Frontiers in Zoology, 2005; 2: 11-11 (más artículos en esta revista)

Forma la base cesión pruebas sugieren transgresivo fenotipos en sculpin híbridos naturales (Teleostei, Scorpaeniformes, Cottidae)

BioMed Central
Arne W Nolte (arne.nolte @ uni-koeln.de) [1], David H Hojas (sheets@canisius.edu) [2]
[1] Institute for Genetics, Evolutionary Genetics, Weyertal 121, 50931 Cologne, Germany
[2] Departamento de Física, colegio Canisio, 2001 Main St, Buffalo, NY 14208, EE.UU.

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Resumen
Antecedentes

Hibridación recibe atención debido a la posible función que puede desempeñar en la generación de la novedad evolutiva. Una explicación para la aparición de nuevos fenotipos transgresivo está dada por la segregación, que, de ser frecuentes, supondría un importante papel evolutivo de la hibridación. Este proceso está todavía poco estudiado en poblaciones naturales como muestras de los últimos híbridos de los padres y sus poblaciones se necesitan. Además, la detección de fenotipos transgresivo segregación requiere que pueden ser fácilmente cuantificados y analizados. Analizamos la variabilidad en la forma del cuerpo de las poblaciones divergentes de sculpins Europea (Cottus gobio complejo), así como los híbridos naturales entre ellas.

Resultados

A distancia basada en el método desarrollado es desconocido para asignar a los especímenes conocidos grupos sobre la base de datos morfométricos. Aparentemente, la forma del cuerpo representa un muy informativo conjunto de caracteres que es paralela a la de poder discriminatorio de los marcadores de microsatélites en el estudio de nuestro sistema. Poblaciones de sculpins son distintos y "desconocido" especímenes pueden ser asignados correctamente a su población de origen basada en la forma del cuerpo. Los recientes híbridos son intermedios a lo largo de los ejes que separan sus padres, pero los grupos de visualización adicionales diferenciación que es único y, junto con el híbrido de antecedentes genéticos.

Conclusión

Hay un componente específico híbrido en forma natural sculpin híbridos que pueden ser mejor explicados por la segregación transgresivo. Esta inferencia de la forma en híbridos difieren de sus antepasados proporciona información básica para futuros estudios evolutivos. Además, nuestro enfoque puede servir para asignar a sus candidatos especímenes fuente poblaciones sobre la base de datos morfométricos y ayudar en la interpretación de la diferenciación de la población.

Antecedentes

Aunque la hibridación durante mucho tiempo ha sido considerado importante en la diversificación de las plantas zoólogos menudo considerado perjudicial y, por tanto, sin importancia [1]. El debate de la importancia relativa de la hibridación ha recibido reciente atención por el avance de las técnicas moleculares ha dado lugar a un aumento de los datos que sugieren que la hibridación se está llevando a cabo con bastante frecuencia en el reino animal también. Esto, a su vez, ha reavivado las preguntas en torno a la posible función que puede desempeñar la hibridación en la penetración de la novedad evolutiva en los animales [2, 3]. Una simple explicación de novela fenotipos de los híbridos está disponible a través del proceso de segregación transgresivo. En pocas palabras, transgresivo segregación es un fenómeno específico de la separación de las generaciones híbridas y se refiere a las personas que superan los valores de sus padres fenotípica en cualquier dirección. Esto podría ser debido a la heterosis, que es más pronunciada en primera generación de híbridos, o bien por la acción complementaria de los padres alelos dispersos entre diferentes linajes de sus padres. Si esto es frecuente, entonces un importante papel evolutivo de la hibridación se explica más fácilmente [4].

De hecho, hay abundantes pruebas de que la segregación es transgresivo comunes en las plantas y los animales, y que la genética de la arquitectura es más bien común que excepcional [5]. En vista de estos resultados, es sorprendente, de que relativamente pocos estudios han evaluado transgresivo en la segregación de los sistemas naturales [4]. Por un lado esta el resultado de la escasez de estudio de sistemas en los que las muestras son lo suficientemente grandes y de fácil acceso desde el simple hecho de que la genética cuantitativa experimentos se realizaron por lo general en ambientes controlados, a fin de separar el medio ambiente de los efectos genéticos. Si uno busca la segregación transgresivo lo ideal sería un estudio de los rasgos, que son determinados por varios genes y que mostrarán una ocultos divergencia genética subyacente de la red [5]. Finalmente, uno tiene que estudiar y no directa híbridos linajes de origen híbrido porque de otra secundaria procesos evolutivos se han reformado cualquier híbrido linaje y en segundo lugar los caracteres modificados no puede distinguirse fácilmente de los rasgos transgresivo. A pesar de estas dificultades, muchos estudios evolutivos en última instancia, han de incorporar las poblaciones naturales en los ecosistemas reales, si los efectos y el resultado de la hibridación que se están analizando.

Como ejemplo, zonas de híbrido entre linajes divergentes se consideran como laboratorios naturales y oferta interesante estudio de los sistemas [6]. En ellas, la aptitud de los híbridos es un componente clave para comprender la dinámica de la zona híbrida en su conjunto [7]. Transgresivo segregación puede afectar híbrido de fitness ya que es un mecanismo que hacer diferentes híbridos y, por tanto, produce la materia prima sobre la que puede actuar la selección.

Recientemente hemos identificado las zonas de híbridos Europea sculpins pertenecientes a los complejos Cottus gobio (Scorpaeniformes, Cottidae) que cumplan con los requisitos anteriores. Sculpins son pequeños, peces bentónicos de agua dulce que se producen en los arroyos en toda Europa, estrechamente relacionadas con especies distribuidas en todo el hemisferio norte. Estudios anteriores han puesto de manifiesto una gran diversidad críptica de este grupo en toda la gama de distribución [8]. Nuestro enfoque es la zona del río Rin Sistema, en caso de los linajes de sculpins se sabe que se producen en parapatry y han entrado en contacto secundario [8, 9]. Los pequeños afluentes de la región del Bajo Rin drenaje están habitadas por poblaciones aisladas de 'flujo' sculpins, un linaje endémico de la Cuenca del Rin [8, 10]. Estos corresponden a las poblaciones arroyo rhenanus Cottus [11]. Curiosamente, un nuevo 'invasoras' linaje, recientemente ha aparecido en los principales canales de los ríos más grandes que cuando anteriormente libres de Cottus [10]. El sculpins invasoras representan una especie diferente, Cottus perifretum [11] que difiere de sculpins en arroyos de la zona del Rin (C. rhenanus) en la forma del cuerpo y en el lateral de su cuerpo que es cubierto en gran medida por escalas vs modificados casi total ausencia de Tales escalas modificados [10]. Invasoras secundarias sculpins entrar en contacto con poblaciones de pequeño arroyo sculpins donde disembogue afluentes en el canal principal de los grandes ríos. En estas zonas las personas pertenecientes a las poblaciones de ambos padres, así como los híbridos entre ellas se produce syntopically. Con respecto a la segregación por encima de transgresivo requisitos previos se cumplen. En primer lugar, lo suficientemente diferentes linajes entrar en contacto y producir híbridos recientes. En segundo lugar, estos híbridos se puede identificar fácilmente a la utilización de datos genéticos. Por último, la variación de la forma del cuerpo proporciona un adecuado carácter complejo ya que se dispone de métodos sofisticados para estudiar la forma [12]. Además, los estudios anteriores sobre la forma del cuerpo muestran que este personaje es complejo por lo general determinada por múltiples genes [13 - 15]. A continuación se conjugan la genética y fenotípica enfoques para estudiar la forma del cuerpo en sculpin híbrido zonas y presentar datos que sugieren que la forma del cuerpo transgresivo fenotipos se producen en sculpin híbridos naturales.

Con el fin de estudiar la variación de forma, grupos de padres y sus híbridos se clasificaron para establecer la forma en que sus fenotipos y genotipos estaban relacionados. Desde que se forma clave de interés, que se basó en el modelo basado en criterios de población genética [16] para el grupo independiente y asignar espécimen a sus poblaciones de origen o para determinar su estatuto mixto. Tal modelo basado en la agrupación no es posible en el análisis de la forma debido a que un poderoso "teoría de la población de forma" comparable a la población carece de la teoría genética que permita inferir a la población independientemente de afinidad.

Sin embargo, la simple cesión métodos pueden contribuir mucho en el sentido de la primera cesión enfoques de la genética que se emplearon para mucho más preguntas básicas [17] a saber, el problema de que las distancias son biológicamente solos y conceptualmente difícil de interpretar. Como alternativa a un resumen distancia cabe preguntarse si un personaje es suficientemente informativa que se diagnóstico en el individuo, la población o en los niveles superiores para ayudar en la evaluación de la significación de los resultados. Este problema general se aplica también a los estudios cuantitativos morfométricas, en especial cuando se utilizan análisis multivariados. Hemos desarrollado una distancia de enfoque basado en la cesión con pruebas estadísticas de que los enfoques genéticos paralelos población [18]. El método no es la intención de dar una medida absoluta de la distancia entre los grupos, pero puede ayudar a interpretar las diferencias entre los grupos. Uno de los propósitos de este trabajo es presentar la forma basada en la cesión como una medida multivariado de la distinción y de emplear este método para estudiar las relaciones de genotipos y fenotipos en zonas naturales híbrido.

Resultados
Morfométricos diferenciación

Una población de invasoras sculpins (C. perifretum), y las dos poblaciones de flujo sculpins (C. rhenanus) cada uno se limita a un arroyo y se muestra independiente confirmó con datos genotípicos (véase métodos; ver archivo adicional: 1]. Estos grupos sirvieron como base para el siguiente análisis. Todos ellos forman distintos grupos en un análisis de variables canónicas (CVA) a lo largo de los dos primeros ejes, que muestran la mayor separación de los grupos en relación con la varianza dentro de grupo (Figura 1]. Ambas poblaciones de flujo sculpins separada de la sculpins invasoras a lo largo del primer eje CV (Lambda = 0,0678 chisq. 777,6114 = df = 72 p <0,001). Naaf el arroyo y el arroyo Broel poblaciones están más separados a lo largo del segundo eje CV (Lambda = 0,2792 chisq. 368,6997 = df = 46 p <0,001).

Un cuarto grupo comprende los últimos híbridos entre invasoras y Broel sculpins arroyo que se muestrearon híbrido natural de las zonas y determinó sobre la base de los datos genéticos (BI híbridos). Cuando estos se introducen en el CVA como 'incógnitas', donde el modelo CVA no los considera como un grupo separado, pero determina sus resultados a lo largo de los ejes que separan la CV grupos de padres, BI híbridos superposición con sus poblaciones ancestrales y tomar posiciones a lo largo de algo intermedio El primer eje de CV (Figura 1]. Si en cambio se utilizan híbridos BI como un grupo predefinido en el CVA, los híbridos son más caracterizado por un tercer eje CV (Lambda = 0,7369 chisq. 88,2487 = df = 22 p <0,001). Ellos separada parcialmente de la invasión de sculpins y arroyo sculpins CV a lo largo del tercer eje (Figura 2] y tomar, en promedio, más que los valores extremos fenotípica de los padres poblaciones a lo largo de este eje.

La diferenciación en la forma como capturado por CV ejes puede ser visualizada como vector de desplazamiento para cada una deformación histórica en la red en relación con una referencia (Figura 3]. Invasoras sculpins difieren de las dos poblaciones de flujo sculpins en que tienen una cabeza más grande y anterior del tronco, así como una cola más corta (Figura 3; primero CV eje). Las dos poblaciones de flujo sculpins difieren más en su longitud de la cabeza y de las posiciones de su aleta dorsal y anal hitos (Figura 3; CV segundo eje). Si bien la deformación implícita en los dos primeros ejes puede expresarse en términos de la inflación o la compresión de las partes del cuerpo, la forma específica híbrido cambio parece ser menos equilibrado, aunque esto es difícil de objetivar (Figura 3; el tercer eje CV).

Con el fin de evaluar si la diferencia observada es parcial debido a la desequilibrada muestreo CVA resultados fueron centroide retrocedido en el tamaño y el sexo de todos los ejemplares. Una regresión lineal para todos los ejes revela que los coeficientes de correlación fueron bajos en la mayoría (CV axis1 vs tamaño r 2 = 0,03; CV vs axis1 sexo r 2 <0,01; CV eje 2 vs tamaño r 2 <0,01; CV axis2 Vs sexo r 2 <0,01; axis3 CV vs tamaño r 2 = 0,11; CV vs axis3 sexo r 2 = 0,019). Por lo tanto, ni el tamaño ni el género pueden explicar la gran cantidad de diferencia de la CV ejes que distinguen a los grupos.

Cesión y la validación cruzada

Para evaluar la utilidad de los derivados ejes para discriminar entre los grupos y para determinar un grupo de afinidad de los especímenes, la distancia basada cesión pruebas fueron ejecutadas. En una primera aproximación la CVA modelo se basa en la diferenciación como lo que se observa entre las poblaciones puras híbridos pero no se incluyeron como un grupo conocido. La clara diferenciación de las poblaciones puras que facilita único "desconocido" especímenes retirados del conjunto completo de datos puede ser asignado correctamente a su población de origen, con alto grado de éxito (Tabla 1], y la tasa de resubstitution correcta asignación (la cesión de los especímenes conocidos ) También es alta, aunque esta tasa es resubstitution las que se sabe están sesgados al alza. Aprox. 92% de puro sculpins fueron asignados correctamente. Este número es ligeramente inferior a la esperada del 95% debido a falsos positivos debido a la cesión de una ligera superposición fenotípica valores de la patria potestad. El número de valores atípicos corresponde así a la cantidad esperada de la importancia criterio. En este enfoque de los híbridos fueron utilizados como "incógnitas", y sólo puede ser identificado como outliers relativo a la pura sculpins (no significativa cesión de prueba). Sólo el 37,1% de la BI híbridos fueron clasificados correctamente mientras que la mayoría fue mal a una de las poblaciones puras.

En un enfoque alternativo cesión se basó en un modelo de CVA que incluye la diferenciación entre las poblaciones puras, pero también tiene en cuenta la forma de componentes específicos de los híbridos como capturados por el tercer eje de CV (Figuras 2 y 3]. El éxito de la cesión pura poblaciones se redujo a 85.4-89.5% debido a la superposición parcial con el grupo de híbridos. En marcado contraste con lo anterior, el 83,9% de la BI híbridos se clasificarán correctamente con sólo un número relativamente reducido de falsos positivos asignaciones a los grupos de padres (Tabla 1].

A jackknife prueba de la cesión se realizó la cesión de ambos enfoques para evaluar la solidez de la CV ejes y cesión modelo (Tabla 2]. El procedimiento de validación cruzada reveló una señal muy consistente, incluso inherentes a los pequeños particiones de toda la base de datos. Aproximadamente la mitad de los especímenes pueden ser eliminadas de los datos sin gran pérdida de información para el CV ejes. Aun cuando el 80% de todo el conjunto de datos se quedan en el procedimiento de CVA (véase métodos), el resultado general no ha cambiado, aunque el número de asignaciones correctas disminuye. Como se desprende de la cesión pruebas individuales (Tabla 1] la cesión global de éxito es más bajo cuando el modelo más complejo incluidos los híbridos está empleada.

Discusión
Transgresivo fenotipos en los híbridos naturales

Fuimos capaces de utilizar un microsatélite de datos con información de contenidos superando a clasificar sculpins en distintos linajes (véase métodos para más detalles). Con los datos genotípicos es posible identificar inequívocamente invasoras sculpins (Cottus perifretum), que son genéticamente distintos de las poblaciones de flujo sculpins (Cottus rhenanus). Estos últimos son más representados aquí por dos poblaciones separadas de los arroyos Naaf y Broel. De acuerdo con los datos genéticos, sobre la base de la CVA datos morfométricos recupera importante diferenciación que separa a todas las poblaciones estudiadas de sculpins con una mayor cantidad de variación entre las especies y en menor medida entre dos conspecific muestras ofstream sculpins. Cruz validación confirma que estos resultados se basan en una señal inherente a todo el conjunto de datos como la eliminación de una gran fracción de los especímenes no alterar los ejes sobre todo según se establecen en el CVA (Tabla 2]. Esta diferenciación es suficiente para asignar incógnitas a uno de los conocidos grupos de alta confianza. Así, los grupos son muy distintas en sus múltiples variables de señal, aun cuando no solo de diagnóstico morfométrico de caracteres se pueden encontrar.

El genotipo de datos sirve para identificar un conjunto de los híbridos entre el invasor y el arroyo Broel poblaciones (BI híbridos). En contraste con las poblaciones ancestrales, los híbridos no pueden distinguirse completamente de todos ancestrales de los fenotipos (Figura 1] y son más o menos intermedia en los personajes que discriminan sus padres poblaciones. Se espera para un personaje como la forma del cuerpo que es más probable determinado por múltiples genes. Sin embargo, hay propiedades de los híbridos que no podía atribuirse a intermediacy híbrido. El grupo de híbridos muestra una forma única componente que las distingue de sus padres de una población (Figura 2]. En total, no se trata de un fuerte efecto de este modo nuevas pruebas para evaluar la importancia biológica de este resultado son deseables. Para hacer frente a los artefactos de muestreo, hemos probado de los posibles efectos de variables de confusión típica en los estudios morfométricos. Regresiones muestran que el importe total de la varianza de cada eje CV resultados que se explica por el tamaño o el sexo es pequeño. Por lo tanto, la influencia de alometría o dimorfismo sexual es más probable no es importante para la diferenciación que observamos. A pesar de la gran superposición de los híbridos con el BI poblaciones de los padres, la forma híbrida componente constituye una considerable cantidad de variación, lo que se traduce en un aumento de la cesión global de éxito cuando híbrido forma se considerará específicamente (Tabla 1]. Además, la validación cruzada ha demostrado que todos los ejes son sólidas a la eliminación de los especímenes, lo que indica que la señal es inherente a la mayoría de los recientes híbridos (Cuadro 2].

Dos explicaciones alternativas siguen siendo. Uno asume una participación de los factores genéticos que interactúan para producir fenotipos novela, en cambio, el segundo propone que la base genética no es importante. Según la última hipótesis extrema fenotipos híbridos deben ser determinados por el medio ambiente. Nuestros datos genéticos demuestran que se producen híbridos syntopically con los padres dentro de las poblaciones híbridas zonas (Tabla 3]. Esto excluye la posibilidad de que los híbridos sería sometido exclusivamente a los factores ambientales que pueden inducir al fenotipos observados. Plasticidad fenotípica no se pueden excluir completamente en entornos heterogéneos, pero este proceso de por sí sola no es probable que explicar nuestros resultados. Después de posibles variables de confusión se encontraron a desempeñar un papel menor, parece razonable suponer la diferenciación es real. En contraste con las explicaciones anteriores, debido a la diferenciación de los antecedentes genéticos se apoya firmemente. Esto incluye que la forma específica híbrido efecto se combina con el fondo genético híbrido.

Aunque existe una considerable superposición de los padres y grupos BI híbridos a lo largo de la CV eje que capta la forma híbrida componente, en promedio, los híbridos son más extremos que los de los padres poblaciones. Teniendo en cuenta que los datos genéticos verificar un reciente estatuto mixto de la BI híbridos, estos resultados pueden explicarse por las mejores transgresivo segregación en la forma rasgos. Esto también está de acuerdo con otros estudios que sugieren que la segregación se produce en transgresivo características morfométricas [4, 5]. Sin embargo, para evaluar las consecuencias de la evolución híbrido fenotipos funcionales requerirá estudios y mediciones de aptitud para complementar la mera observación de los posibles efectos transgresivo.

Contenido de la información de forma marcadores

Un inconveniente, en comparación con la población genéticos modelo - basado en la cesión es que nuestra forma distancia basada en la utilización de las necesidades de los grupos definidos a priori como entrada. Si esos grupos se puede proporcionar hipótesis en cuanto a su diferenciación y la distinción puede ser probado. Por ejemplo, una atractiva aplicación de los procedimientos de asignación basado en el genotipo es detectar valores atípicos que pertenecen a poblaciones fuente que no fueron muestreados [19, 16]. Lamentablemente esto no es sencillo en nuestra aplicación de fenotipo basada en la cesión. Si un candidato no pertenece a uno de los grupos previstos, la exclusión de las poblaciones de origen no es previsible porque la asignación sobre la base de ejes discriminante está condicionado en el caso concreto objeto de estudio. Nos parece de los híbridos entre arroyo y Broel invasoras sculpins si se utilizan como incógnitas y no como un grupo separado en el CVA. Híbridos tener más o menos valores intermedios fenotípicas, pero en gran medida se superponen con las de sus padres grupos (Figura 1].

Similares resultados fueron obtenidos por ya Strauss [20] en un estudio de la variación fenotípica en hybridising de América del Norte sculpins. Sin embargo, tenemos una gran muestra de híbridos verificado que podría ser utilizado como un extra en el grupo CVA. Sólo así se puso de manifiesto importantes diferencias a lo largo de un eje adicional que es específico de los híbridos. La diferenciación específica a los híbridos añade información al grupo de asignación. Como resultado de la cesión éxito espécimen híbrido se planteó sobre todo a pesar de la enorme superposición de los híbridos con las poblaciones de ambos padres (Tabla 1].

El procedimiento de asignación basado en datos morfométricos como aplicado aquí sin ambigüedad permite asignar sculpins a su población de origen. Morfométrico de la diferenciación sculpins Europea se estudió antes de [21] a través de un conjunto de hitos que era en gran medida idénticas a las que se usan aquí (tenga en cuenta que estos autores [21] no el mismo estudio linajes evolutivos, ver [8, 11]]. Grupos de sculpins tal como se definen en los diferentes afluentes con el Rin se encontraron diferencias significativas tanto a la forma, sino la superposición de las agrupaciones formadas en gran medida. Nuestro sistema se diferencia en que no hemos ensambles comparación de las poblaciones, pero separados más o menos de tipo panmíctico poblaciones, tal como se define actualmente por un grupo de genes compartidos. Estos grupos de forma distinta en el CVA (Figura 1]. Esta diferenciación habría escapado el enfoque de Riffel y Schreiber [21], ya que combinaron los especímenes de diferentes subpoblaciones para su análisis. Esto de ninguna manera niega, pero sus resultados demuestran un alto contenido de información de la forma de datos, es decir, el poder de discriminar poblaciones separadas. Aunque una comparación entre los marcadores genéticos y la forma del cuerpo parece arbitraria la resolución en comparación marcadores genéticos de población va más allá de reconocimiento de la antigüedad con lo resuelto por los linajes mitocondriales haplotipos [8] y de las especies [11], pero la de los microsatélites en que las poblaciones genéticamente separadas así también Claramente diferenciadas en la forma del cuerpo. Aparentemente, la forma representa un personaje con una rápida divergencia evolutiva que se produce y se convierte en fijo incluso entre poblaciones estrechamente relacionadas. Así, en nuestro ejemplo los datos morfométricos resolver al nivel más bajo posible por encima de la persona.

Métodos
Aplicación de la forma basada en la cesión

Landmark geométrica basada en métodos morfométricos fueron utilizados para capturar información acerca de la forma, por la obtención de las coordenadas x e y de hitos homólogos en la configuración se muestra en la Figura 3. Las diferencias entre los especímenes en el conjunto de coordenadas, debido a la ampliación, la rotación y la traducción fueron eliminadas mediante el típico enfoque geométrico morfométricas [22 - 25, 12] de colocar las muestras en las procrusteano Superposición parcial [24 - 26] iterativamente sobre la tasa media de referencia forma , Utilizando el procedimiento de análisis procrusteano generalizado. Este procedimiento sitúa las formas de especímenes en un espacio lineal tangente Kendall a la forma del espacio [27], que permite el uso de métodos estadísticos multivariantes lineales [23, 28, 24, 12]. Después de superposición, los datos se convirtieron de forma cartesiana coordinar en componentes a lo largo de los vectores propios de la matriz energética de flexión (Warp Principales ejes) de la placa delgada-spline modelo de deformaciones de la referencia [29, 22] y uniforme a lo largo de los ejes de deformación Debido a la dilatación y cizalla [30]. El uso de estas variables linealmente transformado (denominado parcial Warp Componente resultados más uniformes), produce una serie de variables (utilizando un conjunto base de los llamados ejes principales Warp) estándar para el uso con métodos estadísticos multivariados, ya que el parcial Warp y uniforme de los componentes Resultados tienen el mismo número de variables por espécimen como grados de libertad. No se pierde información durante esta transformación lineal de variables.

Un análisis de variables canónicas (CVA) que se utiliza para determinar el conjunto de ejes que mejor discrimate entre los grupos pre definidos de los especímenes, por la determinación de la combinación lineal de las variables originales que muestran la mayor diferencia entre los grupos en relación a la diferencia dentro de los grupos [31, 12]. Fisher función discriminante se utilizó, que no hace ninguna suposición acerca de la particular forma paramétrica de la distribución de los datos utilizados, sino que simplemente determina la combinación lineal de las variables originales que se traduce en la mayor proporción entre los grupos de la suma de los cuadrados dentro de la Grupos suma de los cuadrados [32]. Un simple enfoque basado en la distancia que se utiliza para determinar qué grupo pertenece a cada muestra, sobre la base de la variable canónica resultados. El grupo predijo miembros de cada muestra sobre la base de los resultados CVA está determinada por la asignación de cada muestra al grupo cuya media es más cercano (medida como la raíz cuadrada de resumir cuadrado distancias a lo largo de la CV ejes, ver [32]] a la muestra. Para obtener una medida de la calidad de la cesión de cada muestra a un grupo, la cesión de prueba se desarrolló. La CVA ejes siempre puede utilizarse para asignar un determinado grupo de muestra para algunos, desde una distancia mínima siempre se puede encontrar, pero si una medida de la calidad de la cesión es similar a la espera de que se sabe que estar en ese grupo es deseable . La cesión de prueba que aquí se presenta se basa en la distancia genética basada en la cesión de ensayo [33, 18]. La distribución de las distancias producidas por una simulación de Monte Carlo (véase la discusión en [34]] se utiliza para determinar si la distancia observada de una determinada muestra es coherente con el modelo de nula variación aleatoria en torno a la media del grupo a que la muestra es Asignadas. La distancia de una muestra a un grupo puede significar entonces ser asignados a p-Resultado probable que se describe cómo sería para una muestra de la población original de ser lo más lejos de la media del espécimen como el espécimen se observó (en el marco del modelo utilizado null En la simulación de Monte-Carlo). P Si el puntaje es menor de 5%, entonces podemos afirmar que existe una menos del 5% de posibilidades de que la variación aleatoria podría haber producido una distancia tan grande como la de la particular muestra de la media del grupo y, por tanto, que la cesión de Que muestra que el grupo está en duda.

Cabe señalar que en un estudio con muchos especímenes, algunos de ellos con bajos puntajes p-por azar, y de manera de evaluar la validez de las cesiones de la serie en su conjunto, el investigador debe evaluar el número de especímenes espera A tener valores de p inferior al 5%. Entonces será posible determinar si el número de bajas observadas p valores supera al esperado por azar. El modelo utilizado en la simulación de Monte Carlo de la distribución de las distancias de muestras dentro de un grupo en torno a la media del grupo (el promedio espécimen dentro del grupo) se basa en un modelo normal de la distribución de la CVA resultados de cada grupo con respecto a la media de Ese grupo. Para un determinado grupo, parece probable que la CVA CVA resultados a lo largo de cada uno de los ejes para los especímenes en el seno del grupo están correlacionados, por lo tanto, existe dentro de cada grupo una estructura de covarianza para el CVA resultados de los especímenes en el seno del grupo. En el desempeño de la simulación de Monte-Carlo de la distribución de los especímenes en el grupo con respecto a la media, que es necesario preservar esta estructura de covarianza, a fin de producir un modelo válido de la distribución. Un valor propio de descomposición de la varianza-covarianza dentro de la matriz de resultados del grupo CVA se usa para encontrar las componentes principales ejes de la varianza dentro de grupo. Esto produce el mismo número de variables como la CVA resultados, pero ahora no con ejes (vectores propios), cada una de las cuales tiene una diferencia dada por el correspondiente valor propio. El modelo utilizado para la distribución de la CVA resultados de los especímenes asume que el grupo independiente de la distribución normal aleatoria a lo largo de cada uno de estos vectores propios (principio componente ejes), con amplitudes dada por la raíces cuadradas de los valores propios (los valores propios son las diferencias de El grupo a lo largo de los correspondientes vectores propios), de modo que la raíz cuadrada del valor propio es la desviación estándar de la población que a lo largo de vector propio.

Un Estado independiente, con la distribución normal de amplitud conocida (la raíz cuadrada del valor propio) se asume a lo largo de cada vector propio. Esto permite la generación de una población de Monte Carlo de especímenes, en el supuesto de la distribución normal independiente a lo largo de estos ejes de componentes principales. Cada espécimen simulada se genera utilizando un generador de números aleatorios para calcular las ubicaciones a lo largo de los vectores propios, que luego se tradujo de nuevo en CVA ejes resultados (una simple traducción lineal de los vectores de base). El Monte Carlo generado CVA eje resultados tendrán la misma media y varianza-covarianza estructura de la población original como lo hizo. El uso de un modelo de distribución independiente multinomial de la CVA ejes resultados en la simulación de Monte-Carlo (utilizando el número aleatorio generater directamente a generar los resultados CVA) no preservar cualquier covariación estructura en los datos. Si no es significativa a la estructura de covariación CVA resultados, el uso de ejes de la ACC no es necesaria, pero no inducir covariations.

La distancia de la media del grupo se calcula para cada muestra simulada. El Monte Carlo de distribución de las distancias de las muestras sobre el grupo significa en el marco del modelo de nula variación aleatoria puede ser utilizado como una estimación de la distribución de las distancias sobre el grupo de media en los datos originales. Sobre la base de la estimación de la distribución de las distancias sobre el grupo de medios previstos para los especímenes en el grupo, los valores de p para que determine la asignación de los especímenes, ya sea con inicialmente conocido o desconocido grupo de afinidades. Sobre la base de un nivel alfa de p = 0,05, la cesión de todos los especímenes a los grupos pueden ser anotadas como sea estadísticamente significativo o no.

Como una prueba de la ejecución de la cesión de prueba, una cruz o jackknife procedimiento de validación [34, 35] se puso en práctica. A diferencia de una norma jackknife donde sólo un espécimen en el momento que se omite, una "suprimir-d" jackknife [35] en el que se utilizó d especímenes en el momento que se omitieron. En el marco del d-jackknife borrar, un porcentaje variable de individuos de un conjunto de datos se dejan a cabo durante el procedimiento de CVA, y luego asignados a los grupos como "desconocido" especímenes. Los especímenes tratados como incógnitas jackknife durante el procedimiento se han asignado además una cesión p-valor durante este procedimiento. Altas tasas de éxito en virtud de la supresión de remuestreo jackknife d indican que la diferenciación entre los grupos involucrados es suficiente para ser de diagnóstico. Esto implica que el discriminante ejes capturar suficiente información para asignar individuos de los grupos dado, y forma una estimación razonable de la distribución de distancias basado en el procedimiento de Monte Carlo. El jackknife procedimiento también permite estimar el número de individuos necesario para obtener significativos CVA ejes, y la distancia de distribución de las estimaciones.

El conjunto de datos sculpin

Aquí se emplean los métodos descritos anteriormente para el estudio de la diferenciación en la forma que se produce entre distintas poblaciones de origen natural y sus híbridos. Población de afinidad y estatuto mixto independiente son derivados de marcadores genéticos. Tenga en cuenta que la muestra se toman de las poblaciones naturales y se producen en el syntopically híbrido zonas estudiadas (Tabla 3]. Sculpins se muestra a través de una zona de contacto secundario de invasoras y arroyo sculpins (perifretum C. y C. rhenanus) en el Bajo Rhin, que se sitúa en la confluencia del arroyo con el río Broel Sieg (Tabla 3]. Un extra población de la muestra se sculpins flujo de la corriente Naaf (también a un afluente del río Sieg drenaje).

Todos los especímenes fueron genotipados para 45 loci microsatélites [36]. El loci fueron elegidos por su alto contenido de la información en particular para nuestro sistema de estudio, siguiendo el criterio de Shriver et al. [37] utilizando Whichloci [38]. Hemos utilizado un primer mapa genético de Cottus [39], para comprobar que el conjunto de marcadores de microsatélites no contiene pares de loci que físicamente están estrechamente vinculados. El genotípica datos permiten clasificar sin ambigüedades a las personas que pertenecen a poblaciones o puro a los identifican como los híbridos con una ascendencia mixta utilizando los métodos descritos en Falush et al. [16]. El programa Estructura 2,1 [40] arrojó resultados consistentes en carreras independientes (burnin: 20000; muestreo iteraciones 100000, correlacionada alelo frecuencia modelo que permite a una persona alfa y F ST diferentes para cada subpoblación) según la cual la ascendencia genética de la persona puede ser determinado (Ver archivo adicional: 1, de los datos genotípicos de los especímenes incluidos aquí). La clasificación genotípica sobre la base de datos es muy congruente con los datos de distribución y morfología.

Dos poblaciones independientes de flujo sculpins limita a separar los arroyos (Stream Naaf, Stream Broel) tanto carezca de la piel prickling se recuperaron. Una tercera población se puede identificar, lo que representa el sculpin invasoras. Invasoras sculpins generalmente ocurren en el canal principal del río Sieg y mostrar pronunciada piel prickling [10]. Híbridos entre Stream Broel sculpins con la invasoras sculpins Sólo se encuentran en la confluencia donde el Broel se fusiona con el río Sieg (Tabla 3]. Un estudio detallado de estos híbridos zonas, en particular sobre la extensión geográfica, se encuentra actualmente en preparación (Nolte et al. En prep). De particular importancia en este contexto es el hecho de que se produzcan syntopically híbrido sculpins con sus padres dentro de las poblaciones de los híbridos (Cuadro 3; Sitios 2, 3, 4). Para el análisis morfométrico se agrupan los especímenes que se encontraron a pertenecer a las poblaciones puras de la genotípica en los datos correspondientes a las invasoras sculpins (invasoras) y para las dos poblaciones arroyo sculpin (Streams Naaf y Broel). Para permitir cierta incertidumbre en las estimaciones que utilizan los especímenes que se encontraron al menos 97% en el puro análisis de la estructura. Estas poblaciones están representadas aquí por 117 Stream Broel sculpins, 76 Stream Naaf sculpins y 40 invasoras sculpins (Tabla 3]. En contraste, los híbridos representan un grupo algo heterogéneo, de diferentes grados de ascendencia. Para restringir este análisis a las muestras que tienen un pronunciado genotipo híbrido y excluir más tarde la generación de retrocruzamientos que podrían haber sido objeto de repetidas rondas de selección natural (ya que esto podría desdibujar posibles efectos transgresivo) hemos decidido excluir a los híbridos con menos de 25% de ascendencia En una de las poblaciones ancestrales. Sobre la base de datos genotípicos, hemos sido capaces de identificar 62 BI híbridos (mezcla de Stream Broel / invasoras ancestries, menos del 75% pura ascendencia).

Imágenes de las muestras fueron tomadas con una cámara digital fija en un escenario de manera que el plano sagital mediano cuerpo fue lo más posible perpendiculares al plano imagen. Catorce morfológicos hitos fueron utilizados para capturar la forma de cada individuo (suppl. Tabla 2] utilizando TPSdig [41]. Las posiciones de la punta de la nasal (# 1), narinas (# 2), interorbital poros (# 3), aleta dorsal I origen (# 4), la aleta dorsal II origen (# 5), la aleta dorsal fin II (# 6), aleta caudal superior origen (# 7), la reducción de origen aleta caudal (# 8), aleta anal fin (# 9), aleta anal origen (# 10), aleta ventral origen (# 11), superior origen de la enmalle Apertura (# 12), opercular columna vertebral (# 13) y el extremo posterior del maxilar superior (# 14) fueron utilizados como hitos (Figura 3]. El análisis morfométrico se realizó utilizando el paquete IMP de acuerdo a los métodos descritos anteriormente [42]. Forma la base cesión Se realizaron pruebas con CVAgen6N (parte de la IMP). Con el fin de estimar los efectos de la posible confusión de crecimiento alométrico y dimorfismo sexual estas variables se determinará individualmente. Una barra de escala fue fotografiada además cada espécimen como referencia el tamaño y el sexo se determinó para los individuos mayores de 45 mm por examen de la papila genital (ver archivo adicional: 2].

Contribuciones de los autores

UNA identificó las zonas sculpin híbrido y llevó a cabo los estudios de genética molecular, análisis morfométricos y redactó el manuscrito. HDS participó en el análisis morfométrico, desarrollado el procedimiento de asignación basado en datos morfométricos y ayudó a redactar el manuscrito. Todos los autores leído y aprobado el manuscrito final.

Material suplementario
Archivo Adicional 1
Inferirse grupo de afinidad y genotípica de datos individuales. Genotipos de todos los especímenes de 45 loci microsatélite (0 = datos faltantes, alelos numeradas según su tamaño, pero no necesariamente repetir tamaño) y con el grupo de afinidad como lugar de muestreo de la Tabla
3
Archivo Adicional 2
Individual hito datos, el tamaño y el sexo de centroide. Coordenadas cartesianas (X - Y formato) por catorce hitos, con cada grupo de afinidades y lugar de muestreo como de la Tabla
3
Así como el sexo (0 = femenino, 1 = masculino) y tamaño centroide.
Agradecimientos

Damos las gracias a D. Tautz de comentarios críticos sobre el manuscrito. AN D. Tautz gracias por su apoyo de la Cottus proyecto. Cottus El proyecto fue financiado por la DFG (Ta99/20). Hemos obtenido permisos para tomar muestras y especímenes de A. Mellin, T. W. Heilbronner y Fettweis, a quien damos las gracias por su apoyo benevolente.