PARALLEL EVOLUTION AND VICARIANCE IN THE GUPPY (POECILIA RETICULATA)
OVER MULTIPLE SPATIAL AND TEMPORAL SCALES
HEATHER J. ALEXANDER,1,2 JOHN S. TAYLOR,3,4 SAMPSON SZE-TSUN WU,1,5 AND FELIX BREDEN1,6
1Department of Biological Sciences, Simon Fraser University, Burnaby, British Columbia V5A 1S6, Canada
2E-mail: hjbrook@sfu.ca
3Department of Biology, University of Victoria, PO Box 3020, Station CSC, Victoria, British Columbia V8W 3N5, Canada
4E-mail: taylorjs@uvic.ca
5E-mail: sswu@sfu.ca
6E-mail: breden@sfu.ca
Abstract. Well-studied model systems present ideal opportunities to understand the relative roles of contemporary
selection versus historical processes in determining population differentiation and speciation. Although guppy populations
in Trinidad have been a model for studies of evolutionary ecology and sexual selection for more than 50
years, this work has been conducted with little understanding of the phylogenetic history of this species. We used
variation in nuclear (X-src) and mitochondrial DNA (mtDNA) sequences to examine the phylogeographic history of
Poecilia reticulata Peters (the guppy) across its entire natural range, and to test whether patterns of morphological
divergence are a consequence of parallel evolution. Phylogenetic, nested clade, population genetic, and demographic
analyses were conducted to investigate patterns of genetic structure at several temporal scales and are discussed in
relation to vicariant events, such as tectonic activity and glacial cycles, shaping northeast South American river
drainages. The mtDNA phylogeny defined five major lineages, each associated with one or more river drainages, and
analysis of molecular variance also detected geographic structuring among these river drainages in an evolutionarily
conserved nuclear (X-src) locus. Nested clade and other demographic analyses suggest that the eastern Venezuela/
western Trinidad region is likely the center of origin of P. reticulata. Mantel tests show that the divergence of
morphological characters, known to differentiate on a local scale in response to natural and sexual selection pressures,
is not associated with mtDNA genetic distance; however, TreeScan analysis identified several significant associations
of these characters with the haplotype tree. Parallel upstream/downstream patterns of morphological adaptation in
response to selection pressures reported in P. reticulata within Trinidad rivers appears to persist across the natural
range. Our results together with previous studies suggest that, although morphological variation in P. reticulata is
primarily attributed to selection, phylogeographic history may also play a role.
Key words. Mitochondrial DNA, morphology, parallel evolution, phylogeography, Poecilia reticulata, population
genetics, selection, vicariance.

PARALLEL EVOLUTION AND VICARIANCE IN THE GUPPY (POECILIA RETICULATA)
OVER MULTIPLE SPATIAL AND TEMPORAL SCALES
HEATHER J. ALEXANDER,1,2 JOHN S. TAYLOR,3,4 SAMPSON SZE-TSUN WU,1,5 AND FELIX BREDEN1,6
1Department of Biological Sciences, Simon Fraser University, Burnaby, British Columbia V5A 1S6, Canada
2E-mail: hjbrook@sfu.ca
3Department of Biology, University of Victoria, PO Box 3020, Station CSC, Victoria, British Columbia V8W 3N5, Canada

Zusammenfassung.
Gut untersuchte Modell Systeme bieten ideale Möglichkeiten, um die relativen Rollen zeitgenössischer
Auswahl im Vergleich zu historischen Prozessen bei der Bestimmung der Populations-Differenzierung und Speziation zu verstehen.

Obwohl Guppy Populationen
in Trinidad seit mehr als 50 Jahren ein Modell für Studien der Ökologie und Evolution der geschlechtlichen Auswahl seit mehr als 50 Jahren gewesen sind, wurden diese Arbeiten mit nur wenig Verständnis für die phylogenetische Geschichte dieser Arten geführt.

Wir haben Unterschiede in der nuklearen (X-src) und der mitochondrialen DNA (mtDNA)-Sequenz benutzt, um die Geschichte des phylogeographischen
Poecilia reticulata Peters (der Guppy) im gesamten natürlichen Bereich zu untersuchen, und zu testen, ob Muster der morphologischen
Unterschiede eine Folge der parallelen Entwicklung sind.


Phylogenetische, verschachtelte Stämme betreffende, populationsgenetische und demographische
Analysen wurden durchgeführt, um Muster der genetischen Struktur auf mehreren zeitlichen Skalen und in
Bezug auf vikariante (Vikariierend sind in der Botanik phylogenetisch nah verwandte Taxa, die einander unter ökologischen Bedingungen (ökologischer Vikariismus) oder in geographischen Räumen (geographischer Vikariismus) vertreten).
Ereignisse, wie tektonische Aktivität und glaziale Zyklen, die Gestaltung nordöstlich- südamerikanischer Flussläufe, zu untersuchen.

Die mtDNA-Phylogenie definiert fünf große Linien, die jeweils mit einem oder mehreren Flussläufen (drainages) verbunden sind und
(definiert) die Analyse der molekularen Varianz weiterer erkannter geographischen Strukturierung zwischen diesen Flussläufen in einem entwicklungsgeschichtlich
erhaltenen nuklearen (X-src) Locus.

Verschachtelte Stämme und andere demographische Analysen deuten darauf hin, dass die Ost-Venezuela /
West-Trinidad Region das Zentrum des Ursprungs von S. reticulata ist.

Mantel-Tests zeigen, dass die Divergenz der
morphologischen Merkmale, bekannt als Differenzierung auf lokaler Ebene, als Reaktion auf natürlichen und geschlechtlichen Selektionsdruck, nicht im Zusammenhang mit mtDNA
genetischer Distanz steht, aber die TreeScan Analyse identifizierte mehrere bedeutende Verbindungen
dieser Merkmale mit dem Haplotyp (Als Haplotyp (von griechisch haplús oder haplóos = einfach und typos = typ), aus haploider Genotyp zusammengesetzt, wird eine Variante einer Nukleotidsequenz im Genom eines Lebewesens bezeichnet) Baum.

Parallele Upstream / Downstream Muster der morphologischen Anpassung in Antwort auf den Selektionsdruck bei S. reticulata in Trinidads Flüssen scheinen im natürlichen
Bereich zu liegen.

Unsere Ergebnisse, zusammen mit früheren Studien, deuten darauf hin, dass, obwohl morphologische Unterschiede in S. reticulata in erster Linie auf Selektion zurückzuführen sind, auch phylogeographische Geschichte eine Rolle spielen kann.