Uncovering population structure in the Humboldt penguin (Spheniscus humboldti) along the Pacific coast at South America
Spheniscus humboldti
Cardeña, M, Dantas, G. P, De Melo, D. R, Flores, M. D, González-Acuña, D, Le Bohec, C, Luna-Jorquera, G., Morgante, J. S, Oliveira, L. R, Santos, A. M, Simeone, A., Valdés-Velásquez, A, Vianna, J. A
La hipótesis de las surgencias se ha propuesto para explicar la reducción o la falta de estructura poblacional en especies de aves marinas especializadas en los recursos alimentarios disponibles en las surgencias de aguas frías. Sin embargo, la estructura genética de la población puede ser difícil de detectar en especies con grandes tamaños de población, ya que la variación en las frecuencias alélicas es más sólida bajo la deriva genética. El alto flujo de genes entre poblaciones, que puede ser constante o pulsos de migración en un período corto, también puede disminuir el poder de los algoritmos para detectar la estructura genética. Las especies de pingüinos suelen tener poblaciones de gran tamaño, alta capacidad migratoria pero comportamiento filopátrico, e investigaciones recientes debaten la existencia de una estructura poblacional sutil para algunas especies no detectadas antes. Un estudio anterior sobre pingüinos de Humboldt encontró falta de estructura genética poblacional en las colonias de Punta San Juan y del sur de Chile. Aquí, utilizamos ADNmt y marcadores nucleares (10 microsatélites y el intrón RAG1) para evaluar la estructura poblacional de 11 colonias reproductoras principales de pingüinos de Humboldt, cubriendo toda la distribución espacial de esta especie. Aunque el ADNmt no pudo detectar la estructura de la población, los loci de microsatélites y el intrón nuclear detectaron la estructura de la población a lo largo de su distribución latitudinal. El microsatélite mostró valores Rst significativos entre la mayoría de las ubicaciones por pares (44 de 56 ubicaciones, Rst = 0,003 a 0,081) y el 86% de los individuos fueron asignados a su colonia muestreada, lo que sugiere filopatría. ESTRUCTURA detectó tres conglomerados genéticos principales según ubicaciones geográficas: i) Perú; ii) Norte de Chile; y iii) Centro-Sur de Chile. El pingüino de Humboldt muestra una expansión poblacional notable después del Último Máximo Glacial (LGM), lo que sugiere que la estructura genética de la especie es el resultado de la dinámica poblacional y del afloramiento de aguas más frías que favorecen el flujo de genes y la tasa filopátrica. Por lo tanto, nuestros hallazgos resaltan que los marcadores variables y un muestreo amplio a lo largo de la distribución de las especies son cruciales para comprender mejor la estructura genética de la población en animales con alta capacidad de dispersión.
The upwelling hypothesis has been proposed to explain reduced or lack of population structure in seabird species specialized in food resources available at cold-water upwellings. However, population genetic structure may be challenging to detect in species with large population sizes, since variation in allele frequencies are more robust under genetic drift. High gene flow among populations, that can be constant or pulses of migration in a short period, may also decrease power of algorithms to detect genetic structure. Penguin species usually have large population sizes, high migratory ability but philopatric behavior, and recent investigations debate the existence of subtle population structure for some species not detected before. Previous study on Humboldt penguins found lack of population genetic structure for colonies of Punta San Juan and from South Chile. Here, we used mtDNA and nuclear markers (10 microsatellites and RAG1 intron) to evaluate population structure for 11 main breeding colonies of Humboldt penguins, covering the whole spatial distribution of this species. Although mtDNA failed to detect population structure, microsatellite loci and nuclear intron detected population structure along its latitudinal distribution. Microsatellite showed significant Rst values between most of pairwise locations (44 of 56 locations, Rst = 0.003 to 0.081) and 86% of individuals were assigned to their sampled colony, suggesting philopatry. STRUCTURE detected three main genetic clusters according to geographical locations: i) Peru; ii) North of Chile; and iii) Central-South of Chile. The Humboldt penguin shows signal population expansion after the Last Glacial Maximum (LGM), suggesting that the genetic structure of the species is a result of population dynamics and foraging colder water upwelling that favor gene flow and phylopatric rate. Our findings thus highlight that variable markers and wide sampling along the species distribution are crucial to better understand genetic population structure in animals with high dispersal ability.
