Population genetic structure of two sister loach species (Iksookima hugowolfeldi and I. longicorpa): paleo-drainage systems, river capture, and distribution of them.

Abstract

Two endemic loach species, Iksookima hugowolfeldi and I. longicorpa, are distributed in the rivers and streams flowing into the south and west coasts of the southern region of the Korean Peninsula. Previous taxonomic and phylogenetic studies showed that they are sister species, but no studies have been yet done to identify their true geographic boundaries and population genetic structure within each species. Thus, we aimed to solve these two questions based on systematic amplings within the known range of the two species and multi-locus genetic markers. Population DNA data of a mitochondrial and three nuclear genes from 21 populations representing the main rivers, independent small rivers, and islands of the species’ distributional ranges were analyzed. As a result, the two sister species were found not to be monophyletic natural groups, respectively, but constituted eight distinct clades, largely corresponding to the main rivers. The populations from small independent rivers and islands showed some degree of isolation, constituting distinct clades. However, populations from the type localities of the sister species, the Yeongsan River for I. hugowolfeldi and Seomjin River for I. longicorpa, belonged to an identical genetic cluster, strongly indicating at least a past event of river capture through upper streams between the two rivers. The present results suggest that not only isolating forces of geographic distance and direction of the river drainage systems but also past events of contacts between isolated river drainage systems through river capture or reconnection via paleo-drainage systems when sea level was low in glacial periods are very important environmental factors for understanding the evolution and distribution of these two species and potentially other freshwater fish in East Asia.;한반도 남해안과 서해안으로 유입되는 강과 하천에는 고유한 두 종의 종개인 남방종개(Iksukima hugowolfeldi)와 왕종개(I. longicorpa)가 분포하고 있다. 이전의 분류학적 및 계통발생학적 연구에서 이 두 종이 자매 종임을 보여주었지만, 이들의 진정한 지리적 경계와 각 종 내의 개체군 유전적 구조를 확인하기 위한 연구는 아직 수행되지 않았다. 따라서 두 종의 알려진 범위 내에서 체계적인 샘플링과 다중 유전자좌 유전자 표지를 기반으로 이 두 가지 질문을 해결하는 것을 목표로 했다. 이 종의 분포 범위에 있는 주요 강, 독립하천을 대표하는 21개 개체군의 미토콘드리아 및 3개 핵 유전자의 개체군 DNA 데이터를 분석했다. 그 결과, 두 자매종은 각각 단일계통군이 아닌 주로 주요 하천에 해당하는 8개의 별개의 분기군으로 구성되어 있음이 확인되었다. 독립하천 및 섬에서 온 개체군은 어느 정도의 분리를 보여 별개의 분기군을 구성했다. 그러나 두 자매종의 모식산지 지역인 남방종개의 영산강 집단들과 왕종개의 섬진강 집단들은 단일 유전자 군집으로 볼 수 있을 만큼 가까운 유전적 관계를 보여 두 모식산지 간 상류 하천을 통한 하전 쟁탈이 과거에 있었음을 강력하게 나타낸다. 이 논문의 결과는 수계의 지리적 거리 및 하천이 흐르는 방향뿐만 아니라 빙하기 해수면이 낮았을 때 하천 쟁탈 또는 고수계로 인한 재연결을 통한 고립된 수계 간 접촉의 과거 사건이 이 두 종의 진화 및 분포를 이해하는 데 매우 중요한 환경적 요소임을 시사한다.