Mitochondrial haplotype variations of Clarias camerunensis and C. gariepinus in Cameroon

Abstract

카메룬에 서식하는 메기과 어류 2종, Clarias camerunensis와C. gariepinus의 미토콘드리아 유전자형 변이 Piyumi Sandaruwani De Alwis 부경대학교 대학원 해양생물학과 요약 아프리카 담수환경에 서식하는 Clariidae 속 메기는 32종이 알려져 있으며 복잡한 형태적 특성과 가변성 때문에 종 수준의 동정이 어렵다. 형태적인 분석이 어려워 이전 연구에서 생물학적 및 생태학적 조사가 Clarias gariepinus 단일 종으로 제한되어 아프리카 해역의 Clariidae 속 어류의 진화와 계통발생학적 이해가 부족하다. 본 연구에서는 카메룬의 Nyong강에서 채취한 C. camerunensis와 C. gariepinus의 63개 미토콘드리아 Cytochrome c oxidase subunit 1(COI) 유전자 염기서열을 비교 분석한 결과로 두 종 모두 아프리카 및 아시아에 위치한 다른 Clarias와 종내(2.7% 및 2.31%) 및 종간(6.9% ~ 16.8% 및 11.4% ~ 15.1%) 유전적 거리를 가지고 있었다. C. camerunensis 및 C. gariepinus은 각각 13개 및 20개의 구분되는 반수체형을 보였다. TCS 네트워크분석을 통해 아프리카 해역에서 C. camerunensis의 고유한 지역적 반수체형을 보인반면 C. gariepinus는 공유된 지역적 반수체형을 나타냈다. 다양한 종 구분 방법론(ABGD 및 PTP)을 통해 각각 총 20개 및 22개의 MOTU(분자 작동 분류 단위)를 확인했했으며. 연구된 2종의 Clarias 종 중에서 우리는 C. camerunensis에서 개체군 구조 및 계통발생학적 결과와 호환되는 하나 이상의 MOTU를 발견했다. 베이지안 추론 분석에 의해 생성된 계통 발생은 C. camerunensis 및 C. gariepinus를 다른 Clarias 종과 설득력 있게 구별했으며 강력한 사후 확률 제공했다. C. camerunensis의 미토콘드리아 유전체는 (16,511 bp) 13개의 단백질 암호화 유전자, 2개의 리보솜 RNA (rRNA), 22개의 운반 RNA (tRNA) 및 단일 AT가 풍부한 조절 영역을 포함하고 있다. 중쇄는 28개의 유전자가 포함되어 있는 반면 경쇄는 ND6 및 8개의 tRNA 유전자가 포함되어 있었다. C. camerunensis의 미토콘드리아 유전체은 다른 Clarias 종에서 볼 수 있듯이 AT 편향 (56.89%) 을 보이고 있었다. 비교 분석 결과 대부분의 Clarias 종은 6개의 중첩 영역과 11개의 유전자간 스페이서 영역을 가지고 있는 것으로 나타났다. ATG 개시코돈 및 TAA종결코돈은 대부분의 단백질 암호화 영역에 사용되었다. C. camerunensis의 tRNA는 tRNA-serine을 제외하고 특징적인2차 구조를 보였다. 비암호화 영역에서 보존된 도메인의 위치는 실질적으로 다양한 뉴클레오티드를 가진 모든 Clarias 종에서 일관되게 나타났다. 최대 가능도 및 베이지안 기반 모계 계통 발생은 모든 Clarias 종을 알려진 범위(중국 남부, Sundaland, 인도차이나, 인도 및 아프리카)를 기준으로 5개의 분기군으로 명확하게 구분되었다. TimeTree 연구는 Clarias 종의 두 가지 주요 분기군(인도 아프리카와 아시아)이 고생대(2866 MYA) 동안 분리되었을 수 있음을 발견했으며, 아프리카 수계에서 C. camerunensis 잠재적인 다양성 및 동종 종분화의 존재를 확인하였다. 또한 C. gariepinus가 부적절한 양식 등으로 유전적 다양성이 감소되었다는 것을 보여준다. 본 연구는 아프리카 및 다른 대륙에서 다양한 Clarias 종을 밝히기 위해 여러 강 유역의 동일하고 관련된 종에 유사한 전략을 적용할 것을 제안한다. 본 연구 결과에 따르면 인도 종(Clarias dussumieri)과 아프리카 종(C. camerunensis 및 C. gariepinus)은 팔레오기 동안 분리되었으며, 중국 남부 종(Clarias fuscus)과 Sundaland 종(Clarias batrachus)은 인도차이나 종(Clarias macrocephalus)에서 분리되었다. 이 생물학적 상호 작용 패턴은 Clarias 종의 진화 역사에서 지형 및 지질학적 사건의 중요성을 강조합니다. 다양한 지역에서 얻은 유전자 데이터의 풍부함은 아프리카 및 아시아 국가에서 Clarias 종의 진정한 다양성을 입증할 것이다. |Mitochondiral haplotype variations of Clarias camerunensis and C. gariepinus in Cameroon Piyumi Sandaruwani De Alwis Department of Marine Biology, The Graduate School, Pukyong National University

ABSTRACT

The air-breathing walking catfish (Clariidae: Clarias) consists of 32 species that are native to African freshwater environments. Because of their complicated taxonomy and variability, species-level identification of this group is difficult. Prior to this study, biological and ecological investigations were limited to a single species, Clarias gariepinus, resulting in a skewed understanding of genetic diversity in African waters. The 63 mitochondrial Cytochrome c oxidase subunit 1 (COI) gene sequences of Clarias camerunensis and Clarias gariepinus from Cameroon's Nyong River were produced here. Both C. camerunensis and C. gariepinus species preserved appropriate intra-species (2.7% and 2.31%) and inter-species (6.9% to 16.8% and 11.4% to 15.1%) genetic distances with other Clarias congeners located in African and Asian/Southeast Asian drainages. The mtCOI sequences indicated 13 and 20 distinct haplotypes of C. camerunensis and C. gariepinus, respectively. TCS networks indicated unique haplotypes of C. camerunensis and shared haplotypes of C. gariepinus in African waters. The various species delimitation methodologies (ABGD and PTP) identified a total of 20 and 22 molecular operational taxonomic units (MOTUs), respectively. Among the two Clarias species studied, we discovered more than one MOTU in C. camerunensis, which is compatible with population structure and tree topology results. The phylogeny created by Bayesian Inference analysis convincingly distinguished C. camerunensis and C. gariepinus from other Clarias species, with strong posterior probability supports. This mitogenome of C. camerunensis was circular (16,511 bp long) and contained 13 protein-coding genes (PCGs), two ribosomal RNAs (rRNAs), 22 transfer RNAs (tRNAs), and a single AT-rich regulatory region. The heavy strand contains 28 genes, whereas the light strand contains ND6 and eight tRNA genes. The mitochondrial genome of C. camerunensis is AT-biased (56.89%), as shown in other Clarias species. The comparative analysis found that the majority of Clarias species had six overlapping and 11 intergenic spacer regions. The ATG start and TAA end codons were used to launch and terminate the majority of PCGs. Except for tRNA-serine, the tRNAs of C. camerunensis folded into the characteristic cloverleaf secondary structure. The positioning of the conserved domains in the control area was consistent in all Clarias species with substantially varied nucleotides in conservation blocks I. Maximum-likelihood and Bayesian-based matrilineal phylogenies clearly split all Clarias species into five clades based on their known ranges (South China, Sundaland, Indochina, India, and Africa). The TimeTree study found that the two major clades (Indo-Africa and Asia) of Clarias species may have separated during the Paleogene (28.66 MYA). The current study investigates the presence of putative cryptic diversity and allopatric speciation of C. camerunensis in African drainages. Furthermore, the current study reveals that C. gariepinus has reduced genetic diversity across its native and imported range, which may have been caused by improper aquaculture operations. The study suggests applying a similar strategy to the same and related species from multiple river basins to reveal the full variety of Clarias species in Africa and other nations. Our findings show that Indian species (Clarias dussumieri) and African species (C. camerunensis and C. gariepinus) split during the Paleogene, while South Chinese species (Clarias fuscus) and Sundaland species (Clarias batrachus) split from Indochinese species (Clarias macrocephalus) split during the Neogene through independent colonization. This biotic interaction pattern emphasizes the importance of topography and geological events in dictating the evolutionary history of Clarias species. The enrichment of mitogenomic data and various nuclear loci from their original range or type place will prove Clarias species' real diversity in African and Asian nations.