Spatial Genetic Structure of Long-tailed Ducks (Clangula hyemalis) among Alaskan, Canadian, and Russian Breeding Populations + Supplementary Appendix Tables S1 and S2 (See Article Tools)

• Published in: ARCTIC
• Main Authors: Wilson, Robert E., Gust, Judy R., Petersen, Margaret R., Talbot, Sandra L.
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: The Arctic Institute of North America 2016
• Subjects: Clangula hyemalis; Long-tailed Duck; philopatry; population genetic structure; harelde kakawi; philopatrie; structure génétique de la population; Arctic; Canada; Pacific; Yukon; Arctique*; Kuskokwim; Alaska; Siberia
• Online Access: https://journalhosting.ucalgary.ca/index.php/arctic/article/view/67589

Arctic ecosystems are changing at an unprecedented rate. How Arctic species are able to respond to such environmental change is partially dependent on the connections between local and broadly distributed populations. For species like the Long-tailed Duck (Clangula hyemalis), we have limited telemetry and band-recovery information from which to infer population structure and migratory connectivity; however, genetic analyses can offer additional insights. To examine population structure in the Long-tailed Duck, we characterized variation at mtDNA control region and microsatellite loci among four breeding areas in Alaska, Canada, and Russia. We observed significant differences in the variance of mtDNA haplotype frequencies between the Yukon-Kuskokwim Delta (YKD) and the three Arctic locations (Arctic Coastal Plain in Alaska, eastern Siberia, and central Canadian Arctic). However, like most sea duck genetic assessments, our study found no evidence of population structure based on autosomal microsatellite loci. Long-tailed Ducks use multiple wintering areas where pair formation occurs with some populations using both the Pacific and Atlantic Oceans. This situation provides a greater opportunity for admixture across breeding locales, which would likely homogenize the nuclear genome even in the presence of female philopatry. The observed mtDNA differentiation was largely due to the presence of two divergent clades: (A) a clade showing signs of admixture among all breeding locales and (B) a clade primarily composed of YKD samples. We hypothesize that the pattern of mtDNA differentiation reflects some degree of philopatry to the YKD and isolation of two refugial populations with subsequent expansion and admixture. We recommend additional genetic assessments throughout the circumpolar range of Long-tailed Ducks to further quantify aspects of genetic diversity and migratory connectivity in this species. Les écosystèmes de l’Arctique connaissent des changements sans précédent. La façon dont les espèces de l’Arctique réussissent à réagir aux changements environnementaux dépend, en partie, des liens entre les populations locales et les populations largement réparties. Dans le cas d’une espèce comme le harelde kakawi (Clangula hyemalis), nous disposons de peu de données de télémesure et de données prélevées au moyen des bagues pour déduire la structure de la population et la connectivité des déplacements migratoires. Les analyses génétiques peuvent toutefois offrir des connaissances supplémentaires. Afin d’examiner la structure de la population de hareldes kakawis, nous avons caractérisé la variation de la région de contrôle de l’ADNmt et des locus microsatellitaires de quatre aires de reproduction de l’Alaska, du Canada et de la Russie. Nous avons observé d’importantes différences en ce qui a trait à l’écart des fréquences de l’haplotype de l’ADNmt entre le delta Yukon-Kuskokwim (DYK) et les trois emplacements de l’Arctique (plaine côtière de l’Arctique en Alaska, Sibérie de l’Est et Arctique canadien central). Cependant, comme dans le cas de la plupart des évaluations génétiques des canards de mer, notre étude n’a trouvé aucune preuve de la structure de la population basée sur les locus microsatellitaires autosomiques. Le harelde kakawi se sert de diverses aires d’hivernage pour la formation de couples, et certaines populations favorisent tant l’océan Pacifique que l’océan Atlantique. Cette situation fournit de plus grandes possibilités de mélanges dans les lieux de reproduction, ce qui aurait vraisemblablement pour effet d’homogénéiser le génome nucléaire même en présence de la philopatrie chez les femelles. La différenciation observée de l’ADNmt était grandement attribuable à la présence de deux clades divergents : (A) un clade affichant des signes de mélange parmi tous les lieux de reproduction et (B) un clade principalement composé d’échantillons du DYK. Nous formulons l’hypothèse que le modèle de la différenciation de l’ADNmt reflète un certain degré de philopatrie dans le cas du DYK et l’isolement de deux populations réfugiales avec expansion et mélange subséquents. Nous recommandons la réalisation d’évaluations génétiques supplémentaires à l’échelle du domaine circumpolaire des hareldes kakawis afin d’être mieux en mesure de quantifier les aspects de la diversité génétique et de la connectivité des déplacements migratoires de cette espèce.