Populačně genetická struktura pstruha obecného jako základ úspěšného obhospodařování lososových vod ve střední Evropě

Ing. Jan KOHOUT

Doctoral thesis

Population genetic structure of brown trout as groundwork for efficient management of fisheries in central European salmonid waters

Abstract:

The genetic structure of 25 wild populations and five hatchery stocks from Czech Republic and Slovakia were analysed using mitochondrial (control region) and nuclear DNA (microsatellites, LDH-C1*) markers to elucidate the impact of stocking on central European populations of brown trout and to outline further management strategies. It seems that stocking practices have caused massive hybridisation between the Atlantic and Danube brown trout populations in the middle Danube basin and have led to a loss of among-population genetic variability in Slovakia and Moravia. Certain effect of stocking was detected also in the upper Danube, Vistula, Oder and Elbe River basins. However, the populations from the Elbe River basin keep certain level of among-population variability and seem to be less affected by stocking in comparison with the Danube River basin populations. There are some indications of late or post-Pleistocene penetration of the Atlantic basin trout to the Danube River basin. However, it is not clear to which extent the natural contact participated to the present distribution of Atlantic haplotypes and alleles in the Danube River basin. Samples from lower parts of the Danube River basin were therefore analysed using the same mitochondrial and microsatellite markers. Samples from Aegean Sea basin were included in order to reveal genetic variability of eastern Balkan populations and to estimate an impact of stocking in this area. Very low levels of introgression from Atlantic and other non-indigenous trout were found in the eastern Balkan populations. The genetic differentiation among the populations is substantially higher in this area compared to the central European populations. The populations in headwaters of the Otava River (Elbe River basin) were analysed using microsatellites in order to reveal origin of these populations and evaluate the current management strategies of brown trout in Šumava National Park and Protected Landscape Area. The analysed populations were substantially differentiated from the remaining Elbe River basin populations and there was also certain level of genetic structure within trout from the headwaters of the Otava River associated with isolation by a migration barrier and geographic distance. However, stocking with hatchery trout also contributed to the pattern of genetic variability. The population of Borová Lada hatchery, which is used for stocking in Šumava exhibited higher genetic variability compared to the wild populations and it seems to be of heterogeneous origin. Comparisons of the analysed populations with populations from other areas and results from other studies indicated that mtDNA haplotypes from the lower Danube River and southern Black Sea basins differ considerably from a subclade of the Danubian lineage consisting of haplotypes found so far in the most of the Danube River basin and in the Caspian and Aral Sea basins. The results thus evidence a complex evolutionary history of brown trout in the southern and western parts of the Black Sea basin.

Abstract:

Za účelem vyhodnocení dopadu rybářského hospodaření na populace pstruha ve střední Evropě byla analyzována genetická struktura 25 divokých populací a pěti populací odebraných na líhních v České republice a na Slovensku. K tomu byly použity markery mitochondriální (kontrolní oblast) a jaderné (mikrosatelity, LDH-C1*) DNA. Z výsledků je patrné, že vysazování ryb různého původu způsobilo rozsáhlé křížení populací atlantického a dunajského původu a vedlo ke ztrátě variability mezi populacemi v povodí středního Dunaje na Moravě a na Slovensku. Změny genetické variability v důsledku vysazování byly zaznamenány také v populacích povodí horního Dunaje, Visly, Odry a Labe. Nicméně, populace v povodí Labe mají zachovaný určitý stupeň genetické odlišnosti a zdají se být mnohem méně ovlivněny rybářským obhospodařováním než populace dunajské. Dále byly analyzovány populace z dolních částí dunajského povodí za použití stejných mitochondriálních a mikrosatelitových markerů. Zahrnuty byly také populace z egejského úmoří, aby bylo možné vyhodnotit dopad rybářského hospodaření a porovnat jej s výsledky ze střední Evropy. Byla zjištěna pouze nízká úroveň introgrese z atlantických a jiných populací pstruha. Genetická diferenciace mezi populacemi východního Balkánu byla v porovnání s populacemi ze střední Evropy značně vyšší. Na základě mikrosatelitů byly analyzovány také populace z horních přítoků řeky Otavy a populace z líhně Borová Lada s cílem ověřit původ divokých populací v oblasti Národního parku a chráněné krajinné oblasti Šumava. Analyzované populace byly geneticky odlišitelné od dříve analyzovaných populací z povodí Labe a byly také vzájemně diferencované v důsledku geografické vzdálenosti a přítomnosti migračních bariér. Vysazování pstruha z líhně v Borových Ladech však mohlo také ovlivnit genetickou variabilitu analyzovaných populací. Populace z této líhně se vyznačuje vyšší genetickou proměnlivostí a je geneticky odlišná od populací z horních přítoků Otavy, což by mohlo být způsobeno jejím nejednotným původem. Porovnání analyzovaných populací s výsledky z jiných oblastí naznačuje, že mitochondriální haplotypy nalezené v populacích dolní části Dunajského povodí a jižní části úmoří Černého moře jsou značně odlišné od statisticky podpořené skupiny haplotypů z horního a středního Dunaje, povodí Kaspického moře a Aralského jezera. To dokazuje složitou evoluční historii pstruha v jižní a západní části úmoří Černého moře.

Keywords

pstruh obecný, populační genetika, mitochondriální DNA, mikrosatelity, LDH-C1* fylogeografie, introgrese

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 8. 2013

Accessible from:: 27. 8. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 11. 9. 2013

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Fisheries and Protection of Waters

Doctoral programme / field:
Zootechnics / Fishery