原创研究文章

前面。3月科学。，04 October 2022
海洋分子生物学与生态学
https://doi.org/10.3389/fmars.2022.840730

浅层珊瑚的种群结构Madracis auretenra在加勒比海

Diana Carolina Ballesteros-Contreras ^１，２＊，

莉娜·m·巴里奥斯 ^3.而且

理查德·普雷齐奥西 ^3.

¹曼彻斯特城市大学科学与工程学院，曼彻斯特，英国
²哥伦比亚海事和科斯特拉斯调查研究所，圣玛尔塔D.T.C.H，哥伦比亚圣玛尔塔
^3.普利茅斯大学生物与海洋科学学院，英国普利茅斯

浅珊瑚Madracis auretenra在加勒比海珊瑚礁生态系统的丰富多样性中发挥着重要作用，为不同海洋物种提供栖息地和支持。为了设计和管理海洋保护区，需要改进对该区域海洋物种遗传结构的了解。海洋保护区通常是作为生物多样性保护工具而建立的。本研究利用17个新的微卫星标记分析了黄豆的种群结构m . auretenra通过加勒比海的不同地区(危地马拉、哥伦比亚、库拉索岛和巴巴多斯)，分析了来自18个地区的313个样本。发现了显著的分化和清晰的聚类(k=11)，表明加勒比抽样种群的结构具有较高的近交水平。在所有地点都存在一种距离隔离的模式，但在分层Mantel检验中没有发现，这表明物理屏障(如洋流、上升流和河流)在遗传多样性分布中起着主要作用。库拉索岛、巴巴多斯岛和哥伦比亚的一些地区发现了移民模式。相比之下，哥伦比亚(巴拉德罗和阿尔伯克基)和危地马拉的一些地区被认为是孤立的。这里确定的种群结构突出了认真设计和监测该区域海洋保护区的重要性，并将有助于指导对加勒比浅海珊瑚形成的进一步生态分析。

简介

加勒比区域的海洋生态系统，特别是珊瑚礁，受到了自然和人为压力源(飓风、气旋、污染物、疾病、过度开发和其他)增加的影响，过去30年该区域的活珊瑚覆盖率减少了60% (Grober-Dunsmore和Keller, 2008年；Camp等人，2015年；林德菲尔德等，2015)．珊瑚礁生态系统的主要结构成分是石珊瑚(石珊瑚组)，其特征是由碳酸钙(De 'ath等人，2009年)，并参与自然过程(例如碳循环)，在海洋中形成碳酸盐储层(戈罗等人，1996年)．此外，珊瑚礁的三维结构为不同的生物提供了栖息地和支持，形成了世界上最多样化的生态系统之一，代表了海洋中所描述的所有海洋物种的三分之一(Reaka-Kudla 2005；Camargo等，2009)．这些与珊瑚礁和珊瑚本身有关的生物，通常在数百公里长的小片或巨大珊瑚礁中发现，大部分由走廊(冈萨雷斯等人，1998年；Díaz等，2000)，使它们可以通过幼虫、新招募的、幼虫和成年虫在遥远地区的种群中移动而生存(Grober-Dunsmore和Keller, 2008年)．然而，最近生态系统持续退化，导致这些珊瑚礁走廊破裂，珊瑚礁斑块被隔离，移民率下降，减少了种群的长期生存能力(Gaines等人，2007年；Munday等人，2009年)．

作为保护珊瑚礁生态系统的有力工具，海洋保护区(例如海洋保护区)的设计一直被认为是扩大珊瑚礁群落抵抗力和恢复的绝佳工具(Baco等，2016；Mellin等，2016)．利用还可确定种群间生长速度和基因流动的离散数据模式(所有2003；Ospina-Guerrero等人，2008年)，便可改善管理及设计。近年来，在加勒比海域实施多生境保护措施，以增加幼虫在不同生境间的繁殖能力和出口(阿隆索等人，2008，阿隆索等，2015)．然而，人们对该地区的人口组成、迁移和多功能区的连通性还没有完全了解(Grober-Dunsmore和Keller, 2008年)．例如，海洋无脊椎动物的幼虫流动(分散和迁移)很难根据海洋颗粒的运动来追踪(Grober-Dunsmore等人，2009；洛和阿连德夫，2010年；Pujolar等人，2013)．因此，分子工具已被用作间接估计种群结构的有用技术(Riesgo等人，2019年)．此外，这些工具有助于确定影响幼虫分散的过程和识别基因流动中的障碍，这是了解海洋种群之间相互作用的基础(Botsford等人，2001；Botsford等人，2009年)．微卫星等遗传标记被用来估计海洋生物的分散、迁移、种群结构和遗传多样性(Sunnucks 2000；Selkoe和Toonen, 2006；hedgeccock等人，2007；洛和阿连德夫，2010年)．

石珊瑚分布广泛，主要分布在海洋保护区内Madracis auretenra(poilloporidae科)在加勒比海被发现，使其在IUCN红色名单(国际自然保护联盟)上处于“最不受关注”的位置。这是一种虫黄藻珊瑚，又称“黄笔珊瑚”，最适合生长在1至20米深的地方，有些斑块的直径可达5米以上(布鲁诺,1998)．m . auretenra其特征是浓密的群体，其枝条直径可达两米，通常为亮或暗黄色;花萼直径可达1- 2mm，有10个间隔融合在柱状体上;茎骨具细刺，很少在花萼周围形成圆形，柱状体扁平或花柱状(Locke等人，2007年；雷耶斯等人，2010)．这种浅珊瑚是一种雌雄同体，具有快速繁殖的能力，在(1)高水平的无性繁殖，通过碎片化，以竞争空间和(2)连续的planulae“快速释放”而不是“繁殖途径”，由于胚胎受精后的快速解放为Madracis在雨季(九月及十月)迁入新区(Vermeij等人，2004)．此外，它会在卵母细胞内产生大量的卵黄(Vermeij等人，2004)，通过提供营养物质进行长距离运动，从而增强了分散能力(迪克曼,2003）;而且，通过从亲本到子代的“垂直传播”，藻面还具有拥有虫黄藻的优势(Hauff等，2016)．Madracis auretenra在很长一段时间里被错误地描述为m .奇异君子兰这是深海物种的同义词m . myriaster（Locke等人，2007年)．由于这种错误的识别，一些数据可从m .奇异君子兰不能完全解释为相关信息m . auretenra（洛克和科茨，2008年)．然而，重要的报告m . auretenra必须考虑的问题包括:“珊瑚属的进化生态学?Madracis”（Vermeij 2002)，内容包括物种的形态、繁殖、生长及一般方面;库拉索岛沿深度梯度的种群结构Vermeij和Bak, 2003)、物种的繁殖生物学描述(Vermeij等人，2004)，以及克隆间存在表型可塑性(布鲁诺和埃德蒙，1997年)．该属的其他相关研究Madracis显示珊瑚种群规模的人口统计过程(Vermeij和Bak, 2000年)、地中海和加勒比人口的形态和遗传差异(Benzoni等，2018)，网状物种形成的证据Madracis（Diekmann等人，2001；迪克曼,2003)和杂交在属中的作用(Frade等，2010)．然而，对人口结构的具体研究m . auretenra加勒比地区之间的调查从未进行过。

被占领的地区m . auretenra加勒比海的珊瑚礁是生物地理分类中最具挑战性的地区之一，因为它们的生物和物理化学条件非常复杂(Vides-Casado 2011)．加勒比海是一个被中南美洲和大西洋岛屿包围的区域，在浅水中有障碍物或障碍，包括(1)美国东海岸和墨西哥湾之间(Mobley等人，2010）;(2)佛罗里达半岛和巴哈马群岛(Carlin等人，2003年）;(3)巴哈马和古巴(Cowen等人，2006年）;(4)西北加勒比和加勒比(Salas等，2010）;东加勒比和北加勒比(Betancur-R等人，2011)．加勒比的一些生态区已根据其物理化学组成(水深、水文、叶绿素浓度、盐度、温度和其他)和可以拥有相对均匀的海洋物种组成的地区加以确定。在这一分类中值得注意的生态区域包括(1)墨西哥湾北部;(2)巴哈马人;(3)东加勒比;(4)大安的列斯群岛;(5)南加勒比;(6)西南加勒比;(7)西加勒比;(8)南墨西哥湾; (9) Floridian (斯伯丁等人，2007)．此外，加勒比气候受热带辐合带(ITCZ)控制，12月至4月为多风和旱季，由东北向西南吹，8月至10月为雨季，风速下降，但降水量增加(安德拉德·阿玛亚，1993年)．在雨季，我们监测到气旋涡旋的形成，它与加勒比海海流相互作用，形成旋度(安德拉德,2001)，在幼虫和卵的存留-排出机制中起重要作用(Andrade等人，1996年)．

以往对加勒比海珊瑚礁种群结构的研究Montastrea阴茎海绵体（埃克特等人，2019年；Sturm等人，2020年)，Orbicella faveolata而且疣palmata（Porto-Hannes等人，2015)，Pseudopterogorgia elisabethae（Gutiérrez-Rodríguez和拉斯克，2004年),柳珊瑚ventalina（Andras等人，2013)的研究表明，生物在不同区域之间的交换受物理化学条件(如上升流、水深特征、水文、营养相互作用、盐度、氧气、温度和河流)的指导，它们是海洋生态系统之间的屏障。这些条件与加勒比海的特殊特征(洋流、气旋、反气旋和涡流)相互作用，决定了生物的移动、基因流动和种群结构(Munday等人，2009年；Andras等人，2013)，如加勒比海珊瑚模型所示(Galindo等人，2006)．考虑到以前所显示的信息，本研究的目的是评估的人口结构m . auretenra在为此目的开发的17个新的微卫星标记的支持下。

方法

抽样和鉴定

抽样在哥伦比亚的10个地点进行，有145个样本;库拉索岛4个产地74个样本;来自巴巴多斯的三个地点，共78个样本;来自危地马拉的一个地点，共23个样本，共320个样本(补充表1，补充Material-1A)．所有的样本都是通过水肺潜水收集的，使用形态学描述雷耶斯等人(2010)．菌落的取样间隔至少5米(减少了收集无性系的机会)，深度在5米至15米之间。表面处理时，将样品置于96%酒精或DMSO中，然后在实验室-20°C保存。确认…的正确身份m . auretenra，英国伦敦自然历史博物馆的Nadia Santodomingo博士对这些样本进行了检测。，并在电子显微镜-扫描电镜(蔡司Supra 40VP FE-SEM) (补充材料2A, B)．此外，cox1 (Folmer等人，1994年)及28S (Stolarski等人，2011年)对13个样本(分别来自哥伦比亚、库拉索岛、巴巴多斯岛和危地马拉的6、3、2和2个样本)进行了检测。样本序列与的序列匹配m . auretenra(95.43 - 99.85%相似度)在NCBI数据库(补充资料2C)．

DNA提取，微卫星扩增和基因分型

DNA提取采用QIAGEN公司的DNeasy Blood & Tissue试剂盒方案。为了检测DNA提取的质量和数量，使用0.80g琼脂对1%琼脂凝胶，在80ml 1X TBE缓冲溶液和0.8 μL GEL GREEN中进行电泳。在每个池中加入1 μL样品和2 μL加载缓冲液;电泳凝胶室以60v - 60min运行。NanoDrop (Thermo Scientific)也被用来测试DNA浓度和质量。17颗微型卫星m . auretenra（Ballesteros-Contreras 2020)重新设计为通用尾序列blackket A: GCCTCCCTCGCGCCA (布莱克特等，2012)和M13-mod B: CACTGCTTAGAGCGATGC (Culley等人，2013年)，通过荧光染料(6-FAM和ROX)标记来区分扩增片段，相应的(补充表2)．为了测试示例，程序Multiplex_Manager (holleyey和Geerts, 2009年)在含有5 μL Master Mix (Type-it微卫星PCR QIAGEN Kit)、3 μL H2O分子级、1 μL Primer Mix(预标记的正向+反向+荧光6-FAM或ROX + H20分子级)和1 μL DNA (20 ng/ μL)的反应混合物中进行多重反应，以减少时间和成本，反应条件为:(1)变性95°C/ 5min;(2) 32个周期，包括变性95°C/30秒，退火60°C/1.5 min，延伸72°C/30秒;(3) 60°C/30 min终伸;(4)使用TECHNE热循环器在4°C下持续保持。PCR产物在0.8%琼脂糖凝胶中电泳，以证实微卫星扩增结果。荧光标记PCR产物被送往曼彻斯特大学DNA测序设施(英国)和谢菲尔德大学核心基因组学设施。在这两个地方，产品都使用了应用生物系统3730 DNA分析器毛细管电泳(使用一系列染料在20到600个碱基对范围内进行大小区分)。

数据分析

使用R软件分析每个位点的片段大小，使用软件包“Fragman”(Covarrubias-pazaran等，2016)和" MsatAllele " (阿尔贝托,2013)．对“Poppr”地区的多位点基因型进行抽样统计。Kamvar等人，2014)，每个克隆只保留一个基因型进行分析。克隆鉴定验证使用Poppr函数" psex " (帕克斯和沃斯，1993年；Arnaud-Haond等人，2007)．在没有分层的情况下，计算了所有320个样本中多次偶然遇到每个样本的基因型的概率。第二次相遇的最大概率是3.278x10⁶．因此，从下游分析中删除了7个重复多位点基因型(国家水平分层)的样本。剩下的313个样本在三个不同的尺度上进行了分析:国家、部门和地区。在哥伦比亚的情况下，部门级别是基于地缘政治限制(玻利瓦尔、科尔多瓦、马格达莱纳、乌拉巴Chocoano, SAI)，因为分布在全国各地的样本数量高，覆盖约800公里²．gengendive v2.032b (Meirmans和Van Tienderen, 2004)得到等位基因数(Na)、有效等位基因数(NEa)、观察杂合度(Ho)、期望杂合度(He)和近交系系数(F_是)。为了计算平均等位基因丰富度和私有等位基因丰富度，ADZE v1.0采用最小样本量(最大g = 10) (Szpiech等人，2008)．人口两两计算(F_圣)在GENODIVE v 3.04 (Meirmans和Van Tienderen, 2004)．此外，利用“FreeNa”估算位点中的零等位基因频率(Chapuis和Estoup, 2007年)及其期望最大化(EM)算法(1000个自举样本)。然后，F_圣对空等位基因进行ENA校正后的值进行估计;用该方法对F进行了精确的估计_圣如果存在空等位基因(Chapuis和Estoup, 2007年)．

采用INEST v2.1 (Chybicki和Burczyk, 2009年)．在本例中，采用默认参数(50000 MCMC循环，每50次保留一次，10000次老化)进行贝叶斯检验，计算近交系系数的平均值和最高密度后验区间的极限。为了确定零等位基因和基因分型失败对近交系繁殖系数的影响，采用INEST v2.1 (Chybicki和Burczyk, 2009年)．DIC分析可以确定“nfb”模型(无等位基因、近交和基因分型失败)或“nb”模型(无等位基因和基因分型失败)更适合于不同的位点。由于2005年加勒比珊瑚出现大规模白化现象(Eakin等人，2010；西蒙蒂和伊士曼，2010年)，最近瓶颈的证据通过INEST进行了探索，以确定等位基因丰富度方面的杂合性过剩，在瓶颈事件下，等位基因数量减少的速度比杂合性减少的速度快;以及m比缺陷，这是等位基因丰富度与等位基因大小的平均比率，在种群规模减少的情况下，等位基因数量减少，但大小范围不变(Garza和Williamson, 2001年；Chybicki和Burczyk, 2009年)．使用两阶段模型(TPM)运行分析，默认参数(0.22多步突变比例，3.1平均多步突变大小，10000个聚结模拟);然后，利用Wilcoxon符号秩检验从m比的不足中获得基于1000000个排列的p值。

用hw函数对Hardy-Weinberg平衡(HWE)进行了检验。R中“pegas”包装的测试”(- 2010)，然后在R.用BH (Benjamini-Hochberg)方法进行校正m . auretenra软件结构(普里查德等人，2000年)。该程序使用混合模型运行，老化时间为10万次重复，10万次迭代(MCMC)，每个数据进行20次重复(Evanno等，2005）;假设的K从2到19，考虑到从协议的原始采样地点数量(Riesgo等人，2019年)．在STRUCTURE HARVESTER中分析来自STRUCTURE的数据，用Evanno (Delta K) (厄尔和冯霍尔特，2012年)．然后，利用每个K簇的概率的平均值，分析主要和次要的最佳对齐，并将得到的图在clupak web服务器(Kopelman等，2015)．

主成分鉴别分析采用R (Jombart 2008)，它不需要假设种群是流行的，并且允许看到基于相似性的样本分组。在DAPC分析中获得的前两个主成分的结果被绘制成图，使用国家和部门，允许80个主成分用于分析，这些主成分在“adegenet”的验证步骤中确定。此外，来自哥伦比亚的样本被单独绘制，以澄清国家聚类。在这种情况下，使用Locality信息，创建了一个主成分图。对80个主成分进行交叉验证，以检查参数的正确分配。此外，使用“猿”(Paradis和Schliep, 2019年)与零等位基因对修正F_圣(从FreeNA)。

使用软件屏障v2.2可视化的遗传屏障在采样点之间m . auretenra使用地理坐标矩阵和F_年代_t距离矩阵，应用Monmonier的最大距离算法(Manni等人，2004年)．定义了三个集合先天的(使用屏障中的分层破坏数据)进行分子方差分析(AMOVA)，使用GENODIVE v 3.04 (Meirmans和Van Tienderen, 2004)，以检验不同水平如何解释方差，并对原始数据进行了10000次排列。集合定义为:集合1)所有采样地点之间没有分组;集合2)库拉索和巴巴多斯(分别是东加勒比和南加勒比)分组(CUR_A, CUR_B, CUR_C, CUR_D, DOTT, FISH, FOLK)分组阿尔伯克基(ALB)(哥伦比亚)和危地马拉(GUA)(分别是西南加勒比和西加勒比)(ALB和GUA)和哥伦比亚(西南加勒比)(CT，罗萨里奥，富尔特，BARU, PG, PB, SJ, VAR, CHENGE);和集合3)，库拉索(CUR_A, CUR_B, CUR_C和CUR_D)，巴巴多斯(DOTT, FISH和FOLK)，哥伦比亚(CT, Rosario, Fuerte, BARU, PG, PB, SJ, VAR和CHENGE)阿尔伯克基(ALB)和危地马拉(GUA)。

还使用R中使用“马尔图”的地点之间的最低成本海洋距离(IBD)进行了检验。Pante和Simon-Bouhet, 2013)，并成对线性化F_年代_t在所有地区的Mantel测试中;此外，分层Mantel试验(Meirmans 2012)使用BARRIER的信息执行。使用GENODIVE v 3.04进行进一步的种群分配分析，其中使用α(阈值)为0.002的蒙特卡洛检验计算似然比阈值，随机频率为0.005和4000种排列的零频率。

最后，利用diveRsity R包中的divMigrate (Sundqvist等，2016)．该软件包显示了来自微卫星等位基因频率数据的群体样本之间的相对迁移水平，分析考虑了超过0.5值的Gst统计值，并进行了100次重复的自举分析。然而，这里提供的迁移数据只是一个探索，因为该方法仍处于验证阶段(Sundqvist等，2016；Riesgo等人，2019年)．

结果

在共313个样本中分析了17个新的微卫星位点m . auretenra来自加勒比海18个地区。剔除7个克隆样本:(Cabo Tiburon (CT) =1;Isla Fuerte (Fuerte) =2;Varadero (VAR) =3, Folkestone (Folk)=1。各地区等位基因的遗传多样性表明，每个位点的等位基因数(Na)在2.941 (CT) ~ 6.471 (ALB)之间。有效等位基因(NEa)数量在1.907 (CT) ~ 4.103 (ALB)之间;杂合度(Ho)在0.172 (BARU) ~ 0.459 (CHENGE)之间;期望杂合度(He)为0.401 (CT) ~ 0.717 (ALB)，近交系系数(F_是)在0.216 (CHENGE)和0.711 (BARU)之间波动。平均等位基因丰富度和私有等位基因丰富度分别为2.47 (CT) ~ 4.48 (ALB)和0.03 (Cur_B) ~ 0.62 (ALB)。表1)．所有地区近交系数均较高(F_是)表明来自同一地点的个体之间的关系较高(随机交配的信号较低)。由于零等位基因的存在，用INEST估计了各位点的近交系系数。零等位基因修正近交系系数- avg (Fi)在区域间频率较高，为0.55 (FOLK) ~ 0.675 (BARU) (表1)．利用INEST进行的DIC分析表明，“nb模型”(零等位基因和基因分型失败)适用于哥伦比亚的FOLK(巴巴多斯)和CHENGE - VAR地区，表明无近交系系数的零等位基因和基因分型失败最好地解释了这两个地区的数据。“nfb”(零等位基因、基因分型失败和近交系系数)模型在其余地方均拟合，表明近交系是该模型的重要组成部分。蓬塔博塔(PB) (p=0.001)、蓬塔吉甘特(PG) (p=0.000)、瓦拉德罗(VAR) (p=0.012)和CHENGE (p=0.041)区域杂合度过剩(两相模型:TPM)干扰了瓶颈效应;此外，除了哥伦比亚的阿尔伯克基(ALB) (p = 0.073)外，所有地区的m比率(表1)．基因座明显偏离Hardy Weinberg平衡(p<0.001)，并以粉色表示(BH校正后p<0.05) (补充资料2D) (补充表3)．估计F_圣对空等位基因进行ENA校正的值表现为F_圣对国家一级结构修正0.191后，0.2168 F_圣为部门级结构，0.248 F_圣对于局部层次结构。对F_圣科尔多瓦-玻利瓦尔省(p=0.06)特别相似，而伊扎巴尔省(危地马拉)和乌拉巴·乔科诺省(哥伦比亚)(p= 0.41)特别遥远(补充表4)．更详细地说，来自同一部门/国家的地方之间有更高的相似性，如库拉索(库拉索A- B;p=0.056)，以及玻利瓦尔-哥伦比亚部内蓬塔-吉甘特(PG)和蓬塔博塔(PB)之间的地区(p=0.032);蓬塔博塔(PB)和Sr胡安(SJ)之间也有差异(p=0.031) (补充表5)．

表1

表1遗传多样性m . auretenra在加勒比海的不同地方

结构收割机的最佳K (δ K)为11，其次为K= 9 (补充材料3A-C)．考虑K为11的聚类为:聚类1(橙色):GUA;簇2(黄色):ALB;簇3(棕色):Cabo Tiburon - CT和FUERTE的部分采样;聚类4(蓝色):FUERTE、ROSARIO的部分抽样，一些来自BARU、PG、SJ的个体和一些来自VAR的个体;聚类5(灰色):一些来自BARU、PB、PG、SJ的个体和一些来自ROSARIO和FOLK的个体;簇6(软黄色):PB、PG和部分SJ和BARU个体;簇7(软蓝色):VAR;簇8(粉色):CHENGE;簇9(紫色):CUR_A, CUR_B，一些对CUR_C和CUR_D的采样; cluster 10 (red): some individuals from CUR_C and CUR_D, also a few from CUR_A and CUR_B; and cluster 11 (green): DOTT, FISH and FOLK (图1)．K= 9时，未检出ALB和CT的分离，混合了ALB、CT、FUERTE、ROSARIO、BARU、PB、PG和SJ的采样。然而，Varadero (VAR)的集群仍然值得注意(补充材料3B)．六个先天的障碍物按重要性排序:“a”，将库拉索和巴巴多斯地区与哥伦比亚和危地马拉分开;“b”，库拉索岛和巴巴多斯地区之间;“c”，将Cabo Tiburon (CT)与其他地区隔离开来;“d”，危地马拉(GUA)和阿尔伯克基(ALB)之间;“e”，将CHENGE与哥伦比亚的其他地区区分开来;和“f”，将Varadero (VAR)与BARU、PB、PG和SJ (图2）．

图1

图1集群的m . auretenra在加勒比海。它显示了单个的成员系数m . auretenra由STRUCTURE推断，所有研究站点K= 11的聚类(K)。

图2

图2分配到11个集群中的每个集群的个人百分比(饼状频率图)。根据STRUCTURE HARVESTER的结果分配颜色。红线说明了从“a”到“f”按重要性排序的障碍检测到的中断(障碍)。符号*表示采样的近似位置。

按国家及部门划分的DAPC (补充材料4A, B)显示，使用来自危地马拉巴巴多斯、库拉索岛和哥伦比亚玻利瓦尔和科尔多瓦地区的样本中的前两个主要成分进行了明确的分组(图3)．由于与其他国家相比，哥伦比亚的地方数量较多，因此仅对哥伦比亚的样本进行了进一步的DAPC (补充材料4C）;结果显示，阿尔伯克基(ALB)、卡波蒂布隆(CT)和巴拉德罗(VAR)是最孤立的地区。相比之下，SJ、蓬塔吉甘特(PG)、蓬塔博塔(PB)和艾拉富尔特(Fuerte)的地区之间存在明显的混合，这些地区都来自哥伦比亚的玻利瓦尔省和科尔多瓦省(图3)．PCoA显示出与DAPC类似的模式，按国家(危地马拉和库拉索岛不同于哥伦比亚和巴巴多斯)和按部门(补充资料5A)．对哥伦比亚各地区的进一步分析表明，分离出了ALB (SAI)、CT (Uraba Chocoano)和VAR(玻利瓦尔)(补充材料5B, C)．

图3

图3利用前两个主成分按地区划分的DAPC;GUA，危地马拉，ALB, Albuquerque-Seaflower Reserve, CT, Cabo Tiburon, FUERTE, Isla FUERTE, ROSARIO, Corales del ROSARIO, BARU, Barú， PB，蓬塔博塔，PG，蓬塔吉甘特，SJ，老胡安，VAR, Varadero, CHENGE, CHENGE, CUR_A，库拉索A点，CUR_B，库拉索B点，CUR_C，库拉索C点，CUR_D，库拉索- carmabi海洋研究中心，DOTT, Dottins, FISH, Fisherman, FOLK, Folkstone海洋保护区。

不同的AMOVA分析在所有集合中均显著，但在使用的组中解释方差百分比最高的是集合3)，其中包括五个组，库拉索(CUR_A, CUR_B, CUR_C和CUR_D)，巴巴多斯(DOTT, FISH和FOLK)，哥伦比亚(CT, ROSARIO, FUERTE, BARU, PG, PB, SJ, VAR和CHENGE)，阿尔伯克基(ALB)和危地马拉(GUA)，占17.6%。然而，在所有病例中，个体间的变异均为A = 3.68%， B = 3.56%， C = 3.52%（表2）．

表2

表2AMOVA结果。方差为m . auretenra使用两种不同的分组。

加勒比地区采样地点的距离隔离(IBD)显著(P值= 0.003;r^{2 =}0.237) (补充材料6A)．然而，在使用屏障识别的中断进行分层Mantel测试后，仅在库拉索岛样本中发现了略微显著的ibd(屏障a;A, B, C和D [r²= 0.690, p = 0.049])。相比之下，在巴巴多斯样本群中没有发现明显的IBD(屏障b;鱼与民俗[r²= 0.417, p = 0.321])或哥伦比亚([r²= 0.135, p = 0.161])。

gengendive的人口分配分析表明，GUA、CT和CHENGE三个地区的个体间没有迁移。然而，上一代移民来自南加勒比的西南加勒比(PB) (CUR_B)和东加勒比的西南加勒比(ALB) (FOLK) (补充材料7A)．库拉索岛内部不同地区和不同种群之间的迁移模式在CUR_B ~ CUR_A之间的值较高(1)，其次是哥伦比亚的玻利瓦尔省和科尔多瓦省，PB ~ SJ省和巴巴多斯省，FOLK ~ FISH省(0.67);在ALB、CT、VAR、CHENGE和GUA区均未发现迁移现象(图4)．

图4

图4不同地区之间的相对迁移m . auretenra在加勒比海。

讨论

在这项研究中，分析了加勒比地区的遗传多样性，种群分化和破坏本地化，以评估种群结构m . auretenra．结果表明，库拉索岛(Curacao) (CUR_A、CUR_B、CUR_C、CUR_D)和巴巴多斯岛(DOTT、FISH、FOLK)内、玻利瓦尔岛(SJ、PG、BARU、PB)内、玻利瓦尔岛和科尔多瓦岛(Fuerte岛和Rosario岛)内的样品具有明显的分化和聚类特征。相比之下，危地马拉(GUA)、阿尔伯克基(ALB)、瓦拉德罗(VAR)、卡波蒂布隆(CT)和CHENGE等居群是独立聚类的。

遗传多样性值(Na [2.9 - 6.5]， Ho [0.4 - 0.7]， AR[2.5 - 4.5])范围与八珊瑚等其他物种的报告相似Pseudopterogorgia elisabethae（Gutiérrez-Rodríguez和拉斯克，2004年)，即黑石珊瑚疣sp。Vollmer和Palumbi, 2002年；赫蒙德和沃尔默，2010年)及其他Madracis（Benzoni等，2018)在加勒比海。在大多数抽样地点存在显著的近交现象，可以用无等位基因的存在、幼虫的分散和沉降来解释(艾迪生和哈特，2005年；谢尔曼,2008)．零等位基因在杂合子缺陷大的微卫星位点中很常见_是和DIC)，在某些情况下，当该类型的等位基因更多时，它们可能代表一个弱效应(Maier等人，2005)．由于零等位基因的出现会使近交群体的检测复杂化(Falush等，2007)， ENA修正值使用FreeNA。

几乎所有使用m比不足的地区都发现了瓶颈效应的显著结果。在检测瓶颈效应方面，m比可能比杂合性测试(杂合性给定等位基因数量)更敏感(在大多数情况下，不受II型错误的影响)(Girod等人，2011年)．蓬塔博塔(PB)、蓬塔吉甘特(PG)、瓦拉德罗(VAR)和CHENGE这4个分离的地区在TPM值和M- ratio值上表现出遗传瓶颈。据报告，在珊瑚区趋势状况指标(珊瑚区趋势状况指数-ICTac)下，这些地区的死亡率很高，而且情况"正常" (Gómez-López等，2019）;此外，白带病的存在和白化上m . auretenra据报告，有蜂群(Navas-Camacho等人，2010)．

在加勒比珊瑚礁发现的遗传瓶颈和以前死亡的证据可能导致遗传多样性的丧失。这与自我受精的生殖策略相结合，可能会在这些群体中造成脆弱性(Mumby和Harborne, 2010年；Chong-Seng等，2014)．然而，这种策略可以在配子限制下提供繁殖保证(谢尔曼,2008)．其他作者也认为，在重新定居的情况下，自我受精或无性繁殖可能是有利的，以扩大生物的地理范围(Pannell等，2015)，并得到元分析的支持(Grossenbacher等人，2015)．

偏离哈代温伯格平衡(HWE)的现象出现在基因座和区域内，这些特征可能是人口细分的结果(Wahlund效应)(骗子和Sanhayan, 2006年)．然而，空等位基因的出现(Le Goff-Vitry等人，2004年)和近亲繁殖(谢尔曼,2008)，可以解释观测到的HWE偏差。同样地，在其他的石栖珊瑚中也发现了HWE偏差，例如Pocillopora damicornis，Montastrea阴茎海绵体而且Porites astreoides（Ayre等人，1997年；希勒和科夫罗斯，2004年)，其中碎片化和克隆的存在，促进偏离HWE (Nakajima等，2016)．

F_圣在危地马拉、哥伦比亚、库拉索岛和巴巴多斯地区的遗传分化和群体结构表现出较高的差异，在不同的地区和地区遗传分化显著(>0.15)骗子与山哈岩(2006)．此外，结构、DAPC和PCoA的K-means聚类方法与F_圣，用k=11显示出明显的分离，与大西洋的石栖珊瑚的种群结构模式相似(Goodbody-Gringley等人，2012)，在这些研究中，不同地点之间的显著比较表明，基因流动可能会在较大的地理距离内受到限制。此外，AMOVA分析确认了加勒比地区的地理差异，使用软件屏障中确定的主要屏障，以及加勒比地区的经验和模型基因流福斯特等人(2012)而且Sturm等人(2020)．本研究发现的聚类和障碍与海洋学模式预测的模式相似疣cervicornis,或柳珊瑚ventalina，这些人口在加勒比地区有明显的聚集(Galindo等人，2006；Andras等人，2013)．

虽然在加勒比采样的地方之间观察到按距离隔离(IBD) (P值= 0.001;r^{2 =}0.237)，在分层Mantel测试(通过障碍中识别的中断)下，IBD不存在;类似于其他珊瑚如Lophelia pertusa（Le Goff-Vitry等人，2004年),Seriatopora hystrix（Maier等人，2005)．这一结果表明，特定的破坏(障碍)在遗传多样性分布中起着主要作用。更详细地说，库拉索岛的聚类可能受到障壁主要破坏的影响(破坏= a，图3)．这种破坏可能是由强大的沿海上升流(较冷和较咸的浅水上升运动)解释的(Alvarez-León等，1995)，是与海岸平行的海面上强风的结果(Andrade等人，2003年)．此外，受马格达莱纳河(马格达莱纳河)(Baums等人，2006a；Betancur-R等人，2011)可能会对库拉索岛(南加勒比)样本的聚类产生影响。巴巴多斯的聚集，可以用中断“b”(图3）;它与加勒比海海流(该地区的主要表面海流，与沿加勒比海移动的漩涡的产生有关)相匹配(安德拉德和巴顿，2000年)和定向相对迁移，在疣palmata而且柳珊瑚ventalina（Baums等人，2005年；Baums等，2006b；Andras等人，2013)．这种破坏" d "与危地马拉人口的孤立相匹配;该地区的尤卡坦海流强烈(每秒170厘米)，加上洪都拉斯环流的主导作用，使西加勒比地区的人口与西南加勒比地区(盛、唐，2003)．

哥伦比亚加勒比海的海流受信风、巴拿马-哥伦比亚逆流(PCC)和巴拿马-哥伦比亚环流(PCG)的影响(安德拉德,2001；Invemar & anh, 2010)．此外，一年四季的季节性(ITCZ)可以促进基因在哥伦比亚样本中的流动和迁移。我们假设，这对科尔多瓦和玻利瓦尔(富尔特岛、罗萨里奥岛、巴鲁、PB、PG和SJ)之间的连通性有特别高的影响，这在F_圣、DAPC、PCoA和STRUCTURE。这里发现的基因流动可能是由m . auretenra，作为施肥后的飞天藻快速释放器，飞天藻中虫黄藻和营养物质的存在，增加了飞天藻在不同区域移动和定居的机会(Vermeij等人，2004；Hauff等，2016)．这一机制也同样被报道为硬化剂Agariciasp.和Pocilloporasp。Carlon和Olson, 1993年；盖瑟和罗文，2010年)．相比之下，一些被环流模式较低(PCC影响较低)的海湾包围的种群，如Uraba Chocoano (CT)(干扰" c ")和Magdalena(干扰" e ")，表现出孤立模式。相似的遗传结构模式在Lutjanus synagris在那里，来自Uraba Chocoano的物理屏障(Atrato河)隔离了人口(Landínez-García等，2009)．同样地，马格达莱纳河的沉积物(福斯特等，2012)和圣玛尔塔山(海拔5800米的内华达山)的沿海大陆架突然断裂，形成了一个冰冷的上升流水域(Betancur-R等人，2010)，可能也起到了基因流动屏障的作用。

Varadero (VAR)与BARU、PB、PG和SJ等其他居群密切相关，但在幼虫和珊瑚碎片分散方面存在一定的局限性。破坏“f”被确定为这些地点之间的障碍，该地区被描述为一个特别严重污染的系统(工业和污水废物)，具有高沉降和VAR中马格达莱纳河淡水收入的上升影响(圣多明戈等人，2013年)．然而，巴拉德罗看似健康的珊瑚礁是少数可以发现非典型珊瑚礁生态系统的案例之一(皮萨罗等人，2017)．同样，阿尔伯克基(阿尔伯克基)属于加勒比区域的海底保护区(海洋保护区)，由于可能受到PCG以及气旋、反气旋和涡流的影响，与大陆取样相隔离，这些气旋、反气旋和涡流可能成为阻碍阿尔伯克基与大陆暗礁之间的障碍(Andrade等人，1996年；CORALINA-INVEMAR 2012)．这两个地区都有压力源，如巴拉德罗的淡水溪流(皮萨罗等人，2017)及阿尔布开克的卫生堆填区排放(Bernal-Sotelo等人，2019年)，这会增加水中的沉淀物和营养物质，破坏珊瑚和本地微生物区系的相互作用，导致珊瑚数量减少(Bruno等人，2003年；Harvell 2007)．然而，巴拉德罗(皮萨罗等人，2017)和阿尔伯克基的高等位基因丰富度(4.48)，可能表明在长期内具有较高的适应性和持久性潜力(格林鲍姆等人，2014)．

GENODIVE的种群分配分析显示，在哥伦比亚的巴巴多斯、库拉索和玻利瓦尔-科尔多瓦封闭采样区可能存在基因流动，与divMigrate的相对迁移结果相似。7月至10月期间，气旋和反气旋在这些地区出现，可能对附近地区幼虫的驱逐和运输机制有重要作用(Andrade等人，1996年）;由于卵母细胞和精子的存在m . auretenra在雨季(九月至十月)(Vermeij等人，2004)．最后一代迁移在PB - CUR_B和ALB - FOLK之间进行。虽然洋流和风暴有可能在更大范围内促进碎片和浪面的扩散(Lirman 2000；Mercado-Molina等人，2014)，提供生物的扩展和新种群的建立(Highsmith 1982)，例如某些礁鱼(舒尔曼和伯明翰，1995年；Betancur-R等人，2011）;然而，这些探索性的结果需要谨慎对待，因为这些工具的迁移估计是不确定的，而且这种流动模式不被其他结果支持。

有趣的是，相对迁移高的地区属于MPAs。一些例子包括玻利瓦尔和科尔多瓦地区的“罗萨里奥珊瑚、圣贝纳多和富尔特岛海洋保护区”，Cur_D内的“CARMABI海洋研究中心”和Folkstone (FOLK)内的“Folkestone海洋保护区”。这些结果强调了珊瑚礁生态系统的管理和设计水库(MPAs)的重要性，促进了来自同一区域的生物走廊之间的交换。包括Albuquerque (ALB)(“海底保护区”)和CHENGE (Tayrona国家自然公园)在内的地区，被确定为孤立的地点，显示出很高的珊瑚覆盖率，这表明实施MPAs可以维持幼虫在不同栖息地的繁殖能力和出口(Gómez-López等，2019)．然而，尽管这两个保护区(Albuquerque和Chenge)的珊瑚覆盖率很高，但大型藻类的增加和肉食性鱼类的生物量价值较低，表明这两个保护区的珊瑚礁近年来明显恶化(Gómez-López等，2019)．同样，危地马拉的珊瑚礁("蓬塔马纳比克海洋野生保护区")健康等级严重退化(Díaz-pérez等，2016)．本研究中确定的领域是孤立的，加上以前报告的挑战，加强了改进这些保护区管理的必要性，同时不断进行监测，不仅仅是为了m . auretenra，也对珊瑚礁生态系统中的其他物种有影响。通过今后对生态、保护和恢复活动的研究，进一步了解珊瑚礁的恢复力，可能有助于减轻加勒比区域气候变化的影响。

数据可用性声明

本研究中提出的原始贡献已列入文章/补充材料，如有进一步查询，可联络通讯作者。

作者的贡献

DB-C支持以下过程:工作的实验设计、引物设计、现场样品采集、实验室数据采集、协议优化、数据分析、文档撰写和编辑。LB支持工作的实验设计、引物设计、现场样品采集、协议优化、数据分析、文档撰写和编辑。RP支持以下过程:工作的实验设计、数据分析、资助和文档编辑。所有作者都对文章做出了贡献，并批准了提交的版本。

致谢

作者感谢哥伦比亚海洋和海岸研究所- invemar，特别是哥伦比亚海洋自然历史博物馆(MHNMC)和Cristina Cedeño对样本运输的支持，感谢David Alonso(生物多样性和海洋生态系统项目负责人)的后勤和学术支持，感谢Raul Navas-Camacho和ODI(生态系统组织和动力学)的所有成员的后勤和采样。作者还感谢曼彻斯特大学的测序团队、曼彻斯特城市大学的生态遗传学小组和生态与环境研究中心eerc，特别是Alejandra Zamora和Sarah Griffiths对分子分析的支持。感谢谢菲尔德大学的核心基因组机构对测序分析的支持。感谢Nadia Santodomingo博士，Mark Vermeij博士和carmai海洋研究所的采样和出口m . auretenra库拉索岛的样品。感谢危地马拉蓬塔马纳比克的CONAP- de Silvestre难民中心，特别是Juan Carlos Hernandez Montesflores和Hendric Acevedo的抽样后勤工作。感谢非政府组织Corales de Paz和Blue Indigo，以及海底研究探险队(Phanor Montoya, Maria Fernanda Maya, David Barrios, Santiago Estrada, Danielle Florio和Alfredo Colmenares)的采样后勤工作。感谢Carlos Gilkes和巴巴多斯Folkestone海洋保护区的全体工作人员，感谢他们在采样和出口许可证方面的合作。感谢Thomas Bleazard博士和James Mair教授对手稿的有益评论。致环境与可持续发展部(哥伦比亚-国家环境许可证管理局(ANLA))支持出口许可证。本研究部分得到了invemar - columbia, Parques Nacionales Naturales de columbia和Manchester Metropolitan University-UK的支持。该项目由COLCIENCIAS fellowship 679 (Doctorados external)赞助。

利益冲突

作者声明，该研究是在不存在任何可能被解释为潜在利益冲突的商业或金融关系的情况下进行的。

出版商的注意

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补充材料

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参考文献

艾迪森。安。安。哈特。魏。(2005)。海洋无脊椎动物的产卵、交配和近交系数。医学杂志。列托人。1, 450 - 453。doi: 10.1098 / rsbl.2005.0353

《公共医学图书馆摘要》|CrossRef全文|谷歌学者

阿尔贝托F.(2013)。MsatAllele_1.0:一个用于可视化微卫星等位基因的打包包。j .她。100年,394 - 397。doi: 10.1093 / jhered / esn110