Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Geographical variation in the granular poison frog, Oophaga granulifera

Brusa, Oscar

The present work investigates the intraspecific genetic divergence and phenotypic diversification in the neo-tropical poison frog, Oophaga granulifera, across its distribution range, analysing phylogeographic patterns, population structure and phenotypic traits potentially involved in reproductive isolation. The phylogeographic and population structure analyses were performed using the mitochondrial genes cytochrome b and 16S and seven polymorphic microsatellite loci from nine to eleven populations. For phenotypic analysis, I observed the colour phenotype in 189 frogs and measured the reflectance spectra in five targeted populations. Moreover, male advertisement calls were recorded and ten morphological variables measured in ten populations. The phylogenetic reconstruction supported the divergence into southern and northern mitochondrial lineages in O. granulifera, which was confirmed by the microsatellite analyses. The species presents two main dorsal colour morphs, red in the south of the distribution and green in the north. The distribution of colour phenotypes is asymmetric as compared to the mitochondrial variation. The southern lineage included only monomorphic red populations while the northern lineage contained red, green and polymorphic populations. The polymorphic populations occured in a transition area between the main morphs in the northern lineage. Here novel gradual intermediate colour variants, varying from orange-yellow to green-brown, occurred with the red or green phenotypes. However the gradual change from red to green did not follow simple linear geographic colour cline. The occurrence of these intermediate morphs suggests the presence of gene flow between the red and green morphs as confirmed by the significant admixture across the transition area. The two genetic lineages significantly differed in advertisement calls and morphology. The red and green colour morphs in the northern lineage differed in pulse rate of the advertisement call and body size revealing potential for assortative mating. In conclusion, multiple lines of evidence show that O. granulifera presents deep intraspecific divergence strongly suggesting that the two identified lineages may well represent different species. On the contrary, the lack of genetic diversification among colour morphs within the northern lineage and the genetic connectivity across the colour transition area suggest a recent colour diversification. Originating from a south-north colonization movement, locally diversified selection is likely to represent the key for interpreting the striking colour variation in this aposematic system.

Die vorliegende Arbeit untersucht die intraspezifische genetische Divergenz und phänotypische Diversifizierung des neotropischen Giftfrosches, Oophaga granulifera, innerhalb seines Verbreitungsgebietes. Dabei werden phylogeographische Muster, Populationsstrukturen und phänotypische Merkmale, die potentiell an reproduktiver Isolation beteiligt sind, analysiert. Die Analysen zur Phylogeographie and der Populationsstruktur wurden mit Hilfe der mitochondrialen Gene von Cytochrom b und 16S sowie sieben polymorphen Mikrosatelliten-Loci von neun bis elf Populationen durchgeführt. Für die Analyse der Phänotypen erfasste ich den Farbphänotyp in 189 Fröschen und maß die Reflektionsspektren in fünf ausgewählten Populationen. Zudem wurden in zehn Populationen männliche Paarungsrufe aufgenommen und zehn morphologische Parameter gemessen. Die phylogenetische Rekonstruktion unterstützte die Aufspaltung in eine südliche und eine nördliche mitochondriale Linie von O. granulifera. Dieses Ergebnis wurde durch die Mikrosatelliten-Analyse bestätigt. Weiterhin zeigt die Art hauptsächlich zwei dorsale Farbvarianten, rot im südlichen und grün im nördlichen Verbreitungsgebiet. Die Verteilung von Farbmorphen ist asymmetrisch zur mitochondrialen Variation. Die südliche Linie umfasste nur monomorphe rote Populationen, wohingegen die nördliche Linie rote, grüne und polymorphe Populationen enthielt. Die polymorphen Populationen kommen in einer Übergangszone zwischen den beiden wichtigsten Farbmorphen vor. Hier traten neue graduell intermediäre Farbmorphen, von orange-selb bis grün-braun, zusammen mit roten oder grünen Fröschen auf. Trotzdem folgte der Übergang von rot nach grün keiner einfachen geographischen Kline. Das Vorkommen von graduell intermediären Farbmorphen deutet auf signifikante Vermischung entlang der Übergangszone hin. Beide genetischen Linien unterschieden sich signifikant in ihren Paarungsrufen und ihrer Morphologie. In der nördlichen Linie unterschied sich die rote Farbmorphe von der grünen Farbmorphe in der Pulsrate der Paarungsrufe und in der Körpergröße. Die Unterschiede in den Lauten und der Morphologie beider Farbmorphen liefern Potential für „assortative mating“, wobei zueinander passende Partner bevorzugt werden. Die mehrfachen Hinweise auf die tiefreichende intraspezifische Divergenz deuten stark darauf hin, dass es sich bei den beiden identifizierten Linien um verschiedene Arten handelt. Dem gegenüber lässt sich aufgrund der fehlenden genetischen Diversifizierung zwischen den Farbmorphen innerhalb der nördlichen Linie und der genetischen Zusammengehörigkeit der Übergangszone auf eine erst kürzlich aufgetretene Diversifizierung der Körperfärbung schließen. Ausgehend von einer Süd-Nord Ausbreitungsbewegung sind unterschiedliche lokale Selektionsdrücke der Schlüssel zur Interpretation der beachtlichen Farbvariation in diesem aposematischen System.

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Brusa, Oscar: Geographical variation in the granular poison frog, Oophaga granulifera. Hannover 2012. Tierärztliche Hochschule.

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