Pollutants in an environment can have long-term implications for the species living there, resulting in local adaptations with implications for their genetic structure. Heavy metal pollutants infiltrate soils and groundwater, bioaccumulate in food webs, and negatively impact biota. In this study, we investigated the degree to which the genetic structure and variability of the slender green-winged grasshopper (Aiolopus thalassinus (Fabricius) (Orthoptera: Acrididae)) were impacted by heavy metal pollution and distance. We used the random amplified polymorphic DNA-polymerase chain reaction (RAPD-PCR) method to examine the genetic variability of populations in 3 heavy metal-polluted and 3 unpolluted locations across varying geographical distances in Egypt. The heavy metal concentrations of cadmium, copper, lead, and zinc were measured from the grasshopper tissue and soils. Sixty-nine unique and polymorphic bands were produced by 4 primers. Cluster and principal component analyses separated the populations inside and outside Cairo into 2 main branches, which were further divided into smaller branches corresponding to their geographical regions. We found no differences in the Shannon genetic diversity index between populations or with increasing heavy metal concentrations in either the soil or the grasshopper tissue. Our results showed a greater genetic variation among populations than between populations within the same location, indicating populations within locations were less differentiated than those between locations. The moderate correlation between genetic similarity and spatial distance suggests geographical isolation influenced grasshopper population differentiation. Based on the RAPD analysis, environmental pollutants and geographical distances impact the A. thalassinus population structure, potentially restricting gene flow between sites even at small spatial scales.
الملخص باللغة العربية
يمكن أن يكون لوجود الملوثات في بيئة ما آثار طويلة المدى على الأنواع التي تعيش فيها، ما يؤدي إلى تكيفات محلية لتلك الأنواع مع تأثيرات على بنيتها الجينية. تُلوث المعادن الثقيلة التربة والمياه الجوفية، وتتراكم أحيائياً في الشبكات الغذائية، وتؤثر سلباً على الكائنات الحية. في هذه الدراسة، تمت مراجعة تأثير الملوثات البيئية على التنوع الوراثي والتركيب الجيني للجندب النحيف ذو الأجنحة الخضراء ( أيولوبوس ثالاسينوس (فابريسيوس) (مستقيمات الأجنحة: الجنادب))، والذي يُعد مؤشرًا على صحة البيئة. تمت دراسة التركيب الوراثي والتنوع في آهلات هذا النوع في مواقع ملوثة بالمعادن الثقيلة ومواقع غير ملوثة عبر مسافات جغرافية في نفس الدولة. تم استخدام التحليل البلمري المتسلسل للحمض النووي الصبغي المتعدد الأشكال العشوائي لدراسة التباين الوراثي بين الآهلات في هذه المواقع المختلفة. تم قياس تركيزات المعادن الثقيلة من الكادميوم والنحاس والرصاص والزنك من أنسجة الجندب. تضمنت التحاليل الإحصائية للبيانات المتحصل عليها التحليل العنقودي والتحليل عبر المركبات الرئيسية ونموذج التأثير المختلط الخطي. أظهرت النتائج أن هناك تباينًا جينيًا أكبر بين مجموعات الآهلات من المناطق الجغرافية المختلفة مقارنة بتلك الموجودة داخل نفس المنطقة، مما يشير إلى وجود تمايز محلي بسبب التلوث البيئي. تشير النتائج أيضًا إلى أن الانعزال الجغرافي قد أثر على تمايز آهلات هذا النوع. وبناءً على التحليل الوراثي، أظهرت النتائج أن الملوثات البيئية والمسافات الجغرافية تؤثر على تركيبة آهلات هذا النوع، مما يشير إلى أن تدفق الجينات بين المواقع قد يكون مقيدًا حتى على المستويات المكانية الصغيرة. وتوصلت الدراسة إلى أن الملوثات البيئية تؤثر على التركيب الجيني والتنوع الوراثي للنوع المدروس، وقد يكون لها تأثير طويل المدى على التكيفات المحلية والتغير في البنية الجينية. ومن ثم، تقدم هذه الدراسة نظرة مُحْكَمة للاستجابات الجينية للجندب تحت الدراسة للتلوث البيئي من خلال منهجية التحليل الوراثي القوية.
Keywords: Aiolopus thalassinus; RAPD-PCR; genetic variability; geographical distances; heavy metal pollution.
© The Author(s) 2024. Published by Oxford University Press on behalf of Entomological Society of America.