Biodiversity and molecular evolution of malacostraca

Abstract

No actual cenário de perda acelerada de biodiversidade, o nosso conhecimento dos ecossistemas marinhos, apesar da sua extensão e complexidade, continua muito inferior ao dos ecossistemas terrestres. A classe Malacostraca (Arthropoda, Crustacea), um grupo dos mais representativos nos ecossistemas marinhos, apresenta um elevado nível de diversidade morfológica e ecológica, mas difícil sua identificação ao nível de espécie requer frequentemente a ajuda de especialistas em taxonomia. A utilização recente do “barcoding” (código de barras do ADN), revelou ser um método rápido e eficaz para a identificação de espécies em diversos grupos de metazoários, incluindo os Malacostraca. No âmbito desta tese foi construída uma base de dados de código de barras de ADN envolvendo 132 espécies de Malacostraca vários locais de amostragem no Atlântico Nordeste e Mediterrâneo. As sequências de ADN mitocondrial provenientes de 601 espécimes formaram, em 95% dos casos, grupos congruentes com as identificações baseadas em características morfológicas. No entanto, foi detectado polimorfismo em seis casos e a divergência intra-específica foi elevada em exemplares pertencentes a duas espécies morfológicas, sugerindo, neste caso, a ocorrência de especiação críptica. Este estudo confirma a utilidade do código de barras de ADN para a identificação de Malacostraca marinhos. Apesar do sucesso obtido, este método apresenta alguns problemas, como por exemplo a possível amplificação de pseudogenes. A ocorrência de pseudogenes e as possíveisabordagens para a detecção e resolução deste tipo de problemas são discutidas com base em casos de estudo: análises dos códigos de barras ADN na espécie Goneplax rhomboides (Crustacea, Decapoda). A análise dos códigos de barras ADN revelou ainda grupos prioritários de decápodes para estudos taxonómicos e sistemáticos, nomeadamente os decápodes dos géneros Plesionika e Pagurus. Neste âmbito são discutidas as relações filogenéticas entre espécies seleccionadas dos géneros Plesionika e Pagurus. Este trabalho aponta para várias questões no âmbito da biodiversidade e evolução molecular da classe Malacostraca que carecem de um maior esclarecimento, podendo ser considerado como a base para estudo futuros. Análises filogenéticas adicionais integrando dados morfológicos e moleculares de um maior número de espécies e de famílias deverão certamente conduzir a uma melhor avaliação da biodiversidade e da evolução dentro da classe.

The biodiversity of many habitats is under threat and although seas cover the majority of our planet’s surface, far less is known about the biodiversity of marine environments than that of terrestrial systems. The complexity of its species and ecosystems is immense. Marine malacostraca are known as a group with a high level of morphological and ecological diversity but are difficult to identify by traditional approaches and usually require the help of highly trained taxonomists. A faster identification method, DNA barcoding, was found to be an effective tool for species identification in many metazoan groups including some malacostraca. Moreover, the generation of a larger comparative database allows additional insights into the tempo and mode of molecular evolution. Indeed, examination of diversity at the COI region yields an informative framework to identify and explore priority issues, demanding in turn a fully integrative approach utilising additional molecular, distributional and ecological information. Here we expand the DNA barcode database with a case study involving more than 132 malacostracan species from the Northeast Atlantic Ocean and Mediterranean Sea. DNA sequences from around 601 specimens grouped into clusters corresponding to known morphological species in 95% of cases. However shared polymorphism between sister-species was detected in six species. Intraspecific divergence was high in specimens belonging to two morphological species, suggesting the occurrence of cryptic speciation, allowing a rapid assessment of taxon diversity in groups that have until now received limited morphological and systematic examination. We highlight taxonomic groups or species with unusual nucleotide composition or evolutionary rates. Such data are relevant to strategies for conservation of existing decapod biodiversity, as well as elucidating the mechanisms and constraints shaping the patterns observed.This study reconfirms the usefulness of DNA barcoding for the identification of marine malacostraca, despite complexities that sometimes arise due to pseudogenes (numts). Here, we study the effect of numts on DNA barcoding based on barcoding analyses in decapoda species: Goneplax rhomboides. DNA barcodes reveal priority groups for taxonomic and systematic focus of decapods. Here we discussed two cases of phylogenetic relationships among selected species of Plesionika and Pagurus, respectively. Issues relating to the molecular biodiversity and evolution of the Malacostraca arising from this study allow identification of future priorities. Further phylogenetic analyses including morphological and molecular data of selected families is required, especially encompassing broad geographic and ecological coverage, will lead to an improved evaluation of the biodiversity and evolution among selected Malacostraca species