Filogenia, morfometría y especiación de dos topillos ibéricos: Microtus duodecimcostatus y Microtus lusitanicus

Abstract

Establecer las relaciones existentes entre las especies y definir los límites entre las mismas ha sido uno de los objetos principales de estudio de la biología evolutiva durante las últimas décadas. El establecimiento de estos límites se hace más complejo cuanto más cercanas son las especies entre sí debido a que comparten más características, tanto genéticas como morfológicas, lo que hace que en algunas ocasiones estos límites sean muy difusos, generando una mayor complejidad en la búsqueda de los criterios más precisos y menos sesgados para establecer los límites entre las especies. Bajo este marco conceptual, el objetivo principal de esta tesis doctoral ha sido la búsqueda, sirviéndose de herramientas morfológicas y filogenéticas, de los criterios que explican con un mayor grado de exactitud la relación existente entre dos especies cercanas de topillos, Microtus duodecimcostatus y Microtus lusitanicus, que se distribuyen a lo largo de la Península Ibérica.

Estos dos topillos ibéricos pertenecen al orden Rodentia y, teniendo en cuenta que los roedores componen la mitad de las especies de los mamíferos y que además cuentan con un genoma con ciertas particularidades con respecto al del resto de los mamíferos, se desarrolló un conjunto de marcadores nucleares intrónicos específicos para los roedores. A partir de genomas de las bases de datos y mediante la aplicación de una serie de filtros bioinformáticos se seleccionaron 208 marcadores con unas determinadas características (tamaño, copia única, alta divergencia y evolución ajustada a la del resto del genoma) que permitieran usar estos intrones para resolver cuestiones filogenéticas a los niveles taxonómicos más bajos dentro del orden Rodentia. Una vez obtenido este conjunto de marcadores se escogió un subconjunto de ellos y se comprobó su validez mediante la amplificación y posterior uso para la reconstrucción filogenética en especies pertenecientes a varias familias representativas del orden Rodentia. Se obtuvo un elevado éxito de amplificación (78%) y las reconstrucciones filogenéticas de máxima verosimilitud y de inferencia Bayesiana con estos marcadores seleccionados reflejaron las filogenias propuestas para este orden en la literatura.

Por otro lado, se empleó la técnica de la morfometría geométrica para determinar las características morfológicas principales que diferencian las dos especies de topillos, M. duodecimcostatus y M. lusitanicus, en las zonas de distribución alopátrica. Se identificaron cinco caracteres óseos que permitían una clara diferenciación morfológica entre las dos especies. Posteriormente se llevó a cabo, mediante estos caracteres, la asignación de especie a los individuos de las zonas de distribución solapada de las dos especies de topillos. A pesar de que en las zonas de distribución solapada se detectó una convergencia en forma entre las dos especies, se obtuvo una clasificación muy robusta de los individuos en una de las dos especies

Por último, se llevó a cabo la caracterización de las dos especies de topillos ibéricos a nivel filogenético mediante el uso de un marcador mitocondrial, citocromo b, y de seis intrones de los desarrollados en la primera parte de la tesis. Se estimó, usando metodologías de reconstrucción de árboles de especies, que el tiempo de especiación entre estas dos especies es de 0,65 millones de años y que ambas especies sufren procesos de expansión poblacional, siendo este mayor en el caso de M. lusitanicus. A pesar de que estas dos especies se comportan como dos entidades separadas se detectó la existencia de una discordancia mitocondrial. Utilizando diferentes metodologías basadas en la teoría de la coalescencia se determinó que la causa más plausible de esta discordancia es un proceso antiguo de introgresión por hibridación de la especie M. duodecimcostatus hacia M. lusitanicus, originado así secuencias mitocondriales introgresadas en individuos de M. lusitanicus, siendo posiblemente los machos de M. lusitanicus los que invadieron las áreas de distribución de M. duodecimcostatus.

Establishing the relationships among species and particularly defining the boundaries among them has been one of the main goals of Evolutionary Biology in recent decades. Assessing these limits becomes more complex when species are closely related, since they share more features, both genetic and morphological, and their boundaries are more diffuse. In such cases, it is crucial to identify accurate criteria to set the limits among species. In this scenario, the aim of this thesis has been to explore, using morphological and phylogenetic tools, wich are the criteria that explain with a higher degree of accuracy the relationship between two closely related species of voles, Microtus duodecimcostatus and Microtus lusitanicus (order Rodentia), that are distributed along the Iberian Peninsula, with a partial range overlap. In order to perform a multi-locus analysis of these species, a bioinformatic pipeline to extract intron sequences from already available rodent genomes was used, which allowed the identification of 208 introns. These introns were shown to be optimal to solve phylogenetic questions of closely related species in the Rodentia order. In addition, geometric morphometrics on skull bones and teeth was used to identify five characters to discriminate between the two species in their allopatric ranges. These characters also proved to be very powerful to discriminate species in the overlapped range, despite the existence of morphological convergence processes in this area in the two species. Finally, by multi-locus coalescence methods applied to the cytochrome b marker and a selection of six of the developed introns, a divergence time of 0.65 million years ago was estimated for these two species. Although these species behave as two separate entities, the existence of a mitochondrial discordance was detected. Using different methodologies based on the coalescent theory, it was determined that the most plausible cause of this discordance is due to an ancient process of introgression by hybridization from M. duodecimcostatus to M. lusitanicus.