Testing Pleistocene refugia and riverine barrier hypotheses of diversification using central African duikers

Stephan Ntie, PhD Université des Sciences et

Techniques de Masuku

1. Introduction: The Pleistocene forest refugia hypothesis (Haffer, 1969)

(www.waza.org, www.wildlife-pictures-online.com, www.nhm.org, safariafrika.net)

C. silvicultor

C. dorsalis

C. callipygus

P. monticola

http://www.esd.ornl.gov

1. Introduction: The riverine barrier hypothesis (Wallace, 1849)

(www.waza.org, www.wildlife-pictures-online.com, www.nhm.org, safariafrika.net)

C. silvicultor

C. dorsalis

C. callipygus

P. monticola

mm mm gg

Source Mouth

1. Introduction

Duikers (Bovidae)

Ruminant mammals (frugivores and herbivores)

Endemic to Sub-Saharan Africa (20 species total)

~ 10 species in central Africa.

Recent origin in the Plio-Pleistocene

Tight association with forested habitats

Main Goal: To better understand ecological and historical processes driving evolutionary diversification in central African rainforest duikers.

(www.waza.org, www.wildlife-pictures-online.com, www.nhm.org, safariafrika.net)

C. silvicultor

C. dorsalis

C. callipygus

P. monticola

Ogooué

Congo

Sanaga 1

14

6

35 32

29 28 27

37

23

24

17

19 16

21

22 20

38

2 3

26

25

30 31 34

5 7

9 8 11

10

12

39

4

42

36

40

41

15

43

18

13

33

2. Methods: Sampling Strategy

Oubangi

Massif du Chaillu

Monts de Cristal NP

Campo Man’n NP

Highlands of Nigeria

Ngotto NP

Sangha

Approximate location of putative Pleistocene refugia(after Anthony et al., 2007; Tchouto et al., 2009; Maley, 1996; Muloko-Ntoutoume et al., 2000).

Major rivers

Nigeria Cameroon

Gabon

Rep. of Congo

CAR

DRC

Eq. Guinea

~650 bp of the mt Control region

(Ntie et al, 2010a)

11 polymorphic nuclear

microsatellites (Ntie et al, 2010b)

Population phylogenetic structure using

PAUP (Swofford, 2003)

He and test of LE and HWE using ARLEQUIN

3.5.1.3 (Excoffier et al., 2005)

MSN using NETWORK V.6.1.0 (Bandelt et al.,

1999)

Relatedness (r) among samples using

KINGROUP v2 (Konovalov et al., 2004)

SAMOVA using SAMOVA 1.0 (Dupanloup et al.,

2002)

Population genetic structure using

STRUCTURE (Pritchard et al., 2000)

AMOVA using ARLEQUIN 3.5.1.3 (Excoffier et

al., 2005)

Population genetic structure using

GENELAND 4.0.0 (Guillot et al., 2005).

Population demographic history using DnaSP

V5.1 (Librado and Rozas, 2009)

IBD using IBDWS v3.23 (Jensen et al., 2005)

2. Methods: Population Genetic Analyses

1. 2040 échantillons de crottes collectés comme décrit dans Soto-Calderón, Ntie et al. (2009).

2. 1146 échantillons de crottes identifiés au niveau de l’espèce suivant un diagnostique moléculaire (Ntie et al., 2010a).

3. De ces échantillons, 131 sont C. dorsalis, 475 sont C. callipygus, and 370 sont P. monticola.

3. Résultats: Collection des échantillons

Le céphalophe de bai (C. dorsalis)

Le céphalophe de Peter (C. callipygus)

Le céphalophe bleu (P. monticola)

SAMOVA: SAMOVA 1.0 (Dupanloup et al., 2002)

Initialement, le meilleur nombre de groupes est K=2 (FCT=72.32 %; P value = 0.039): Sud ouest Nigeria vs. le reste Forte différenciation!!

Sans Nigeria: Le meilleur nombre de groupes est K=2 (FCT=40.57 %; P value = 0.029): Edéa (Sanaga sud) vs. le reste.

Histoire démographique: DnaSP V5.1 (Librado and Rozas, 2009)

Expansion au sud de la rivière Sanaga, au nord du Congo (basin fluvial de la Sangha), et au sud de la Guinée Équatoriale.

3. Résultats des analyses mitochondriales: 650 pb de la région de contrôle (Ntie et al., 2010a)

Model # of groups FCT P-value Refuge forestier de montagne du Nigeria et Cameroun 2 34.45 0.082

Refuge forestier de montagne de Monte Mitra/Monte Alén 2 -8.66 0.463

Refuge forestier de montagne des Monts de cristal 2 -11.87 0.708

Refuge forestier de montagne du Massif du Chaillu 2 -9.61 0.498

Refuge forestier de plaine de Campo 2 -11.86 0.746

Refuge forestier fluvial de la Sangha 2 -0.92 0.354

Refuge forestier fluvial de la Sanaga 2 19.26 0.007

Refuge forestier fluvial de l’Ogooué 2 -0.51 0.411

Les 8 refuges forestiers 8 11 0.056

Ogooué nord 2 -3.1 0.715

Ogooué sud 2 -4.67 0.836

Sanaga sud 2 9.29 0.041

Barrière fluviale de l’Ogooué River 2 -4.56 0.946

Barrière fluviale de la Sanaga 2 -23.44 1

Barrières fluviales de la Sanaga et de l’Ogooué 3 12.64 0.019

AMOVA: ARLEQUIN 3.5.1.3 (Excoffier et al., 2005)

3. Résultats des analyses nucléaires: 11 microsatellites polymorphiques (Ntie et al., 2010b)

GENELAND 4.0.0 (Guillot et al., 2005)

Les populations du bassin de la Sangha (sud de la RCA et nord du Congo) sont génétiquement distinctes.

3. Résultats: Phylogénie de 658 pb de COI avec les échantillons du sud ouest du Nigeria

Les échantillons collectés au sud ouest du Nigeria forment un même clade avec la nouvelle espèce P. walteri (Colyn et al., 2010)

Racine

P. monticola

P. walteri

P. maxwelli

callipygus F18 callipygus F32 callipygus OK27 callipygus 2153

0.959

callipygus N22138 callipygus 0367

0.990

1.000

monticola KB15149 monticola 0395 monticola F18 monticola DKME01 monticola 2148 monticola 0946 monticola 0416 monticola F22 monticola 5801 monticola 2265 monticola 0409 monticola 0394 monticola 0941 monticola 0832 monticola 0396 monticola 0918 monticola 2222 monticola 0363 monticola 0397 monticola 0002 monticola 5802

0.854

0.664

0.907

monticola GA308 monticola DIV009 monticola ZFMK63642 monticola ZFMK63646

0.763

1.000

0.926

Nig08 C.mo Nig11 C.mo Nig13 C.mo Nig23 C.mo Nig17 C.mo Nig21 C.mo Nig64 C.mo Nig65 C.mo walteri BE118 walteri BE52 walteri BE119

0.993

Nig14 C.mo Nig46 C.mo Nig47 C.mo Nig49 C.mo Nig52 C.mo

0.906

0.521

1.000

maxwellii OR587013 maxwellii OR837 maxwellii NZO19082 maxwellii DV250

1.000

0.987

3. Results and conclusion

Ogooué Congo

Sanaga

Highlands of Nigeria

Ngotto NP

Sangha

Approximate location of putative Pleistocene refugia(after Anthony et al., 2007; Tchouto et al., 2009; Maley, 1996; Muloko-Ntoutoume et al., 2000).

Major rivers

Nigeria Cameroon

Gabon

Rep. of Congo

CAR

DRC

Eq. Guinea

1 - The mitochondrial dataset identifies the highlands of Nigeria and Cameroon as genetically distinct from the rest (C. callipygus and P. monticola).

2 - Signatures of population expansion: Sangha basin, Equatorial Guinea, and the Sanaga river basin.

3 - Results of the nuclear dataset are consistent with demographic expansion throughout central Africa.

4 - No riverine effect of the Sanaga and Ogooué rivers.

5 - Les données mitochondriales montrent que la région du sud ouest du Nigeria et Cameroun est génétiquement distincte (P. monticola et C. callipygus).

?

Anthony’s lab (New Orleans, LA): Dr. N. Anthony , Anne Davis, Dr. R. Clostio, Richard Rouyer, Dr. I. Soto-Calderon, Whitney Lea Nolan, and Kimberly Leblanc.

Gabon and Africa: Dr. J. Wickings, Dr. P. Telfer, Dr. P. Mickala, Dr. F. Maisels, Dr. O. Hymas, Dr. B. van Vuuren, Dr. H. Vanthomme, Steven Touladjan, CIRMF, USTM, CENAREST, ANPN, WCS.

Europe: Dr. M. Colyn and Dr. E. Verheyen

USA: Dr. O. Ryder and Dr. S. Lahm

Acknowledgements

Graduate Enhancement Research Award, Dept of Biological Sciences, UNO

French cooperation in Central Africa (FSP Titre VI Projet 2002 0046 00)

NSF DEB 0516425

QUESTIONS?

http://www.guyscharf.com