Assessment of genomic diversity and population sub-structuring of kingklip (Genypterus capensis) off Southern Africa
Date
2019-03
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: Kingklip (Genypterus capensis) represents a valuable marine resource for both South
Africa and Namibia. Historical exploitation levels led to substantial declines in
abundance, resulting in the species being considered over-exploited in the past.
Currently, there is a lack of consensus regarding kingklip stock structure, with previous
studies providing evidence for both multiple and single stocks. Understanding stock
structure is vital for the appropriate assessment and management of marine
resources. Taking into account both the commercial importance and trans-boundary
nature of this species, it is therefore evident that a consensus regarding the fine-scale
genetic structure is needed in order to best inform future management decisions. Next
Generation Sequencing (NGS) has revolutionised population genetics allowing for the
sequencing and identification of thousands of loci at reduced costs, thereby helping to
identify weak genetic differentiation and adaptive divergence even in species with high
gene flow levels. By employing a pooled ezRAD sequencing technique, the first
chapter of this thesis isolated and identified a novel set of genome-wide molecular
markers (Single Nucleotide Polymorphisms – SNPs). Over 40 000 SNP loci were
identified in chapter 1, both neutral as well as putative outlier loci, potentially under
selection. The second chapter of this thesis subsequently employed the SNP database
developed in chapter 1 to investigate i) the relation of previous genetic versus genomic
divergence levels and patterns of sub-structuring along the South African coastline, as
well as ii) genome-wide patterns of fine-scale sub-structuring along Kingklip’s southern
African distribution, thereby providing novel insight into the genetic relation of
Namibian and South African Kingklip. Overall, the results of chapter 2 provided
evidence for a three-stock hypothesis with signficant levels of adaptive divergence
identified between “Northern Benguela” (North of Lüdertiz), “Southern Benguela”
(South of Lüderitz to Cape Agulhas) and “Eastern Cape (Cape Agulhas to Algoa Bay)
populations. However, adaptive divergence appears to be occuring in the face of high
levels of gene flow, thereby creating a dynamic system across the southern African
distribution. Based on the findings of chapter 2, the third chapter addresses
management recommendations and the potential for the use of the newly developed marker panel for future Kingklip fisheries management.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Kingklip (Genypterus capensis) verteenwoordig 'n waardevolle mariene hulpbron vir beide Suid-Afrika en Namibië. Historiese uitbuitingsvlakke het gelei tot aansienlike afname, wat veroorsaak het dat die spesies in die verlede uitgenuit is. Tans is daar 'n gebrek aan konsensus oor Kingklip visbevolkings, met vorige studies wat bewyse lewer vir beide veelvuldige en enkele bevolkings. Om visbevolking struktuur te verstaan is noodsaaklik vir die toepaslike assessering en bestuur van mariene hulpbronne. Met inagneming van beide die kommersiële belang en die grensvlak van hierdie spesie, is dit dus duidelik dat 'n konsensus aangaande die fynskaalse genetiese struktuur nodig is om toekomstige bestuursbesluite die beste in te lig. Next Generation Sequencing (NGS) het populasiegenetika gerewoloseer, wat die sequencing en identifikasie van duisende loci teen verlaagde koste moontlik gemaak het, en sodoende help om swak genetiese differensiasie en adaptiewe divergensie te identifiseer selfs in spesies met hoë genevloei vlakke. Deur die gebruik van 'n saamgevoegde ezRAD-sequencingtegniek, het die eerste hoofstuk van hierdie proefskrif 'n nuwe stel genoom-wye molekulêre merkers (enkel-nukleotiedpolimorfismes - SNP's) geïsoleer en geïdentifiseer. Meer as 40 000 SNP loci is geïdentifiseer in hoofstuk 1, beide neutrale sowel as potensiële outlier loci, moontlik onder seleksie. Die tweede hoofstuk van hierdie proefskrif het daarna die SNPdatabasis wat in hoofstuk 1 ontwikkel is, aangewend om i) die verband tussen vorige genetiese versus genomiese divergensievlakke en patrone van substrukturering langs die Suid-Afrikaanse kus te ondersoek, asook ii) genoomwye patrone van fynskaalse substruktuur van Kingklip se suidelike Afrika-verspreiding, en bied dus nuwe insig in die genetiese verhouding van Namibiese en Suid-Afrikaanse Kingklip.Die algehele resultate van hoofstuk 2 het getuienis gelewer vir 'n drie-visbevolking hipotese met betekenisvolle vlakke van adaptiewe divergensie wat geïdentifiseer is tussen "Northern Benguela" (Noord van Lüdertiz), "Southern Benguela" (suid van Lüderitz tot Kaap Agulhas) en "Oos-Kaap” (Kaap Agulhas tot Algoabaai) bevolkings. Adaptiewe afwykings blyk egter voor te kom in die lig van hoë vlakke van geenvloei, en skep daardeur 'n dinamiese stelsel oor die suidelike Afrika-verspreiding. Op grond van die bevindings van hoofstuk 2 word die aanbevelings in die derde hoofstuk aangespreek en die potensiaal vir die gebruik van die nuut ontwikkelde merkpaneel vir toekomstige Kingklip-visserybestuur.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Kingklip (Genypterus capensis) verteenwoordig 'n waardevolle mariene hulpbron vir beide Suid-Afrika en Namibië. Historiese uitbuitingsvlakke het gelei tot aansienlike afname, wat veroorsaak het dat die spesies in die verlede uitgenuit is. Tans is daar 'n gebrek aan konsensus oor Kingklip visbevolkings, met vorige studies wat bewyse lewer vir beide veelvuldige en enkele bevolkings. Om visbevolking struktuur te verstaan is noodsaaklik vir die toepaslike assessering en bestuur van mariene hulpbronne. Met inagneming van beide die kommersiële belang en die grensvlak van hierdie spesie, is dit dus duidelik dat 'n konsensus aangaande die fynskaalse genetiese struktuur nodig is om toekomstige bestuursbesluite die beste in te lig. Next Generation Sequencing (NGS) het populasiegenetika gerewoloseer, wat die sequencing en identifikasie van duisende loci teen verlaagde koste moontlik gemaak het, en sodoende help om swak genetiese differensiasie en adaptiewe divergensie te identifiseer selfs in spesies met hoë genevloei vlakke. Deur die gebruik van 'n saamgevoegde ezRAD-sequencingtegniek, het die eerste hoofstuk van hierdie proefskrif 'n nuwe stel genoom-wye molekulêre merkers (enkel-nukleotiedpolimorfismes - SNP's) geïsoleer en geïdentifiseer. Meer as 40 000 SNP loci is geïdentifiseer in hoofstuk 1, beide neutrale sowel as potensiële outlier loci, moontlik onder seleksie. Die tweede hoofstuk van hierdie proefskrif het daarna die SNPdatabasis wat in hoofstuk 1 ontwikkel is, aangewend om i) die verband tussen vorige genetiese versus genomiese divergensievlakke en patrone van substrukturering langs die Suid-Afrikaanse kus te ondersoek, asook ii) genoomwye patrone van fynskaalse substruktuur van Kingklip se suidelike Afrika-verspreiding, en bied dus nuwe insig in die genetiese verhouding van Namibiese en Suid-Afrikaanse Kingklip.Die algehele resultate van hoofstuk 2 het getuienis gelewer vir 'n drie-visbevolking hipotese met betekenisvolle vlakke van adaptiewe divergensie wat geïdentifiseer is tussen "Northern Benguela" (Noord van Lüdertiz), "Southern Benguela" (suid van Lüderitz tot Kaap Agulhas) en "Oos-Kaap” (Kaap Agulhas tot Algoabaai) bevolkings. Adaptiewe afwykings blyk egter voor te kom in die lig van hoë vlakke van geenvloei, en skep daardeur 'n dinamiese stelsel oor die suidelike Afrika-verspreiding. Op grond van die bevindings van hoofstuk 2 word die aanbevelings in die derde hoofstuk aangespreek en die potensiaal vir die gebruik van die nuut ontwikkelde merkpaneel vir toekomstige Kingklip-visserybestuur.
Description
Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2019.
Keywords
Fish stock assessment, Genypterus Capensis -- Conservation, Kingklip -- Population diversity, Population genetics, UCTD, Marine resources conservation -- Southern Africa, Kingklip -- Distribution -- Southern Africa