Applications of Multiple Nuclear Genes to the Molecular Phylogeny, Population Genetics and Hybrid Identification in the Mangrove Genus Rhizophora

PLoS One. 2015 Dec 16;10(12):e0145058. doi: 10.1371/journal.pone.0145058. eCollection 2015.

Abstract

The genus Rhizophora is one of the most important components of mangrove forests. It is an ideal system for studying biogeography, molecular evolution, population genetics, hybridization and conservation genetics of mangroves. However, there are no sufficient molecular markers to address these topics. Here, we developed 77 pairs of nuclear gene primers, which showed successful PCR amplifications across all five Rhizophora species and sequencing in R. apiculata. Here, we present three tentative applications using a subset of the developed nuclear genes to (I) reconstruct the phylogeny, (II) examine the genetic structure and (III) identify natural hybridization in Rhizophora. Phylogenetic analyses support the hypothesis that Rhizophora had disappeared in the Atlantic-East Pacific (AEP) region and was re-colonized from the IWP region approximately 12.7 Mya. Population genetics analyses in four natural populations of R. apiculata in Hainan, China, revealed extremely low genetic diversity, strong population differentiation and extensive admixture, suggesting that the Pleistocene glaciations, particularly the last glacial maximum, greatly influenced the population dynamics of R. apiculata in Hainan. We also verified the hybrid status of a morphologically intermediate individual between R. apiculata and R. stylosa in Hainan. Based on the sequences of five nuclear genes and one chloroplast intergenic spacer, this individual is likely to be an F1 hybrid, with R. stylosa as its maternal parent. The nuclear gene markers developed in this study should be of great value for characterizing the hybridization and introgression patterns in other cases of this genus and testing the role of natural selection using population genomics approaches.

Publication types

  • Research Support, Non-U.S. Gov't

MeSH terms

  • Bayes Theorem
  • Cluster Analysis
  • DNA, Chloroplast
  • Evolution, Molecular
  • Genes, Plant*
  • Genetic Markers
  • Genetic Variation
  • Genetics, Population*
  • Hybridization, Genetic*
  • Molecular Sequence Data
  • Phylogeny*
  • Rhizophoraceae / genetics*

Substances

  • DNA, Chloroplast
  • Genetic Markers

Associated data

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  • GENBANK/KR707709

Grants and funding

This project was supported by grants from the National Natural Science Foundation of China (http://npd.nsfc.gov.cn/fundingProjectSearchAction.action, Nos. 41130208 and 91331202 (SS received the funding), 31170213 and 91231106 (RZ received the funding)), the State Key Laboratory of Biocontrol (http://sklbc.sysu.edu.cn/Ky_work/Project/index.aspx?typeid=273, Nos. SKLBC14A03 (SS received the funding)) and the Chang Hungta Science Foundation of Sun Yat-sen University. All funders supported the study design. The data collection and analysis were supported by grants from the National Natural Science Foundation of China (Nos. 41130208 and 91331202) and the State Key Laboratory of Biocontrol (Nos. SKLBC14A03). The preparation of the manuscript and decision to publish were supported by grants from the National Natural Science Foundation of China (Nos. 31170213 and 91231106).