Historical demography of the Caribbean spiny lobster Panulirus argus (Latreille, 1804) (Decapoda: Achelata: Palinuridae) in the Florida Keys, USA inferred using single nucleotide polymorphisms (SNPs)

Abstract

The Caribbean spiny lobster Panulirus argus (Latreille, 1804) is an important species in shallow-water coral reefs and target of the most lucrative fishery in the Caribbean Sea. We explored historical demography in P. argus inferred using single nucleotide polymorphisms (SNPs). We expected an increase in population size of P. argus from Florida, USA starting ~18,000-24,000 years ago, after the Last Glacial Maximum, when ice sheets started to retreat and sub-tropical/tropical shallow coastal waters warmed up. A total of 10 lobsters were collected from shallow reefs in the Florida Keys, Florida, USA. One microgram of gDNA extracted from each specimen was used for RAD library construction using established protocols. A panel of 1643 SNPs obtained after interrogation of RAD-tags was used to calculate a site frequency spectrum (SFS). The observed SFS for the Florida population of P. argus exhibited a non-normal distribution peaking at singleton SNPs. The expected SFS in a total of six different candidate demographic models with dissimilar population size changes through time (i.e., standard neutral, exponential growth, bottleneck, bottleneck + growth, two epochs, and three epochs) were numerically computed in the software A i and a model selection approach was implemented to test which expected model(s) best fitted the empirical SFS. The model selection approach indicated that the bottleneck + growth model most closely matched the observed SFS; P. argus experienced a population decline at about 1.9 (0.75-5.7) mya, to then recover and growth exponentially until present time. In disagreement with expectations, population expansion started much earlier than ~18,000-24,000 years ago. Fisheries and conservation studies are expected to profit from the evaluation of genomic and population variability in this species using demographic models, as shown here. Studies exploring population connectivity and locality-specific demographic history of P. argus are underway. © 2019 The Author(s) 2019. Published by Oxford University Press on behalf of The Crustacean Society. All rights reserved. For permissions, please e-mail: journals.permissions@oup.com.

La langosta espinosa del Caribe Panulirus argus (Latreille, 1804) es una especie importante en los arrecifes de coral de aguas poco profundas y objetivo de la pesquería más lucrativa del Mar Caribe. Exploramos la demografía histórica en P. argus inferida mediante polimorfismos de un solo nucleótido (SNP). Esperábamos un aumento en el tamaño de la población de P. argus de Florida, EE. UU., Comenzando hace ~ 18.000-24.000 años, después del Último Máximo Glacial, cuando las capas de hielo comenzaron a retirarse y las aguas costeras poco profundas subtropicales / tropicales se calentaron. Se recolectaron un total de 10 langostas de arrecifes poco profundos en los Cayos de Florida, Florida, EE. UU. Se utilizó un microgramo de ADNg extraído de cada muestra para la construcción de la biblioteca RAD utilizando protocolos establecidos. Se utilizó un panel de 1643 SNP obtenidos después de la interrogación de etiquetas RAD para calcular un espectro de frecuencia de sitio (SFS). El SFS observado para la población de Florida de P. argus exhibió una distribución no normal con un pico en los SNP únicos. El SFS esperado en un total de seis modelos demográficos candidatos diferentes con cambios de tamaño de población diferentes a lo largo del tiempo (es decir, estándar neutral, crecimiento exponencial, cuello de botella, cuello de botella + crecimiento, dos épocas y tres épocas) se calcularon numéricamente en el software A i y Se implementó un enfoque de selección de modelos para probar qué modelo (s) esperado (s) se ajustaba mejor al SFS empírico. El enfoque de selección del modelo indicó que el modelo de cuello de botella + crecimiento coincidía más estrechamente con el SFS observado; P. argus experimentó una disminución de la población de aproximadamente 1,9 (0,75-5,7) millones de años, para luego recuperarse y crecer exponencialmente hasta la actualidad. En desacuerdo con las expectativas, la expansión de la población comenzó mucho antes que hace ~ 18.000-24.000 años. Se espera que los estudios de pesca y conservación se beneficien de la evaluación de la variabilidad genómica y poblacional de esta especie utilizando modelos demográficos, como se muestra aquí. Se están realizando estudios que exploran la conectividad de la población y la historia demográfica específica de la localidad de P. argus.