The recurrent colonization of freshwater habitats and subsequent loss of diadromy is a major ecological transition that has been reported in many ancestrally diadromous fishes. Such residency is often accompanied by a loss of tolerance to seawater. The amphidromous Galaxias maculatus has repeatedly colonized freshwater streams with evidence that freshwater-resident populations exhibit stark differences in their tolerance to higher salinities. Here, we used transcriptomics to gain insight into the mechanisms contributing to reduced tolerance to higher salinities in freshwater resident populations. We conducted an acute salinity challenge (0 ppt to 23-25 ppt) and measured osmoregulatory ability (muscle water content) over 48 h in three populations: diadromous, saltwater intolerant resident (Toltén), and saltwater tolerant resident (Valdivia). RNA sequencing of the gills identified genes that were differentially expressed in association with the salinity change and associated with the loss of saltwater tolerance in the Toltén population. Key genes associated with saltwater acclimation were characterized in diadromous G. maculatus individuals, some of which were also expressed in the saltwater tolerant resident population (Valdivia). We found that some of these "saltwater acclimation" genes, including the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator gene (CFTR), were not significantly upregulated in the saltwater intolerant resident population (Toltén), suggesting a potential mechanism for the loss of tolerance to higher salinities. As the suite of differentially expressed genes in the diadromous-resident comparison differed between freshwater populations, we hypothesize that diadromy loss results in unique evolutionary trajectories due to drift, so the loss of diadromy does not necessarily lead to a loss in upper salinity tolerance.
La colonización recurrente de hábitats de agua dulce y la subsecuente pérdida de diadromía es una transición ecológica importante que ha sido reportada en varias especies de peces con ancestros diádromos. Esta residencia está acompañada frecuentemente por la pérdida de tolerancia a ambientes de agua salada. Galaxias maculatus, especie anfídroma, ha colonizado ríos repetidamente y existe evidencia que las poblaciones residentes presentan diferencias respecto a la tolerancia al agua salada. En este estudio, usamos transcriptómica para dilucidar los mecanismos que contribuyen a la reducida tolerancia a altas salinidades en las poblaciones residentes de agua dulce. Realizamos un desafío agudo de salinidad (0 ppt a 23-2 ppt) y medimos la habilidad osmoreguladora (contenido de agua en músculo) por 48 horas en individuos de tres poblaciones: una diádroma, una intolerante a agua salada (Toltén) y una tolerante a agua salada (Valdivia). Con el secuenciamiento de ARN de las branquias identificamos los genes expresados diferencialmente al cambio de salinidad y cuales están asociados a la pérdida de tolerancia a agua salada en la población de Toltén. Genes claves asociados a la aclimatación al agua salada fueron caracterizados en individuos diádromos, algunos de ellos también se expresaron en la población residente tolerante al agua salada (Valdivia). Sin embargo, algunos genes involucrados en la aclimatación al agua salada, incluyendo el gen regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística (CFTR), no se diferenciaron significativamente en la población residente intolerante al agua salada (Toltén), sugiriendo un mecanismo potencial de la pérdida de tolerancia a ambientes con salinidad elevada. Como el conjunto de genes expresados difiere entre las dos poblaciones residentes al compararse con la población diádroma, hipotetizamos que la pérdida de diadromía resulta en trayectorias evolutivas únicas debido a deriva génica, por lo que la pérdida de la diadromía no necesariamente conlleva a la pérdida de la tolerancia a aguas saladas.
Keywords: RNAseq; fish; gill; loss of diadromy; osmoregulation; saltwater tolerance.
© 2023 The Authors. Molecular Ecology published by John Wiley & Sons Ltd.