Heritability and inheritance of tolerance to copper in Daphnia magna

Abstract

Genetic erosion is a case of microevolution where genetic information is lost through the loss of genotypes. Although there are many factors that may contribute to the loss of genotypes, contaminants originating from human activities such as mining and agriculture are among the most concerning. Acid mine drainage (AMD) is a product of mining activity that is a very acidic effluent with high concentrations of various metals, contamination which may lead a population to genetic erosion. In Daphnia sp., tolerance to copper was found to be correlated with tolerance to AMD and can be used to study AMD driven genetic erosion. To better understand it two specific objectives were delineated with the present work, to calculate the heritability and inheritance of the tolerance to copper in Daphnia magna. Ephippia of D. magna were obtained from the following two different sources: (1) a commercial source producing ephippia from uni-clonal mass cultures and (2) a natural pond where ephippia were collected once in time. Heritability of the tolerance to copper was studied, based on time to death toxicity tests on over 200 clones from two different sources, where values of 71 and 82% were calculated for clones from source M and B, respectively. Relative spread was also calculated for each clone and compared with the tolerance of the respective clones, showing that more extreme clones (the most tolerant and the most sensitive) have smaller variabilities. To assess inheritance, sexual reproduction was attempted by stimulating ephippia production within a group of 24 selected clones, 12 clones from each source, being the six most sensitive and the six most tolerant to copper. However, iv ephippia production was not successfully achieved. Therefore it was not possible to study the inheritance of tolerance to copper in D. magna. Overall, the wide distribution of tolerances, the lower variability in extreme clones, and the high heritability show that tolerance to copper can easily be involved in microevolution episodes. Although not all objectives proposed were achieved, this work still represents new information and one significant contribution to the study of the microevolution of tolerance in Daphnia magna.

A erosão genética é um caso de microevolução em que a informação genética é perdida através da perda de genótipos. Apesar de haverem muitos fatores que podem contribuir para a perda de genótipos, contaminantes oriundos de atividades humanas como a indústria mineira e a agricultura estão entre os mais preocupantes. A drenagem ácida de minas (AMD) é um produto da atividade mineira que é um efluente acídico com altas concentrações de vários metais, contaminação esta que pode levar à erosão genética de populações. Em Daphnia sp., foi descoberto que a tolerância ao cobre está correlacionada com a tolerância à AMD e pode ser utilizada para estudar a erosão genética provocada pela AMD. Para melhor perceber dois objetivos específicos foram delineados no presente trabalho, calcular a heritabilidade e a herança da tolerância ao cobre em Daphnia magna. Ephippia de D. magna foram obtidos de duas fontes diferentes: (1) uma fonte comercial que produz ephippia apartir de culturas de massa uni-clonais e (2) um lago natural onde ephippia foram colhidas de uma única vez. A heritabilidade da tolerância ao cobre foi estudada, baseada em testes de toxicidade de tempo até à morte em mais de 200 clones de duas fontes diferentes, onde foram obtidos valores de 71 e 82% de heritabilidade para os clones oriundos da fonte M e B, respetivamente. O relative spread foi também calculado para cada clone e comparado com a tolerância do respetivo clone, mostrando que os clones mais extremos (os mais tolerantes e os mais sensíveis) têm variabilidades menores. vi Para avaliar a herança, a indução da reprodução sexuada foi tentada através da estimulação da produção de ephippia num grupo de 24 clones selecionados, 12 clones de cada fonte, sendo os 6 mais sensíveis e os 6 mais tolerantes ao cobre. No entanto, não tenha sido conseguida qualquer produção de ephippia. Assim, não foi possível estudar a herança da tolerância ao cobre em D. magna. Em suma, a larga distribuição de tolerâncias, as variabilidades baixas em clones extremos e a alta heritabilidade mostram que a tolerância ao cobre pode facilmente ser envolvida em episódios de microevolução. Apesar de em todos os objetivos propostos terem sido alcançados, este trabalho representa nova informação e uma contribuição significante para o estudo da microevolução da tolerância em Daphnia magna.