Contribution à la connaissance des populations du tilapia du Nil (Oreochromis niloticus) vivant dans des conditions extrêmes de température et d’alcalinité

Nile tilapia (Oreochromis niloticus) natural genetic resources are found in Africa. These resources are threatened due to modifications of the natural habitats of fishes and uncontrolled introductions of alien species or strains. Nile tilapia populations living in extreme habitats are emblematic of this situation. They represent original and potentially useful genetic resources for Aquaculture. However, the populations are threatened either by strong modifications or introduction of alien species in their habitats. Characterizing these populations constitutes the very first step of their protection and consequently their utilization in aquaculture. In our study we concentrated on two different populations of Nile Tilapia. One living in the alkaline Crocodile Lake (10,590 µS/cm, 10 pH) which is a Crater Lake located in the central Island of Lake Turkana. The second group of population inhabit the hot springs of Loboi Swamp near Lake Bogoria in Kenya. These fish are living in water characterized by high temperatures, around 36°c. All above populations (Crocodile Lake and Loboi Swamp Hot springs) may have experienced some selective pressures to cope with their challenging environments. For Crocodile Lake, fish may have found a way to excrete their nitrogenous wastes because at pH 10, excretion is not possible by simple diffusion. For the hot spring populations, most individuals should have been males as high temperature is known to induce masculinization in O. niloticus. This population may have accumulated adequate mutations to enable them overcome masculinizing effects of high water temperature. To study these populations we used geometric morphometrics and genetic markers (16 microsatellites and mtDNA) and compared them with other related populations from the region. In addition, three sex-linked genes (Cyp19a, Wt1b, amh) were analysed using SNP markers in three populations of Nile tilapia inhabiting hot springs of Loboi Swamp, and compared them to eight other populations from East Africa, Sudano-Sahelian and Ethiopian regions. Significant morphological differences were observed in all populations studied, including three closely related populations of Loboi Swamp, and two genetically related populations from Lake Turkana basin. Both genetic differences and environmental factors were responsible for the observed morphological differences. Similarly, all studied populations were genetically differentiated, and we demonstrated that populations from Loboi Swamp and Lake Baringo have been introgressed by O. leucostictus genes. Analyses of the sex-linked clustered revealed that amh gene is a candidate gene for sex determination in Nile tilapia, with 12 SNPs showing strong associations to phenotypic sex. Nevertheless there is no general pattern of sex determination, rather it seems that sex determination mechanisms are different with respect to populations, but is not characteristic or unique for the entire species.Les ressources génétiques naturelles du Tilapia du Nil (Oreochromis niloticus) se trouvent en Afrique. Ces ressources sont menacées en raison de modifications des habitats naturels des poissons et des introductions incontrôlées d'espèces ou de souches exotiques. Les populations de tilapia du Nil qui vivent dans des habitats extrêmes sont emblématiques de cette situation. Elles représentent des ressources génétiques originales et potentiellement utiles pour l'aquaculture. Cependant, les populations sont menacées soit par des modifications fortes de l'environnement soit par l'introduction d'espèces exotiques dans leur habitat. La caractérisation de ces populations constitue la première étape de leur protection et par conséquent leur utilisation en aquaculture. Dans notre étude, nous nous sommes concentré sur deux populations différentes de tilapia du Nil. L'une d'entre elles vit dans le lac alcalin ‘Crocodile Lake' (10 590 S / cm, pH 10) qui est un lac de cratère situé dans Central Island, au milieu du lac Turkana. La deuxième population (ou groupe de population) vit dans les sources chaudes (Hot Springs) du marais de loboi (Loboi Swamp) près du lac Bogoria au Kenya. Ces poissons vivent dans une eau caractérisée par des températures élevées, autour de 36 ° c. Toutes les populations ci-dessus (Crocodile Lake et Loboi swamp Hot Springs) ont connu ou connaissent un certain nombre de pressions sélectives de la part de leurs environnements difficiles. Pour le lac Crocodile, les poissons ont certainement dû trouver un moyen d'excréter leurs déchets azotés car à pH 10, l'excrétion n'est pas possible par simple diffusion. Pour les populations de sources chaudes, la plupart des individus devraient être des mâles car les hautes températures sont connues pour induire une masculinisation chez O. niloticus. Cette population doit avoir accumulé des mutations nécessaires pour lui permettre de surmonter les effets masculinisants des températures élevées.Pour étudier ces populations, nous avons utilisé la morphométrie géométrique et des marqueurs génétiques (microsatellites et 16 ADNmt) et nous les avons comparés à d'autres populations proches de la région. En outre, trois gènes liés au sexe (Cyp19a, Wt1b, AMH) ont été analysés en utilisant des marqueurs SNP dans trois populations de tilapia du Nil habitant les sources chaudes du marais de Loboi, et nous les avons comparés à ceux que l'on observe chez huit autres populations de l'Afrique de l'Est, la région soudano-sahélienne et éthiopiennes . Des différences morphologiques significatives ont été observées entre toutes les populations étudiées, y compris entre les trois populations voisines du marais Loboi, et entre les deux populations génétiquement liées du Crocodile Lake et du lac Turkana. Nous concluons de cette analyse que les différences morphologiques observées peuvent avoir comme origine pour une part des différences génétiques et pour une autre part des facteurs environnementaux. De même, toutes les populations étudiées sont génétiquement différenciées, et nous avons montré que les populations du marais Loboi et celle du lac Baringo ont été introgresséess par des gèes de O. leucostictus. Les analyses des gènes liés au sexe ont révélé que le gène AMH est un gène candidat pour la détermination du sexe chez le tilapia du Nil, avec 12 SNPs montrant de fortes associations avec le sexe phénotypique des individus. Néanmoins, il n'existe pas de modèle général de la détermination du sexe, il semble plutôt que les mécanismes de détermination du sexe sont différents suivant les populations de cette espèce et qu'il n'existe pas de mécanisme unique pour l'espèce entière

Contribution to the knowledge of the populations of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) inhabiting extreme conditions of temperature and alkalinity

Les ressources génétiques naturelles du Tilapia du Nil (Oreochromis niloticus) se trouvent en Afrique. Ces ressources sont menacées en raison de modifications des habitats naturels des poissons et des introductions incontrôlées d'espèces ou de souches exotiques. Les populations de tilapia du Nil qui vivent dans des habitats extrêmes sont emblématiques de cette situation. Elles représentent des ressources génétiques originales et potentiellement utiles pour l'aquaculture. Cependant, les populations sont menacées soit par des modifications fortes de l'environnement soit par l'introduction d'espèces exotiques dans leur habitat. La caractérisation de ces populations constitue la première étape de leur protection et par conséquent leur utilisation en aquaculture. Dans notre étude, nous nous sommes concentré sur deux populations différentes de tilapia du Nil. L'une d'entre elles vit dans le lac alcalin ‘Crocodile Lake' (10 590 S / cm, pH 10) qui est un lac de cratère situé dans Central Island, au milieu du lac Turkana. La deuxième population (ou groupe de population) vit dans les sources chaudes (Hot Springs) du marais de loboi (Loboi Swamp) près du lac Bogoria au Kenya. Ces poissons vivent dans une eau caractérisée par des températures élevées, autour de 36 ° c. Toutes les populations ci-dessus (Crocodile Lake et Loboi swamp Hot Springs) ont connu ou connaissent un certain nombre de pressions sélectives de la part de leurs environnements difficiles. Pour le lac Crocodile, les poissons ont certainement dû trouver un moyen d'excréter leurs déchets azotés car à pH 10, l'excrétion n'est pas possible par simple diffusion. Pour les populations de sources chaudes, la plupart des individus devraient être des mâles car les hautes températures sont connues pour induire une masculinisation chez O. niloticus. Cette population doit avoir accumulé des mutations nécessaires pour lui permettre de surmonter les effets masculinisants des températures élevées.Pour étudier ces populations, nous avons utilisé la morphométrie géométrique et des marqueurs génétiques (microsatellites et 16 ADNmt) et nous les avons comparés à d'autres populations proches de la région. En outre, trois gènes liés au sexe (Cyp19a, Wt1b, AMH) ont été analysés en utilisant des marqueurs SNP dans trois populations de tilapia du Nil habitant les sources chaudes du marais de Loboi, et nous les avons comparés à ceux que l'on observe chez huit autres populations de l'Afrique de l'Est, la région soudano-sahélienne et éthiopiennes . Des différences morphologiques significatives ont été observées entre toutes les populations étudiées, y compris entre les trois populations voisines du marais Loboi, et entre les deux populations génétiquement liées du Crocodile Lake et du lac Turkana. Nous concluons de cette analyse que les différences morphologiques observées peuvent avoir comme origine pour une part des différences génétiques et pour une autre part des facteurs environnementaux. De même, toutes les populations étudiées sont génétiquement différenciées, et nous avons montré que les populations du marais Loboi et celle du lac Baringo ont été introgresséess par des gèes de O. leucostictus. Les analyses des gènes liés au sexe ont révélé que le gène AMH est un gène candidat pour la détermination du sexe chez le tilapia du Nil, avec 12 SNPs montrant de fortes associations avec le sexe phénotypique des individus. Néanmoins, il n'existe pas de modèle général de la détermination du sexe, il semble plutôt que les mécanismes de détermination du sexe sont différents suivant les populations de cette espèce et qu'il n'existe pas de mécanisme unique pour l'espèce entière.Nile tilapia (Oreochromis niloticus) natural genetic resources are found in Africa. These resources are threatened due to modifications of the natural habitats of fishes and uncontrolled introductions of alien species or strains. Nile tilapia populations living in extreme habitats are emblematic of this situation. They represent original and potentially useful genetic resources for Aquaculture. However, the populations are threatened either by strong modifications or introduction of alien species in their habitats. Characterizing these populations constitutes the very first step of their protection and consequently their utilization in aquaculture. In our study we concentrated on two different populations of Nile Tilapia. One living in the alkaline Crocodile Lake (10,590 µS/cm, 10 pH) which is a Crater Lake located in the central Island of Lake Turkana. The second group of population inhabit the hot springs of Loboi Swamp near Lake Bogoria in Kenya. These fish are living in water characterized by high temperatures, around 36°c. All above populations (Crocodile Lake and Loboi Swamp Hot springs) may have experienced some selective pressures to cope with their challenging environments. For Crocodile Lake, fish may have found a way to excrete their nitrogenous wastes because at pH 10, excretion is not possible by simple diffusion. For the hot spring populations, most individuals should have been males as high temperature is known to induce masculinization in O. niloticus. This population may have accumulated adequate mutations to enable them overcome masculinizing effects of high water temperature. To study these populations we used geometric morphometrics and genetic markers (16 microsatellites and mtDNA) and compared them with other related populations from the region. In addition, three sex-linked genes (Cyp19a, Wt1b, amh) were analysed using SNP markers in three populations of Nile tilapia inhabiting hot springs of Loboi Swamp, and compared them to eight other populations from East Africa, Sudano-Sahelian and Ethiopian regions. Significant morphological differences were observed in all populations studied, including three closely related populations of Loboi Swamp, and two genetically related populations from Lake Turkana basin. Both genetic differences and environmental factors were responsible for the observed morphological differences. Similarly, all studied populations were genetically differentiated, and we demonstrated that populations from Loboi Swamp and Lake Baringo have been introgressed by O. leucostictus genes. Analyses of the sex-linked clustered revealed that amh gene is a candidate gene for sex determination in Nile tilapia, with 12 SNPs showing strong associations to phenotypic sex. Nevertheless there is no general pattern of sex determination, rather it seems that sex determination mechanisms are different with respect to populations, but is not characteristic or unique for the entire species

Contribution à la connaissance des populations du tilapia du Nil (Oreochromis niloticus) vivant dans des conditions extrêmes de température et d’alcalinité

Nile tilapia (Oreochromis niloticus) natural genetic resources are found in Africa. These resources are threatened due to modifications of the natural habitats of fishes and uncontrolled introductions of alien species or strains. Nile tilapia populations living in extreme habitats are emblematic of this situation. They represent original and potentially useful genetic resources for Aquaculture. However, the populations are threatened either by strong modifications or introduction of alien species in their habitats. Characterizing these populations constitutes the very first step of their protection and consequently their utilization in aquaculture. In our study we concentrated on two different populations of Nile Tilapia. One living in the alkaline Crocodile Lake (10,590 µS/cm, 10 pH) which is a Crater Lake located in the central Island of Lake Turkana. The second group of population inhabit the hot springs of Loboi Swamp near Lake Bogoria in Kenya. These fish are living in water characterized by high temperatures, around 36°c. All above populations (Crocodile Lake and Loboi Swamp Hot springs) may have experienced some selective pressures to cope with their challenging environments. For Crocodile Lake, fish may have found a way to excrete their nitrogenous wastes because at pH 10, excretion is not possible by simple diffusion. For the hot spring populations, most individuals should have been males as high temperature is known to induce masculinization in O. niloticus. This population may have accumulated adequate mutations to enable them overcome masculinizing effects of high water temperature. To study these populations we used geometric morphometrics and genetic markers (16 microsatellites and mtDNA) and compared them with other related populations from the region. In addition, three sex-linked genes (Cyp19a, Wt1b, amh) were analysed using SNP markers in three populations of Nile tilapia inhabiting hot springs of Loboi Swamp, and compared them to eight other populations from East Africa, Sudano-Sahelian and Ethiopian regions. Significant morphological differences were observed in all populations studied, including three closely related populations of Loboi Swamp, and two genetically related populations from Lake Turkana basin. Both genetic differences and environmental factors were responsible for the observed morphological differences. Similarly, all studied populations were genetically differentiated, and we demonstrated that populations from Loboi Swamp and Lake Baringo have been introgressed by O. leucostictus genes. Analyses of the sex-linked clustered revealed that amh gene is a candidate gene for sex determination in Nile tilapia, with 12 SNPs showing strong associations to phenotypic sex. Nevertheless there is no general pattern of sex determination, rather it seems that sex determination mechanisms are different with respect to populations, but is not characteristic or unique for the entire species.Les ressources génétiques naturelles du Tilapia du Nil (Oreochromis niloticus) se trouvent en Afrique. Ces ressources sont menacées en raison de modifications des habitats naturels des poissons et des introductions incontrôlées d'espèces ou de souches exotiques. Les populations de tilapia du Nil qui vivent dans des habitats extrêmes sont emblématiques de cette situation. Elles représentent des ressources génétiques originales et potentiellement utiles pour l'aquaculture. Cependant, les populations sont menacées soit par des modifications fortes de l'environnement soit par l'introduction d'espèces exotiques dans leur habitat. La caractérisation de ces populations constitue la première étape de leur protection et par conséquent leur utilisation en aquaculture. Dans notre étude, nous nous sommes concentré sur deux populations différentes de tilapia du Nil. L'une d'entre elles vit dans le lac alcalin ‘Crocodile Lake' (10 590 S / cm, pH 10) qui est un lac de cratère situé dans Central Island, au milieu du lac Turkana. La deuxième population (ou groupe de population) vit dans les sources chaudes (Hot Springs) du marais de loboi (Loboi Swamp) près du lac Bogoria au Kenya. Ces poissons vivent dans une eau caractérisée par des températures élevées, autour de 36 ° c. Toutes les populations ci-dessus (Crocodile Lake et Loboi swamp Hot Springs) ont connu ou connaissent un certain nombre de pressions sélectives de la part de leurs environnements difficiles. Pour le lac Crocodile, les poissons ont certainement dû trouver un moyen d'excréter leurs déchets azotés car à pH 10, l'excrétion n'est pas possible par simple diffusion. Pour les populations de sources chaudes, la plupart des individus devraient être des mâles car les hautes températures sont connues pour induire une masculinisation chez O. niloticus. Cette population doit avoir accumulé des mutations nécessaires pour lui permettre de surmonter les effets masculinisants des températures élevées.Pour étudier ces populations, nous avons utilisé la morphométrie géométrique et des marqueurs génétiques (microsatellites et 16 ADNmt) et nous les avons comparés à d'autres populations proches de la région. En outre, trois gènes liés au sexe (Cyp19a, Wt1b, AMH) ont été analysés en utilisant des marqueurs SNP dans trois populations de tilapia du Nil habitant les sources chaudes du marais de Loboi, et nous les avons comparés à ceux que l'on observe chez huit autres populations de l'Afrique de l'Est, la région soudano-sahélienne et éthiopiennes . Des différences morphologiques significatives ont été observées entre toutes les populations étudiées, y compris entre les trois populations voisines du marais Loboi, et entre les deux populations génétiquement liées du Crocodile Lake et du lac Turkana. Nous concluons de cette analyse que les différences morphologiques observées peuvent avoir comme origine pour une part des différences génétiques et pour une autre part des facteurs environnementaux. De même, toutes les populations étudiées sont génétiquement différenciées, et nous avons montré que les populations du marais Loboi et celle du lac Baringo ont été introgresséess par des gèes de O. leucostictus. Les analyses des gènes liés au sexe ont révélé que le gène AMH est un gène candidat pour la détermination du sexe chez le tilapia du Nil, avec 12 SNPs montrant de fortes associations avec le sexe phénotypique des individus. Néanmoins, il n'existe pas de modèle général de la détermination du sexe, il semble plutôt que les mécanismes de détermination du sexe sont différents suivant les populations de cette espèce et qu'il n'existe pas de mécanisme unique pour l'espèce entière

Morphological variations of wild populations of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) living in extreme environmental conditions in the Kenyan Rift-Valley

International audienc

Map of Loboi Swamp showing the location of the three springs and the fish ponds constructed by the end of 2011.

<p>Map of Loboi Swamp showing the location of the three springs and the fish ponds constructed by the end of 2011.</p

Factorial Correspondence Analysis (GENETIX 4.05) based on individual microsatellite genotypes at 16 loci showing no intermediate genotypes between mtDNA introgressed populations, the three hot springs and Lake Baringo populations, and <i>O. leucostictus</i> from Lake Naivasha.

<p>Individuals of <i>O. niloticus</i> that have <i>O. leucostictus</i> mtDNA are highlighted in red. TS, Turtle Spring; BA, Lake Baringo; BS, Bogoria Spring; OL, <i>Oreochromis leucostictus</i> from Lake Naivasha. Note: only two introgressed individuals from Lake Baringo are shown instead of eight (<a href="http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0106972#pone-0106972-g001" target="_blank">Fig. 1</a>) because sequences of the six omitted individuals were obtained from Genbank hence not genotyped.</p

Pairwise <i>F_ST</i> estimates between six <i>O. niloticus</i> populations and one <i>O. leucostictus</i> population (Lake Naivasha).

<p>Every <i>F_ST</i> were statistically highly significant.</p><p>Pairwise <i>F_ST</i> estimates between six <i>O. niloticus</i> populations and one <i>O. leucostictus</i> population (Lake Naivasha).</p

Factorial Correspondence Analysis (GENETIX 4.05) based on individual microsatellite genotypes at 16 loci showing differentiation of the seven populations into two distinct groups corresponding to <i>Oreochromis leucostictus</i> and <i>O. niloticus</i>.

<p><i>O</i>. <i>niloticus</i> populations further clustered into two groups; individuals from Lake Baringo Hotel Spring, Chelaba Spring, Turtle Spring and Lake Baringo (A), and Lake Turkana and River Suguta (B).</p

Distribution of specimen membership Coefficient (Q±90% probability intervals) based on genotypes of <i>O. niloticus</i> and <i>O. leucostictus</i> in the hot springs and lakes Baringo and Naivasha, identified through microsatellite analysis using STRUCTURE.

<p>Each sample along the x axis represents an individual.</p