Genetic diversity of brown trout (Salmo trutta L., 1758) of the Danube basin on the terriritory of Croatia

Abstract

Brown trout is an extremely morphologically and genetically variable species, whose taxonomic status has often changed. Today, eight phylogenetic lineages are known, which are defined as a complex of the species Salmo cf. trutta – Danubian (DA), Atlantic (AT), Mediterranean (ME), marmoratus (MA), Adriatic (AD), Tigris, Duero and Dades. The Western Balkans is an area characterized by the greatest phenotypic and genotypic diversity of trout populations, and a large part of the internal territory belongs to the Black Sea basin, where the Danubian Da1 haplotype is native. Numerous studies of brown trout populations in this area have shown that their genetic diversity has been deteriorated by the introduction of the non-native Atlantic phylogenetic lineage, but also non-native Danubian haplotypes. Breeding of allochthonous lineages and stocking of streams attractive for angling in the Western Balkans has a long history. Research of the genetic structure of farmed populations is not legally regulated, although these populations are often the only available material for stocking. The rivers of the Danube basin in Croatia have been poorly researched in terms of the genetic diversity of brown trout populations. Therefore, the aim of this research was to examine the genetic structure of the populations, their status and the influence of allochthonous lineages on their survival. Fifteen populations in the Danube basin of the central-western and eastern part of Croatia were analyzed. The molecular markers used in this research were: control region of mitochondrial DNA, the L-lactate dehydrogenase nuclear gene locus and eight microsatellite loci. Amplification of the control region was done using appropriate primers, and the obtained sequences were compared with known sequences from previous research in other areas. Restriction analysis of the sequenced L-lactate dehydrogenase locus was performed to assess hybridization between different phylogenetic lineages. Analysis of eight microsatellite loci determined the structure of brown trout populations, as well as the degree of introgression of allochthonous genetic material. Morphometric analysis was performed using the method of geometric morphometry in order to determine variations in body shape between autochthonous and allochthonous lineages, as well as their hybrids. Sequencing the control region of mitochondrial DNA revealed four haplotypes, three of which belong to the Danubian and one to the Atlantic phylogenetic lineage. Only one haplotype (Da1) is considered autochthonous for the researched area. Two haplotypes were described for the first time – Da1f in the Jankovac Stream and Da1g in the River Toplica. Other brown trout haplotypes (Da2, Da22 and At1) most likely entered natural watercourses through uncontrolled stocking from fish farm stocks. Hybrids of the Danubian and Atlantic phylogenetic lineages were identified in all researched rivers, except in the “Vrabac” fish farm where all individuals were “pure” Atlantic. The analysis of microsatellite loci revealed overlapping between populations, confirming a long history of introduction with non-native genetic material, which most likely originates from imported and farmed individuals of the Atlantic phylogenetic lineage. Potential confirmation of the origin of Atlantic brown trout was presented by additional morphometric analysis, which showed the least variation in body shape in Atlantic individuals from the “Vrabac” fish farm and those found in natural watercourses. A clear differentiation in body shape was also established between individuals of the Atlantic lineage on the one side and the Danubian lineage and hybrids on the other. The biggest differences were observed in body height, head length and eye size. The morphological differences between the Danubian lineage and hybrids were not statistically significant...

Поточна пастрмка представља изузетно морфолошки и генетички варијабилну врсту чији се таксономски статус често мењао. Данас је познато осам филогенетских линија које су дефинисане као комплекс врсте Salmo cf. trutta – дунавска (DА), атлантска (АТ), медитеранска (МЕ), marmoratus (МА), јадранска (АD), Тигрис, Дуеро и Дадес. Западни Балкан је област коју одликује највећи фенотипски и генотипски диверзитет пастрмских популација, а велики део унутрашње територије припада црноморском сливу у којем је нативан дунавски Dа1 хаплотип. Бројна истраживања популација поточне пастрмке на овом простору показала су да је њихов генетички диверзитет нарушен интродукцијом алохтоне атлантске филогенетске линије, али и ненативних дунавских хаплотипова. Узгој алохтоних линија и порибљавање риболовно атрактивних река на Западном Балкану има дугу историју. Испитивање генетичке структуре гајених популација није законски регулисанo, иако су ове популације најчешће једини доступни материјал за порибљавање. Реке дунавског слива у Хрватској слабо су истражене с аспекта генетичког диверзитета популација поточне пастрмке и зато је циљ овог истраживања био испитивање генетичке структуре популација, њиховог статуса и утицаја алохтоних линија на њихов опстанак. Анализирано је 15 популација у дунавском сливу централно-западног и источног дела Хрватске. Молекуларни маркери коришћени у овом истраживању били су: контролни регион митоходријске ДНК, локус једарног гена Л-лактат дехидрогеназе и осам микросателитских локуса. Амплификација контролног региона урађена је употребом одговарајућих прајмера, а добијене секвенце упоређене су са познатим секвенцама из претходних истраживања на другим подручјима. Рестрикционом анализом секвенцираног локуса Л-лактат дехидрогеназе процењено је укрштање између различитих филогенетских линија. Анализом осам микросателитксих локуса утврђена је структура популација поточне пастрмке, као и степен интрогресије алохтоног генетичког материјала у аутохотни. Морфометријске анализе урађене су методом геометријске морфометрије како би се утврдиле варијације у облику тела између аутохтоних и алохтоних линија, али и њихових хибрида. Секвенцирањем је идентификовано четири хаплотипова, од којих три припадају дунавској, а један атлантској филогенетској линији. Само један хаплотип (Dа1) сматра се аутохтоним за истражено подручје. Два хаплотипа описана су први пут – Da1f на локалитету Јанковац-поток и Da1g у реци Топлица. Остали хаплотипови поточне пастрмке (Da2, Da22 и At1) највероватније су доспели у природне водотокове неконтролисаним порибљавањем из рибњачких популација. Хибриди дунавске и атлантске филогенетске линије идентификовани су у свим истраженим рекама, осим у рибњаку „Врабац” где су све јединке „чисте” атлантске. Анализом микросателитских локуса утврђена је велика измешаност међу популацијама, потврђујући дугу историју интродукције ненативним генетичким материјалом, који највероватније потиче из увезених и гајених јединки атлантске филогенетске линије. Потенцијална потврда о пореклу атлантских пастрмки представљена је додатним морфометријским анализама, које су показале најмање варијације у облику тела код атлантских јединки поточне пастрмке из рибњака „Врабац” и оних нађених у природним водотоковима. Такође је утврђена јасна диференцијација у облику тела између јединки атлантске линије с једне стране и дунавске линије и хибрида с друге стране. Највеће разлике уочене су у висини тела, дужини главе и величини очију. Морфолошке разлике између дунавке линије и хибрида нису биле статистички значајне...