Μοριακή φυλογένεση και φυλογεωγραφία της υποομάδας ειδών “Podarcis tauricus” (Sauria Lacertidae)

Abstract

Podarcis wall-lizards are included phylogenetically into the Balkan species group and into the “P. tauricus” species subgroup that consists of P. gaigeae, P. melisellensis, P. milensis and P. tauricus. This subgroup is distributed in the western and south Balkans, an area that is considered as an herpetofauna biodiversity hotspot. A plethora of endemic species can be found closely to the external Hellenides (Pindos mountain range) that comprise one of the most important biogeographic barriers in the Balkan Peninsula. The four focal species are characterized by obscure phylogenetic relationships among them, as well as among their populations. The general scope of the present thesis is to investigate the evolutionary history of the “P. tauricus” species subgroup by using a dataset containing samples from the entire species distribution and by producing different types of genetic and genomic data (Sanger sequencing, Next Generation Sequencing, Microsatellites). In order to achieve the above goal a large variety of analyses were performed that includes phylogenetic analyses (Second Chapter), phylogenomic analyses (Third Chapter), population structure analyses (Forth Chapter), species delimitation (Fifth Chapter), species distribution modelling (Fifth Chapter), divergence time estimations (Sixth Chapter), construction of mitochondrial haplotype networks (Sixth Chapter), and demographic analyses (Sixth Chapter). According to the results of the phylogenetic and phylogenomic analyses the “P. tauricus” species subgroup consists of five major phylogenetic clades that correspond to the taxa (in an order of evolutionary diversification) P. melisellensis, P. milensis, P. gaigeae, P. t. ionicus and P. t. tauricus/P. t. thasopulae. The taxon of P. t. ionicus displays hidden genetic diversity, comprising of five geographically isolated phylogenetic subclades with genetic distances of species level among them. In the context of taxonomical revision within the “P. tauricus” species subgroup and in congruence with the results of the species delimitation we propose the synonymy between some of the subspecies and the existence of a distinct Greek-Albanian species (or species complex) with the provisional name P. ionicus. The relationships among the subclades (a – e) of P. ionicus are resolved with the help of the genomic data in the following order of evolutionary diversification: subclade α (south Ionian islands), subclade e (southwestern Albania, northwestern Greece and western Peloponnisos), subclade c (northeastern Peloponnisos) and subclade d (central and southeastern Peloponnisos). Subclade b (western central Greece) is either a sister subclade to subclade a (Sanger sequencing), or closely related to subclade d (ddRADseq data). The results of population structure analyses shown that there is a general concordance between the revealed clusters and the phylogenetic clades and subclades (or group of them). Most of the resulted clusters consisted of pure individuals (>90% assignment probability), however in some cases it was observed that the daughter clusters of a parental one (e.g. the case of P. t. tauricus) contained also a small percentage of non-pure individuals originated from a different geographic area. Furthermore, there were cases in which individuals originated from the same geographic locality were grouping within different clusters. The species distribution analyses revealed that, in general, there are distinct putative distributions based on the environmental data among the taxa of the focal species subgroup. Finally, taking into account all the above data and analyses and in combination with the existing knowledge on the Paleogeography and the Paleoclimatology of the Balkans a phylogeographic scenario is proposed, which is taking place in several main stages. Before ~14-9 my the ancestral of “P. tauricus” species subgroup started to colonize the Balkan peninsula. The first divergence event happened at ~8-7 with the ancestror of P. melisellensis being isolated south of the Dinarides. Before ~7-6 my ago the distribution of the ancestor of the rest of the species includes the eastern and western to the External Hellenides continental Greece, Peloponnisos, central Greece, Skyros area, and Milos area. At ~5-4 mya the end of the Messinian salinity crisis caused the isolation of the aforementioned areas and the diversification of the isolated populations inhabiting these areas led to the forming of P. milensis, P. gaigeae, P. t. ionicus and P. t. tauricus / P. t. thasopulae. Before ~4-3 my the diversification of P. melisellensis and P. ionicus into their subclades is happening and during the time period of ~2,5-0,018 mya the populations were experienced the affection of the glacial and inter-glacial cycles of Pleistocene that formed in a great manner the current genetic diversity of the species. After the end of the last glacial period (~18.000 years ago) and until today the populations started to expand gradually, especially at their northern distribution limits.

Οι «τοιχόσαυρες» του γένους Podarcis φυλογενετικά συμπεριλαμβάνονται στη «Βαλκανική» ομάδα ειδών και στην υποομάδα ειδών «P. tauricus» που περιλαμβάνει τα είδη P. gaigeae, P. melisellensis, P. milensis και P. tauricus. Η υποομάδα αυτή κατανέμεται στα δυτικά και νότια Βαλκάνια, μια περιοχή η οποία θεωρείται κέντρο υψηλής βιοποικιλότητας (biodiversity hotspot) ερπετοπανίδας. Πληθώρα ενδημικών ειδών συναντάται κοντά στις Εξωτερικές Ελληνίδες της ηπειρωτικής Ελλάδας (οροσειρά Πίνδου), οι οποίες αποτελούν έναν από τους σημαντικότερους βιογεωγραφικούς φραγμούς στη βαλκανική χερσόνησο. Οι φυλογενετικές σχέσεις μεταξύ των τεσσάρων υπό εξέταση ειδών, αλλά και μεταξύ των πληθυσμών εντός των ειδών δεν έχουν μέχρι στιγμής επιλυθεί. Στην παρούσα διατριβή γενικός στόχος ήταν η διερεύνηση της εξελικτικής ιστορίας της υποομάδας ειδών «P. tauricus» κάνοντας χρήση ενός συνόλου δειγμάτων που περιλαμβάνει άτομα από το μεγαλύτερο μέρος της κατανομής των ειδών μελέτης και παράγοντας γενετικά και γενωμικά δεδομένα διαφορετικού τύπου (αλληλούχιση Sanger, Νέα Γενιά Αλληλούχισης, Μικροδορυφορικά). Για την επίτευξη του ανωτέρου στόχου πραγματοποιήθηκε μια μεγάλη ποικιλία αναλύσεων η οποία περιλαμβάνει φυλογενετικές αναλύσεις (Δεύτερο Κεφάλαιο), φυλογενωμικές αναλύσεις (Τρίτο Κεφάλαιο), εκτιμήσεις πληθυσμιακής δομής (Τέταρτο Κεφάλαιο), οριοθέτηση ειδών (Πέμπτο Κεφάλαιο), μοντελοποίηση χωρικών κατανομών (Πέμπτο Κεφάλαιο), εκτίμηση χρόνων απόκλισης (Έκτο Κεφάλαιο), κατασκευή δικτύων μιτοχονδριακών απλοτύπων (Έκτο Κεφάλαιο) και δημογραφικές αναλύσεις (Έκτο Κεφάλαιο). Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των φυλογενετικών και φυλογενωμικών αναλύσεων, η υποομάδα ειδών «P. tauricus» εμπεριέχει πέντε κύριους φυλογενετικούς κλάδους οι οποίοι ταυτίζονται με τα taxa (κατά σειρά εξελικτικής διαφοροποίησης) P. melisellensis, P. milensis, P. gaigeae, P. t. ionicus και P. t. tauricus/P. t. thasopulae. To taxon P. t. ionicus εμφανίζει κρυμμένη γενετική ποικιλότητα, αποτελούμενο από πέντε, γεωγραφικά διακριτούς, φυλογενετικούς υποκλάδους με τις γενετικές αποστάσεις μεταξύ τους να φτάνουν σε διαειδικά επίπεδα. Στο πλαίσιο της ταξινομικής αναθεώρησης της υποομάδας ειδών «P. tauricus» και σε συμφωνία με τα αποτελέσματα των αναλύσεων της οριοθέτησης ειδών προτείνεται η συνωνυμία κάποιων αναγνωρισμένων υποειδών της υποομάδας και η ύπαρξη ενός διακριτού ελληνοαλβανικού φυλογενετικού είδους ονόματι, προσωρινά, σύμπλεγμα ειδών (species complex) «P. ionicus». Οι σχέσεις μεταξύ των υποκλάδων (a – e) του taxon P. ionicus επιλύονται με τη βοήθεια των γενωμικών δεδομένων με τη σειρά διαφοροποίησης να έχει ως εξής: υποκλάδος α (νότια Επτάνησα), υποκλάδος e (νοτιοδυτική Αλβανία, βορειοδυτική Ελλάδα και δυτική Πελοπόννησος), υποκλάδος c (βορειοανατολική Πελοπόννησος) και υποκλάδος d (κεντρική και νοτιοανατολική Πελοπόννησος). Ο υποκλάδος b (δυτική Στερεά Ελλάδα) εμφανίζεται είτε ως αδελφό taxon με τον υποκλάδο a (δεδομένα Sanger), είτε ως συγγενικό με τον υποκλάδο d (δεδομένα ddRADseq). Τα αποτελέσματα των αναλύσεων ανίχνευσης πληθυσμιακής δομής έδειξαν ότι σε γενικές γραμμές οι ομαδοποιήσεις (clusters) που αναγνωρίστηκαν αντιστοιχούν στους κύριους φυλογενετικούς κλάδους και υποκλάδους (ή ομάδες αυτών). Οι ομαδοποιήσεις αυτές στην πλειονότητά τους αποτελούταν από αμιγή άτομα (>90% πιθανότητα σωστής αντιστοίχισης), ωστόσο παρατηρήθηκαν περιπτώσεις όπου οι θυγατρικές ομαδοποιήσεις μιας πατρικής ομαδοποίησης (π.χ., η περίπτωση του taxon P. t. tauricus) αποτελούνταν από ένα μικρό ποσοστό μη αμιγών ατόμων που προέρχονταν από διαφορετική γεωγραφική περιοχή. Επιπλέον, παρατηρήθηκαν και περιπτώσεις στις οποίες άτομα ίδιας γεωγραφικής προέλευσης να ομαδοποιούνται σε διαφορετικές συναθροίσεις. Οι αναλύσεις χωρικής κατανομής έδειξαν ότι, ως ένα βαθμό, υπάρχουν διακριτές δυνητικές κατανομές βάσει περιβαλλοντικών συνθηκών μεταξύ των taxa της παραπάνω υποομάδας, παρατήρηση που ενισχύει την υπόθεση διάκρισης του taxon P. t. ionicus ως είδος ή ομάδα ειδών. Τέλος, βάσει όλων των παραπάνω δεδομένων και αναλύσεων και βάσει της υπάρχουσας γνώσης για την παλαιογεωγραφία και παλαιοκλιματολογία των Βαλκανίων, το φυλογεωγραφικό σενάριο που προτείνεται μπορεί να περιγραφτεί συνοπτικά σε μια σειρά σταδίων. Πριν από ~14-9 εκατομμύρια χρόνια γίνεται η αποίκιση των Βαλκανίων από την προγονική μορφή της υποομάδας ειδών «P. tauricus». Το πρώτο γεγονός διαφοροποίησης συμβαίνει πριν από ~8-7 εκατομμύρια χρόνια όταν νότια των Διναρίδων απομονώνεται ο πρόγονος του είδους P. melisellensis. Την περίοδο πριν από ~7-6 εκατομμύρια χρόνια η κατανομή του προγόνου των υπολοίπων ειδών της υποομάδας περιλαμβάνει τις περιοχές ανατολικά και δυτικά των Εξωτερικών Ελληνίδων, την Πελοπόννησο, την περιοχή της Σκύρου και την περιοχή της Μήλου. Στα ~5-4 εκατομμύρια χρόνια, λόγω του τέλους της κρίσης της αλατότητας του Μεσσηνίου, συμβαίνει η απομόνωση των ανωτέρω περιοχών και η επακόλουθη διαφοροποίηση των απομονωμένων πληθυσμών στα taxa P. milensis, P. gaigeae, P. t. ionicus και P. t. tauricus / P. t. thasopulae. Ακολουθεί η διαφοροποίηση του είδους P. melisellensis και του taxon P. t. ionicus στους υποκλάδους τους πριν από ~4-3 εκατομμύρια χρόνια. Στο διάστημα ~2,5-0,018 εκατομμύρια χρόνια πριν η επίδραση των πλειστοκαινικών παγετωδών και μεσοπαγετωδών περιόδων είναι έντονη διαμορφώνοντας σε μεγάλο βαθμό τη σημερινή γενετική ποικιλότητα των πληθυσμών. Μετά το τέλος της τελευταίας παγετώδους περιόδου (~18.000 χρόνια πριν) και μέχρι σήμερα οι πληθυσμοί αρχίζουν και εξαπλώνονται σταδιακά, ιδιαίτερα προς τα βόρεια των κατανομών τους.Λέξεις κλειδιά: Βαλκανική χερσόνησος, Οριοθέτηση ειδών, Παγετωνικά καταφύγια, Πληθυσμιακή δομή, Σύμπλεγμα ειδών, Φυλογενωμική