène cytb nous a permis d’identifier des haplotypes chez A. tractus qui n’avaient été observés préalablement que chez A. bahianus. L’aire de répartition de cette dernière espèce a été récemment restreinte à l’Atlantique Sud sur la base de la divergence génétique avec A. tractus et de la séparation géographique qui est maintenu par la barrière que constitue l’embouchure des rivières Orénoque et Amazone. La présence d’haplotypes du sud à Cuba suggère que des individus du sud ont été capables de traverser cette barrière.