Cytogenetic analysis of sympatric Trachelyopterus Valenciennes 1840 (Siluriformes, Auchenipteridae) species reveals highly conserved karyotypes despite the geographic distance

Trachelyopterus Valenciennes 1840 species exhibit striking morphological and cytogenetic similarities, leading to persistent taxonomic challenges. This research focuses on Trachelyopterus galeatus Linnaeus 1766 and Trachelyopterus porosus Eigenmann & Eigenmann 1888, both widely distributed throughout South America and often sympatric, facilitating cytogenetic comparisons. These taxonomic entities are noteworthy for their extensive geographical ranges within the genus. We examined two populations of T. galeatus and T. porosus collected from sympatric sites in the Amazon and Pantanal regions. Both species had the same diploid number and simple Ag-NORs. The 18S rDNA sites were found in only one subtelocentric chromosome pair. Meanwhile, the 5S rDNA sites were found on two distinct chromosomal pairs, with differences in the chromosomal morphology and site position among the species, constituting the most efficient chromosomal marker to distinguish them. The 5S rDNA pattern differed between species but remained consistent between populations of the same species. Minor differences were observed between the T. galeatus populations, probably related to chromosomal rearrangements. In contrast, despite the considerable geographical distance, no cytogenetic differences were detected among the T. porosus populations. Overall, the congruence between cytogenetic and morphological characteristics, combined with our findings from sympatric samples and existing data from geographically separated populations of Trachelyopterus, indicates that the cytogenetic is a promising tool for species differentiation and for delving into the cytotaxonomic and evolutionary aspects of Auchenipteridae

Análises comparativas citogenética e do DNA mitocondrial em Parauchenipterus galeatus Bleeker, 1862, (Siluriformes, Auchenipteridae) coletados no Alto rio Paraná, no Alto rio São Francisco e no rio Piumhi : um enfoque biogeográfico

The Brazilian freshwater ichithyofauna corresponds nearly 55% of species at Neotropical zone, including about 2.500 species grouped in 39 families and belonging to nine orders. Auchenipteridae comprises 20 genera and 90 species. Parauchenipterus presents a widely distribution, occurring across South América, appearing at Paraná- Paraguai, Amazônia, Orenoco Guianas and São Francisco basin, and Brazil´s East. Parauchenipterus galeatus occurs in different Brazilian basins, as Amazon, Prata and São Francisco. The present study describes through basic and molecular cytogenetic, and the sequence of mitochondrial DNA control region, three populations of Parauchenipterus galeatus from Paraná and São Francisco basin, and a probable natural (Wetland of Cururu) and artificial (Piumhi river transposition) connections between this two basins. The diploid number was equal to 58 chromosomes for the three populations; however, variations at the karyotype formula where detected (São Francisco, 22m+16sm+12st+8a; Piumhi, 20m+16sm+14st+8a; Paraná, 24m+18sm+8st+8a). At São Francisco population supernumerary chromosomes where detected. These Bchromosomes are small, metacentric, totally heterochromatics and have numeric variation intra and interindividual. The heterochromatin is located in terminal position from almost all chromosomes, and some metacentric, submetacentric, and subtelocentric chromosomes presents bitelomeric marks, and small pericentromeric blocks in some acrocentric chromosomes, occurring at the three populations. Ag-NORs presented simple at the short arm in an acrocentric pair from all populations, changing only the pair containing this site. In situ hybridization with rDNA 18S probes confirm the chromosome pair evidenced by Ag-NOR in all three populations. The rDNA 5S sites are interstitials, located in two submetacentric chromosome pairs, occurring at short/long arms in all three populations, changing only the pair containing this site. A 847 base pair fragment was amplified through D-loop sequence region from mitochondrial DNA in the three populations, presenting 65 polymorphic sites. The chromosome markers (classic and molecular) and mitochondrial DNA control region analysis shown that Piumhi river population probably already exists at this basin before the transposition. This proposing is based at the chromosome differences between those populations from different basins and mitochondrial DNA sequences, besides the detection of exclusive haplotypes of D-loop from each populations. The control sequences of DNA mitochondrial indicates a strong populational structuring, due to the fixation of molecular table of contents calculated and the fact that each population presents exclusive haplotypes, wich suggests the absence of genic flood among them. However, the chromosome differences show a bigger similarity between São Francisco and Piumhi than Paraná river population. The genetic distance detected among this population trhough the mitochondrial DNA sequences reinforces this nearness between São Francisco and Piumhi. This indicates that possibly this population diverge more recently when compared to Paraná river. The population located on the transposition region presented just one haplotype detected, which indicates the absence of genetic diversity. The present study suggests that, this low diversity is current of a possible population bottle neck with posterior effective size reducing of a population that probably habitats an old wetland (of Cururu) presents at this tansposition region. At the present study, the classic and molecular chromosome markers, allied to the natural basin formation historic context, ecological species aspects, geographic isolation between the basins and into the same basin were used to discuss the biogeographical possible relationship among the Parauchenipterus galeatus populations from different locations.Universidade Federal de Minas GeraisA ictiofauna de água doce correspondente ao território brasileiro representa aproximadamente 55% das espécies na região Neotropical, compreendendo cerca de 2.500 espécies, distribuídas em 39 famílias e pertencentes a nove ordens. Auchenipteridae compreende um grupo de peixes endêmicos da região Neotropical, possuindo 20 gêneros e cerca de 90 espécies. Nesta família, Parauchenipterus apresenta ampla distribuição, ocorrendo por toda América do Sul, estando presente nas bacias do Paraná-Paraguai, Amazônica, Orenoco, Guianas, São Francisco e Leste do Brasil. Parauchenipterus galeatus ocorre em diferentes bacias hidrográficas brasileiras, como Amazonas, Prata e São Francisco. O presente trabalho caracterizou através de técnicas de citogenética básica e molecular, e o seqüenciamento da região controle do DNA mitocondrial três populações de P. galeatus das bacias dos rios Paraná, São Francisco e uma região de provável conexão natural (antigo Pantanal do Cururu) e artificial (transposição do rio Piumhi) entre essas duas bacias. Dessa forma, buscou-se inverstigar qual apossível origem da população de P. galeatus presente na região de transposição, além dos possíveis efeitos que essa ação antrópica poderia causar para espécie em estudo. O número diplóide igual a 58 cromossomos se manteve constante entre as populações, entretanto, variações na fórmula cariotípica foram detectadas (São Francisco, 22m+16sm+12st+8a; Piumhi, 20m+16sm+14st+8a; Paraná, 24m+18sm+8st+8a). Na população do rio São Francisco foi detectado a presença de cromossomos supranumerários. Esses cromossomos B são pequenos, metacêntricos, totalmente heterocromáticos e possuem variação numérica intra e interindividual. A heterocromatina está localizada em posição terminal de quase todos os cromossomos, com marcação bitelomérica em alguns cromossomos metacêntricos, submetacêntricos e subtelocêntricos, e pequenos blocos pericentroméricos em alguns cromossomos acrocêntricos nas três populações. Ag-RONs apresentaram-se simples no braço curto de um par subtelocêntrico nas três populações, variando apenas o par portador deste sítio. Hibridização com sonda de rDNA 18S confirmou o par cromossômico evidenciado pelo nitrato de prata nas três populações. Os sítios de rDNA 5S estão localizados em dois pares cromossômicos submetacêntricos em posição intersticial no braço curto/longo de cada um deles nas três populações, variando apenas os pares portadores destas seqüências. Foi obtido um fragmento de 847 pares de bases através do seqüenciamento da região D-loop do DNA mitocondrial das três populações com um total de 65 sítios polimórficos. Os marcadores cromossômicos (clássicos e moleculares) e análise da região controle do DNA mitocondrial mostraram que a população do rio Piumhi possivelmente já existia nesta bacia antes de ocorrer essa transposição. Tal proposição é baseada nas diferenças cromossômicas entre as populações dessas diferentes bacias e nas diferenças nas sequências de DNA mitocondrial. Além da detecção de haplótipos exclusivos de cada população para região D-loop. As sequências da região controle do DNA mitocondrial indicam forte estrurução populacinal devido ao índice de fixação molecular calculado e ao fato de que cada população apresenta haplótipos exclusivos, o que sugere a ausência de fluxo gênico entre elas. Além disso, as diferenças cromossômicas mostram maior similaridade entre São Francisco e Piumhi do que em relação à população do rio Paraná. A distância genética detectada entre as poulações através das sequências do DNA mitocondrial também reforçam essa maior proximidade entre São Francisco e Piumhi. Isto indica que possivelmente essas duas populações divergiram mais recentemente do que quando comparada à população do rio Paraná. A população presente na região de transposição apresentou apenas um haplótipo detectado, o que indica a ausência de diversidade genética. Sugere-se no presente trabalho, que esta baixa diversidade seja decorrente de um possível gargalo populacional com posterior diminuição do tamanho efetivo de uma população que possivelmente habitava um antigo pantanal (do Cururu) presente nessa região de transposição. Dessa forma, os marcadores cromossômicos e a análise molecular, aliados ao contexto histórico natural de formação de bacias hidrográficas, aspectos ecológicos da espécie, isolamento geográfico de populações entre as bacias hidrográficas e dentro de uma mesma bacia foram considerados para discutir as possíveis relações biogeográficas entre populações de P. galeatus de diferentes localidades

Estudos evolutivos em Auchenipteridae (Siluriformes) : citogenética, DNA mitocondrial e DNA satélite

The neotropical freshwater fish fauna is the most diverse in the world, with more than 4.000 descrbed spcecies. In Brazil, about 2.500 species of freshwater fishes are considered valid, and the most formallyand a small portion under description, however, it is believed that this number can be significantly higher. Auchenipteridae, which is restricted to the Neotropical region, comprise 20 genus and about 90 species, of which 74 have been recorded for the Brazilian territory. Genetic studies, both chromosomic or moleculars, in Auchenipteridae, are few since the great diversity of species in this family and their wide geographic distribution. Thus, this thesis was developed with the goal of advance the knowledge in this family, specifically with regard to chromosomal studies classical and moleculars in the genus Ageneiosus, Parauchenipterus, Glanidium, Tatia and Trachelyopterus, and in the application of analysis of the DNA mitochondrial sequences to help in taxonomic problem involving the genus Parauchenipterus and Trachelyopterus. Ageneiosus is the genus most widely distributed among river basins of South America. Although chromosomal studies in the family are still few, this genus is the most studied in number of species, ranging from 54 to 56, differing from the rest of the family which present 58. Chromosomal analysis was performed in A. inermis of Araguaia river basin. Ageneiosus presents a slightly different genomic organization compared to the other species of Auchenipteridae. Evidences indicate that a chromosomal fusion that originated the first metacentric pair of A. inermis, can be a rearrangement basal for the genus. Regarding the B chromosomes, in this study, was described the second case of B chromosomes in Auchenipteridae (Trachelyopterus sp.), and it has been hypothesized that the B chromosomes this species may have a common origin in relation to the B chromosomes of P. galeatus. As expected, the results confirmed the great phylogenetic proximity between the genus Parauchenipterus and Trachelyopterus, moreover, indicated that the B chromosomes of the two species may present a common origin, prior to the diversification these genus. With regard to Tatia, this genus belongs to the subfamily Centromochlinae and has 13 valid species. Of these, T. viii jaracatia and T. neivai represent the only two species of the Paraná-Paraguay drainages. Chromosomal analysis was performed these two species, and thus, the first chromosomal data were generated for the genus. The two species of Tatia showed large chromosomal similarity, however, when compared with the others of Auchenipteridae, was possible to identify some differences in the karyotype formula, in the pattern of heterochromatin and in the distribution of 5S rDNA, which appear to be intrinsic of Tatia. Regarding to Glanidium ribeiroi, this species was collected at the Iguazu river, being that its fauna is characterized by high endemism, which is due to two factors: its rugged topography and their old insulation provided by formation of Iguazu falls. Chromosomal analysis was performed in a population of G. ribeiroi collected in a region in the final stretch of this basin, and the results revealed populational differences when compared with previous studies in others populations of the Iguazu river, which must be related to the rugged topography of this basin. In this thesis, was also presented an adaptation of the banding C technique, with respect to the use of a fluorescent dye (propidium iodide), rather than of non-fluorescent dye (Giemsa). This adaptation produces greater contrast of the heterochromatin bands in metaphase chromosomes and can be especially valuable when the organisms studied possess heterochromatin that is pale and difficult to visualize. Finally, the data obtained concerning the genus Parauchenipterus and Trachelyopterus, both by chromosome analysis as by analysis of two mitochondrial genes, will be used in the discussion of a paper still in preparation, that involves the validation or not of Parauchenipterus, genus that has been subject of debate in the taxonomic .Universidade Federal de Minas GeraisA ictiofauna de água doce neotropical é a mais diversa do mundo, com mais de 4.000 espécies descritas. Em território brasileiro, cerca de 2500 espécies de peixes de água doce são consideradas válidas, sendo a maioria formalmente descrita e uma pequena parcela em fase de descrição, entretanto, acredita-se que esse número possa ser significantemente maior. Auchenipteridae, que é restrita a região Neotropical, compreende 20 gêneros e cerca de 90 espécies das quais 74 já foram registradas para o território brasileiro. Esse grupo é dividido em duas subfamílias, Centromochlinae e Auchenipterinae. Os estudos genéticos, tanto cromossômicos quanto moleculares, em Auchenipteridae, são escassos visto a grande diversidade de espécies dessa família e sua ampla distribuição geográfica. Assim este trabalho objetivou progredir o conhecimento nesta família, no que se refere aos estudos cromossômicos clássicos e moleculares nos gêneros Ageneiosus, Parauchenipterus, Glanidium, Tatia e Trachelyopterus, e na aplicação da análise de sequências do DNA mitocondrial para auxiliar na problemática taxonômica que envolve os gêneros Parauchenipterus e Trachelyopterus. Ageneiosus é gênero mais amplamente distribuído entre as bacias hidrográficas sul-americanas. Apesar dos estudos cromossômicos na família ainda serem poucos, este gênero é o mais estudado em número de espécies, com variação do 2n de 54 a 56, diferindo do restante da família que apresenta 58. Foi realizada análise cromossômica de A. inermis da bacia do rio Araguaia. Ageneiosus apresenta uma organização genômica um pouco diferente quando comparada com as outras espécies de Auchenipteridae. Evidências indicam que uma fusão cromossômica originou o primeiro par metacêntrico, rearranjo que pode ser um evento basal para o gênero. Em relação aos cromossomos B, neste trabalho foi descrito o segundo caso de cromossomos B em Auchenipteridae (Trachelyopterus sp.), e levantada a hipótese de que os cromossomos B de Trachelyopterus sp. possam ter uma origem comum em relação aos cromossomos B de P. galeatus. Conforme esperado, os resultados confirmaram a grande proximidade filogenética entre os gêneros Parauchenipterus e Trachelyopterus, além de indicarem que os cromossomos B vi das duas espécies possam apresentar origem comum, anterior à diversificação desses gêneros. No que se refere à Tatia, este gênero pertence à subfamília Centromochlinae e possui 13 espécies válidas. Destas, T. jaracatia e T. neivai representam as únicas duas espécies da drenagem Paraná-Paraguai. Foi realizada análise cromossômica dessas duas espécies, sendo estes os primeiros dados cromossômicos para o gênero. As duas espécies de Tatia apresentaram grande semelhança cromossômica, entretanto, quando comparadas com as outras de Auchenipteridae, foi possível identificar algumas diferenças na fórmula cariotípica, no padrão de heterocromatina e na distribuição do rDNA 5S, que parecem ser intrínsecas de Tatia. No tocante a Glanidium ribeiroi, esta espécie foi coletada no rio Iguaçu, sendo que sua fauna é caracterizada por elevado endemismo, o que se deve a dois fatores: sua acidentada topografia e ao antigo isolamento proporcionado pela formação das cataratas do Iguaçu. Foi realizada análise cromossômica de uma população de G. ribeiroi coletada em uma região no trecho final dessa bacia, e os resultados revelaram diferenças populacionais quando comparados com estudos prévios em outras populações do rio Iguaçu, o que deve estar relacionado com a acidentada topografia dessa bacia. Nesta tese, também foi apresentada uma adaptação da técnica de bandamento C, no que se refere à utilização de um corante fluorescente (iodeto de propídeo), em vez do corante não-fluorescente (Giemsa). Esta modificação gera maior contraste das bandas heterocromáticas de cromossomos metafásicos, podendo ser valiosa principalmente quando os organismos apresentarem heterocromatinas pálidas e de difícil visualização. Por fim, os dados referentes aos gêneros Parauchenipterus e Trachelyopterus, tanto por análise cromossômica quanto pela análise de dois genes mitocondriais, serão utilizados na discussão de um trabalho ainda em preparação, que envolve a validação ou não de Parauchenipterus, gênero que vem sendo assunto de debate no âmbito taxonômico

Characterization of invasive fish species in a river transposition region: evolutionary chromosome studies in the genus Hoplias (Characiformes, Erythrinidae)

Karyotypic analyses were performed in fishes from the genus Hoplias (H. malabaricus and H. lacerdae groups) from the So Francisco River basin (Brazil), in an impacted region by a river transposition which altered the local ecology and fish fauna. The karyotypes were investigated using chromosomal markers obtained from classic and molecular cytogenetics (Giemsa, CMA(3) and DAPI staining, C-banding, Ag-NORs, and FISH with 18S rDNA, 5S rDNA and 5SHindIII satellite DNA probes). Two karyotypic forms were found for the H. malabaricus group-karyomorph F, corresponding to the native form from the So Francisco River basin, and karyomorph A, corresponding to the invading form from the Upper Parana River basin. Specimens from the H. lacerdae group exhibited striking chromosome differences in relation to the H. malabaricus group, thereby enabling good cytotaxonomic characterization and inferences regarding the karyotype evolution of these groups.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq

Are scattered microsatellites weak chromosomal markers? Guided mapping reveals new insights into Trachelyopterus (Siluriformes: Auchenipteridae) diversity.

The scattered distribution pattern of microsatellites is a challenging problem in fish cytogenetics. This type of array hinders the identification of useful patterns and the comparison between species, often resulting in over-limited interpretations that only label it as "scattered" or "widely distributed". However, several studies have shown that the distribution pattern of microsatellites is non-random. Thus, here we tested whether a scattered microsatellite could have distinct distribution patterns on homeologous chromosomes of closely related species. The clustered sites of 18S and 5S rDNA, U2 snRNA and H3/H4 histone genes were used as a guide to compare the (GATA)n microsatellite distribution pattern on the homeologous chromosomes of six Trachelyopterus species: T. coriaceus and Trachelyopterus aff. galeatus from the Araguaia River basin; T. striatulus, T. galeatus and T. porosus from the Amazonas River basin; and Trachelyopterus aff. coriaceus from the Paraguay River basin. Most species had similar patterns of the (GATA)n microsatellite in the histone genes and 5S rDNA carriers. However, we have found a chromosomal polymorphism of the (GATA)n sequence in the 18S rDNA carriers of Trachelyopterus galeatus, which is in Hard-Weinberg equilibrium and possibly originated through amplification events; and a chromosome polymorphism in Trachelyopterus aff. galeatus, which combined with an inversion polymorphism of the U2 snRNA in the same chromosome pair resulted in six possible cytotypes, which are in Hardy-Weinberg disequilibrium. Therefore, comparing the distribution pattern on homeologous chromosomes across the species, using gene clusters as a guide to identify it, seems to be an effective way to further the analysis of scattered microsatellites in fish cytogenetics

The role of chromosomal fusion in the karyotypic evolution of the genus Ageneiosus (Siluriformes: Auchenipteridae)

Ageneiosus is the most widely distributed genus of the family Auchenipteridae among South American river basins. Although chromosome studies in the family are scarce, this genus has the largest number of analyzed species, with 2n = 54 to 56 chromosomes, differing from the rest of the family (2n = 58). This study aimed to analyze Ageneiosus inermis from the Araguaia River basin. The diploid number found was of 56 chromosomes. Heterochromatin was allocated in terminal region of most chromosomes, plus a pericentromeric heterochromatic block in pair 1, a pair distinguished by size in relation to other chromosomes pairs. AgNORs were detected in only one submetacentric chromosome pair, which was confirmed by FISH. 5S rDNA was present in only one metacentric chromosome pair. Hybridization with [TTAGGG]n sequence marked the telomeres of all chromosomes, in addition to an ITS in the proximal region of the short arm of pair 1. The repetitive [GATA]n sequence was dispersed, with preferential location in terminal region of the chromosomes. Ageneiosus has a genomic organization somewhat different when compared to other Auchenipteridae species. Evidences indicate that a chromosomal fusion originated the first metacentric chromosome pair in A. inermis, rearrangement which may be a basal event for the genus<br> Ageneiosus &#233; o g&#234;nero da fam&#237;lia Auchenipteridae mais amplamente distribu&#237;do em bacias da Am&#233;rica do Sul. Apesar dos estudos cromoss&#244;micos nesta fam&#237;lia serem escassos, este g&#234;nero tem o maior n&#250;mero de esp&#233;cies analisadas, com n&#250;mero diploide variando de 54 a 56 cromossomos, o que difere do restante da fam&#237;lia (2n = 58). Este estudo objetivou analisar Ageneiosus inermis da bacia do rio Araguaia. O n&#250;mero diploide encontrado foi de 56 cromossomos. A heterocromatina se mostrou localizada na regi&#227;o terminal da maioria dos cromossomos, al&#233;m de um bloco heterocrom&#225;tico pericentrom&#233;rico no par 1, um par facilmente distingu&#237;vel no cari&#243;tipo pelo seu maior tamanho quando comparado aos outros pares do complemento. AgRONs foram detectadas em somente um par de cromossomos submetac&#234;ntricos, que foi confirmado pela FISH. 5S rDNA se mostrou presente em somente um par de cromossomos metac&#234;ntricos. A hibridiza&#231;&#227;o com a sequ&#234;ncia [TTAGGG]n marcou os tel&#244;meros de todos os cromossomos, al&#233;m de um ITS (sequ&#234;ncia telom&#233;rica intersticial) na regi&#227;o proximal do bra&#231;o curto do par 1. A sequ&#234;ncia repetitiva [GATA]n se mostrou dispersa, com localiza&#231;&#227;o preferencial na regi&#227;o terminal dos cromossomos. Ageneiosus apresenta uma organiza&#231;&#227;o gen&#244;mica um pouco diferente quando comparada a outras esp&#233;cies de Auchenipteridae. As evid&#234;ncias indicam que uma fus&#227;o cromoss&#244;mica originou o primeiro par de cromossomos metac&#234;ntricos de A. inermis, rearranjo que parece ser um evento basal para o g&#234;nero

The role of chromosomal fusion in the karyotypic evolution of the genus Ageneiosus (Siluriformes: Auchenipteridae)

Ageneiosus is the most widely distributed genus of the family Auchenipteridae among South American river basins. Although chromosome studies in the family are scarce, this genus has the largest number of analyzed species, with 2n = 54 to 56 chromosomes, differing from the rest of the family (2n = 58). This study aimed to analyze Ageneiosus inermis from the Araguaia River basin. The diploid number found was of 56 chromosomes. Heterochromatin was allocated in terminal region of most chromosomes, plus a pericentromeric heterochromatic block in pair 1, a pair distinguished by size in relation to other chromosomes pairs. AgNORs were detected in only one submetacentric chromosome pair, which was confirmed by FISH. 5S rDNA was present in only one metacentric chromosome pair. Hybridization with [TTAGGG]n sequence marked the telomeres of all chromosomes, in addition to an ITS in the proximal region of the short arm of pair 1. The repetitive [GATA]n sequence was dispersed, with preferential location in terminal region of the chromosomes. Ageneiosus has a genomic organization somewhat different when compared to other Auchenipteridae species. Evidences indicate that a chromosomal fusion originated the first metacentric chromosome pair in A. inermis, rearrangement which may be a basal event for the genu