DNA barcoding as a tool to study the evolution, trophic ecology and microbiota of insular lizards of the genus Podarcis (Squamata, Lacertidae)

Abstract

[eng] Lizard species inhabiting isolated populations on coastal islands and islets provide an excellent model for investigating evolutionary and ecological processes. The main objective of this thesis was to investigate the microbiota, trophic ecology and evolution of three lizard species with a non-overlapping distribution, consisting of multiple allopatric populations restricted to islands and coastal islets of the Balearic archipelago (Podarcis lilfordi and P. pityusensis) and the Columbretes Islands (P. liolepis) using next- generation DNA sequencing methodologies. Gut microbial communities provide essential functions to their hosts and are known to influence both their ecology and evolution. To characterize the Podarcis microbiota, 16S rRNA was sequenced with Illumina from non-invasive faecal sampling. Podarcis showed a faecal microbiome composition consistent with their omnivorous trophic ecology, with a high representation of cellulolytic bacteria taxa. Islet ascription and seasonality were the main factors explaining the bacterial community composition in the Balearic lizard. Furthermore, the different Balearic populations were characterised by harbouring a high proportion of unique and exclusive bacterial taxa, which reinforces their view as unique and divergent evolutionary entities. Dietary studies are essential for unravelling ecosystem functioning and, ultimately, for understanding biodiversity. This task becomes particularly complex in the case of omnivorous species with highly variable diets. The Balearic and Columbretes lizards are restricted to small, rocky islands marked by the scarcity and unpredictability of food resources. To investigate their trophic associations, we followed a metabarcoding strategy based on four molecular markers that allowed diet characterization with a high degree of taxonomic detail and provided many new trophic records. Analyses also revealed inter- and intraspecific differences in terms of seasonality and geographical distribution of P. lilfordi and P. pityusensis. The assessment of genetic diversity within the islands/islets was carried out using the mitochondrial cytochrome oxidase I (COI) gene. Our analyses supported the phylogenetic results previously obtained in Podarcis using other mtDNA fragments: partial 12S rRNA, two partial fragments of cytochrome b (CYTB), partial control region (CR) and two partial subunits of the NADH dehydrogenase gene and associated tRNAs (ND1, ND2, tRNAIle, tRNAGln, and tRNAMet).

[spa] Las especies de lagartijas que viven en poblaciones aisladas en islas e islotes costeros constituyen un modelo excelente para la investigación de los procesos ecológicos y evolutivos. El objetivo principal de esta tesis fue investigar la microbiota, la ecología trófica y la evolución de tres especies de lagartijas mediante secuenciación de nueva generación. Se trata de poblaciones alopátricas con distribuciones no solapadas restringidas a islas e islotes costeros del archipiélago balear (Podarcis lilfordi y P. pityusensis) y a las Islas Columbretes (P. liolepis). Las comunidades microbianas intestinales proporcionan funciones esenciales a sus huéspedes y se conoce su influencia tanto en su ecología como en su evolución. Para la caracterización de la microbiota de Podarcis, se secuenció el gen 16S rRNA con Illumina a partir de un muestreo no invasivo de muestras fecales. Podarcis presentó una composición del microbioma fecal consistente con su ecología trófica omnívora, con una alta representación de taxones de bacterias celulolíticas. Los principales factores que explicaron la composición bacteriana en la lagartija Balear fueron la vinculación con la isla/islote y la estacionalidad. Además, las diferentes poblaciones de las Islas Baleares se caracterizaron por presentar una elevada proporción de taxones bacterianos únicos y exclusivos, lo que refuerza su carácter de entidades evolutivas únicas y divergentes. Los estudios de dieta son esenciales para desentrañar el funcionamiento de los ecosistemas y, en última instancia, para comprender la biodiversidad. Esta labor resulta especialmente compleja en el caso de especies omnívoras con dietas muy diversas. Las lagartijas de Baleares y Columbretes están restringidas en pequeñas islas rocosas que se caracterizan por la escasez e imprevisibilidad de los recursos tróficos. Para analizar sus asociaciones tróficas, seguimos una estrategia de metabarcodificación basada en cuatro marcadores moleculares que nos permitió caracterizar la dieta con un alto grado de detalle taxonómico y nos aportó un gran número de nuevos registros tróficos. Los análisis también revelaron diferencias inter e intraespecíficas en función de la estacionalidad y la distribución geográfica de P. lilfordi y P. pityusensis. La evaluación de la diversidad genética entre islas/islotes se llevó a cabo mediante el gen mitocondrial de la citocromo oxidasa I (COI). Nuestros análisis corroboraron los resultados filogenéticos obtenidos previamente en Podarcis utilizando otros fragmentos de ADNmt: ARNr 12S parcial, dos fragmentos parciales de citocromo b (CYTB), región control (CR) parcial y dos subunidades parciales del gen NADH deshidrogenasa y los ARNt asociados (ND1, ND2, tRNAIle, tRNAGln, and tRNAMet).

[cat] Les espècies de sargantanes que viuen en poblacions aïllades a illes i illots costaners constitueixen un excel·lent model per a la investigació dels processos ecològics i evolutius. L’objectiu principal d’aquesta tesi va ser investigar la microbiota, l’ecologia tròfica i l’evolució de tres espècies de sargantanes mitjançant seqüenciació de nova generació. Es tracta de poblacions no solapades i al·lopàtriques restringides a illes i illots costaners de l’arxipèlag Balear (Podarcis lilfordi i P. pityusensis) i a les Illes Columbretes (P. liolepis). Les comunitats microbianes intestinals proporcionen funcions essencials als hostes i es coneix que influeixen tant en la seva ecologia com en la seva evolució. Per a la caracterització de la microbiota de Podarcis, es va seqüenciar el gen 16S rRNA amb Illumina a partir d’un mostreig no invasiu de mostres fecals. Podarcis va presentar una composició del microbioma fecal consistent amb la seva ecologia tròfica omnívora, amb una alta representació de tàxons de bacteris cel·lulolítics. Els principals factors que varen explicar la composició bacteriana a la sargantana Balear van ser la vinculació amb l’illa/illot i l’estacionalitat. A més, les diferents poblacions de Balears es varen caracteritzar per presentar una elevada proporció de tàxons bacterians únics i exclusius, reforçant el seu caràcter d’entitats evolutives úniques i divergents. Els estudis de dieta són essencials per explicar el funcionament dels ecosistemes i, en darrera instància, per comprendre la biodiversitat. Aquesta tasca resulta especialment complexa en el cas d’espècies omnívores amb dietes molt diverses. Les sargantanes del arxipèlag Balear i de les Illes Columbretes estan restringides a petites illes rocoses que es caracteritzen per l’escassetat i imprevisibilitat dels recursos tròfics. Per analitzar les associacions tròfiques, varem seguir una estratègia de metabarcodificació basada en quatre marcadors moleculars que ens va permetre caracteritzar la dieta amb un alt grau de detall taxonòmic i ens va aportar un gran nombre de nous registres tròfics. Els anàlisis també van revelar diferències inter i intraespecífiques en funció de l’estacionalitat i la distribució geogràfica de P. lilfordi i P. pityusensis. L’avaluació de la diversitat genètica entre illes/illots es va dur a terme mitjançant el gen mitocondrial de la citocrom oxidasa I (COI). Les nostres anàlisis varen corroborar els resultats filogenètics obtinguts prèviament a Podarcis emprant altres fragments d’ADNmt: ARNr 12S parcial, dos fragments parcials de citocrom b (CYTB), regió control (CR) parcial i dues subunitats parcials del gen NADH deshidrogenasa i els ARNt associats (ND1, ND2, tRNAIle, tRNAGln, and tRNAMet).