Population genetics and biophysical modeling inform metapopulation connectivity of the Caribbean king crab Maguimithrax spinosissimus

Abstract

Marine organisms with a short pelagic larval duration (PLD) are assumed to display significant population structure given low long-distance dispersal ability. For the wider Caribbean, theoretical and empirical considerations suggest that species with short PLDs inhabiting each of the following areas should be genetically distinct: Costa Rica (CR), Mexico (MX), and Florida Keys (FL-K), USA. This study tested the hypothesis of significant genetic differentiation in Maguimithrax spinosissimus populations across the wider Caribbean using a combination of biophysical modeling and population genetics. Biophysical modeling predicted dissimilar connectivity patterns among CR, MX, and FL-K depending upon assumed PLD. Eight days of dispersal only provided rare connections from MX to FL-K, and low likelihood multi-generational connections between CR and FL-K. In turn, 12 d of dispersal was sufficient to connect MX to FL-K through direct and indirect routes in biophysical models, but CR and FL-K remained connected only through multiple generational steps. After 16 d of dispersal, direct connections between CR and FL-K may occur, and by 20 d of dispersal, connections are likely between all sampled patches. Population genetic analyses based on partial sequences of the mtDNA 12S, 16S, and COI genes denoted the existence of a single, relatively high-frequency haplotype shared among all 3 populations, which suggests a longer PLD than predicted by laboratory study. In turn, an analysis of molecular variance and pairwise FST values demonstrated significant genetic differentiation among the studied populations. Altogether, the above information suggests low to moderate connectivity among populations in M. spinosissimus. Subpopulation split predictions suggest multi-generational or stepping-stone connectivity between CR and both MX and FL-K, and provides a framework for understanding the structure of M. spinosissimus metapopulations throughout the region. Overall, this study agrees with the notion of significant population structure in marine species with lower dispersal ability.Se supone que los organismos marinos con una duración larvaria pelágica corta (PLD) muestran estructura poblacional significativa dada su baja capacidad de dispersión a larga distancia. Para el Gran Caribe, consideraciones teóricas y empíricas sugieren que las especies con PLD cortos que habitan en cada uno de los Las siguientes áreas deben ser genéticamente distintas: Costa Rica (CR), México (MX) y Cayos de Florida (FL-K). EE.UU. Este estudio probó la hipótesis de una diferenciación genética significativa en Maguimithrax spinosissimus. poblaciones de todo el Gran Caribe utilizando una combinación de modelos biofísicos y genética de poblaciones. Los modelos biofísicos predijeron patrones de conectividad diferentes entre CR, MX y FL-K dependiendo del PLD asumido. Ocho días de dispersión sólo proporcionaron conexiones raras de MX a FL-K, y conexiones multigeneracionales de baja probabilidad entre CR y FL-K. En A su vez, 12 días de dispersión fueron suficientes para conectar MX con FL-K a través de rutas directas e indirectas en modelos biofísicos, pero CR y FL-K permanecieron conectados sólo a través de múltiples generaciones pasos. Después de 16 días de dispersión, pueden ocurrir conexiones directas entre CR y FL-K, y a los 20 días de dispersión, es probable que haya conexiones entre todos los parches muestreados. Análisis genéticos de poblaciones basados en secuencias parciales de los genes mtDNA 12S, 16S y COI denotan la existencia de un único, relativamente haplotipo de alta frecuencia compartido entre las 3 poblaciones, lo que sugiere un PLD más largo que predicho por estudio de laboratorio. A su vez, se realizó un análisis de varianza molecular y valores de FST por pares. demostró una diferenciación genética significativa entre las poblaciones estudiadas. En total, el La información anterior sugiere una conectividad baja a moderada entre las poblaciones de M. spinosissimus. Las predicciones sobre la división de la subpoblación sugieren una conectividad multigeneracional o de trampolín entre CR y MX y FL-K, y proporciona un marco para comprender la estructura de M. metapoblaciones de spinosissimus en toda la región. En general, este estudio concuerda con la noción de estructura poblacional significativa en especies marinas con menor capacidad de dispersión.