Population genomics and lunar irradiance: a case of incipient ecological speciation in a caribbean octocoral

Abstract

El gradiente somero-profundo se rige como uno de los principales impulsores fenotípicos y genéticos de la divergencia en las poblaciones de coral. La estructura de la población, la diversidad genética, las características morfológicas y las señales de irradiancia lunar para el desove se probaron en poblaciones someras, intermedias y profundas del octocoral Antillogorgia bipinnata distribuidas principalmente en el arrecife de sotavento de Buconos y West View de la isla de San Andrés - Colombia. Para estimar la divergencia genética entre sitios y profundidades, utilizamos bibliotecas genotípicas con secuenciación NextRAD. Se midió la longitud y el ancho de Spindles y Scaphols (formas típicas de escleritos presentes en el género Antillogorgia, los cuales son caracteres morfológicos para identificar las especies dentro de este género) para registrar variaciones morfológicas a lo largo de la clina de profundidad. La irradiancia lunar se estimó utilizando medidores de calidad del cielo (SQM-LU) colocados en la superficie, 14 my 35 m, se realizaron observaciones diarias sobre el desove para probar el tiempo reproductivo y el aislamiento reproductivo. Los hallazgos más significativos fueron: (1) la irradiación lunar se cuantificó (in situ) por primera vez en el Caribe tropical, (2) se encontró a sincronía en la reproducción entre poblaciones superficiales y profundas, (3) se detectó una baja pero significativa estructura poblacional y (4) reportamos un nuevo modelo continuo de especiación ecológica, donde la divergencia ocurre hacia los extremos de una clina como ocurre en las especies que se reproducen por gémulas. El agrupamiento genotípico, la clasificación de linaje y el desove asincrónico (como mecanismo de aislamiento reproductivo) que se muestran aquí apoyan la hipótesis de un proceso de especiación incipiente en poblaciones de Antillogorgia bipinnata.

The shallow-deep gradient stands as a major phenotypic and genetic driver of divergence in coral populations. Population structure, genetic diversity, morphological characteristics and lunar irradiance cues for spawning were tested in shallow, intermediate and deep populations of the octocoral Antillogorgia bipinnata distributed mainly in the leeward reef of Buconos and West View from San Andres Island - Colombia. For estimating genetic divergence among sites and depths we used NextRAD genotyping-by-sequencing libraries, using a draft genome to improve the SNP call. The length and width of Spindles and Scaphol (forms of the sclerites as morphological characters of Antillogorgia) were measured to record morphological variations along depth cline. Lunar irradiance was estimated using Sky Quality Meters (SQM-LU) placed at the surface, 14 m and 35 m, and spawning observations were done daily during the predicted spawning to test the reproductive timing and reproductive isolation. The most significant findings were: (1) lunar irradiance were quantified (in situ) for the first time in the tropical Caribbean, (2) asynchrony was found in reproduction between shallow and deep populations, (3) low but significant population structure was detected, and (4) we report a new continuous model of ecological speciation, where divergence occurs towards the extremes of a cline as producing species as gemmules. Genotypic clustering, lineage classification, and asynchronous spawning (as a reproductive isolation mechanism) shown here support the hypothesis of an incipient speciation process in Antillogorgia bipinnata populations