Chromosomal and allelic variation in Drosophila americana: selective maintenance of a chromosomal cline

Bryant F. McAllister

Abstract: Geographically structured genetic variation, as represented by clines and hybrid zones, offers unique opportunities to study adaptation and speciation in natural populations. A hybrid zone has been reported between Drosophila americana americana and Drosophila americana texana, two taxa that are distinguished solely by the arrangement of their X and 4th chromosomes. In this study, samples of D. americana were collected along a latitudinal transect across the inferred hybrid zone, and the frequency of the alternative chromosomal arrangements is reported. These data illustrate that the alternative chromosomal arrangements are distributed along a shallow cline over a broad geographic region, and that the frequency of the arrangements is tightly correlated with latitude. Allelic variants at 13 RFLP loci in three genes on chromosome 4 exhibit no evidence of association with the cline. Presence of a cline for the chromosomal arrangements, as well as a general absence of geographic structure for variation at these genes, is interpreted as evidence that natural selection is responsible for the maintenance of this chromosomal cline. Furthermore, these results demonstrate that taxonomic subdivision of D. americana is unwarranted, because it exists as a cohesive species that is segregating a chromosomal fusion.

Key words: chromosomal evolution, Robertsonian fusion, hybrid zone, cline, geographic variation, natural selection.

Résumé : La variation génétique présentant une structuration géographique, tel qu'illustrée par les gradients et les zones à hybrides, offre des opportunités uniques pour étudier l'adaptation et la spéciation chez des populations naturelles. Une zone à hybrides a été rapportée entre le Drosophila americana americana et le Drosophila americana texana : les deux taxons se distinguent seulement au niveau de l'arrangement de leurs chromosomes X et 4. Dans cette étude, des individus du D. americana ont été collectés tout au long d'une droite traversant la zone à hybrides présumée du Nord au Sud, et la fréquence des arrangements chromosomiques est rapportée. Ces données illustrent que les arrangements chromosomiques alternatifs sont distribués en gradient qui s'étend sur une grande région géographique et que la fréquence des arrangements est fortement corrélée avec la latitude. Des variants alléliques à 13 locus RFLP situés dans trois gènes du chromosome 4 ne montrent aucune différence d'association avec le gradient. La présence d'un gradient pour les arrangements chromosomiques et l'absence générale de structuration géographique de la variation chez ces gènes suggère que la sélection naturelle est responsable du maintien de ce gradient chromosomique. De plus, ces résultats montrent que la subdivision taxonomique du D. americana n'est pas fondée puisqu'il existe à l'état d'une espèce en ségrégation pour une fusion chromosomique.

Mots clés : évolution chromosomique, fusion Robertsonienne, zone à hybrides, gradient, variation géographique, sélection naturelle.

[Traduit par la Rédaction]