Using morphology and DNA barcoding to assess species diversity within the isopod genera Jaera Leach, 1814, Janira Leach, 1814 and Idotea Fabricius, 1798 in Norway

Abstract

Foreningen av morfologiske undersøkelser og DNA strekkoding, vil for mange regnes som de mest sentrale metodene i moderne studier om biodiversitet. Sammen har disse metodene stor kapasitet til å gi ny kunnskap og innsikt i både plante og dyreriket. Denne studien foretar en vurdering av artsdiversiteten blant de tre marine slektene av Isopoda Idotea, Jaera og Janira slik de forekommer i Norge. Vurderingen er gjort gjennom en morfologisk studie og DNA strekkoding hvor det mitokondrielle genet cytochrom oxidase subenhet 1 (CO1) ble brukt. Dette ble gjort for å undersøke hvorvidt det finnes samsvar mellom de to metodene når det kommer til å identifisere arter. Den geografiske distribusjonen for alle observerte arter i de tre slektene har blitt inkludert for å kartlegge hvor i landet de ulike artene forekommer. Få studier har blitt gjort på denne ordenen siden arbeidet av Sars (1899), og for Jaera og Janira er det mangel på CO1 sekvenser. Materialet for denne studien omfatter 838 prøver samlet fra 93 lokasjoner langs hele Norskekysten. Fem arter av Idotea, tre arter av Jaera og én art av Janira ble identifisert fra det samlede materiale. Totalt 157 individer fra de tre slektene ble sekvensert hvorav 118 ble vellykkede. CO1 sekvenser for Idotea neglecta har nylig blitt produsert som en del av denne studien. Disse vellykkede sekvensene ble brukt for å kalkulere gjennomsnittlige genetiske distanser og for å produsere haplotype nettverk for hver av slektene. I tillegg ble det formulert en detaljert artsbeskrivelse av de tre Jaera artene, samt notater om morfologien til de andre artene av Idotea og Janira. Resultatene viser at arter av Idotea lar seg identifisere både gjennom CO1 strekkoder og morfologi. De genetiske distansene mellom artene er > 10% og distansen innad i hver art er < 1% både for K2P og p-distanse, og diagnostiske morfologiske karakterer er både konsistente og lett å observere for alle arter. De tre artene av Jaera tilhører artskomplekset Jaera albifrons gruppen. Disse artene viser ingen variasjon i CO1 med en inter og intraspesifikk distanse på < 1% for alle artene. Det blir også vist at alle tre artene er representert i haplotypen med høyest frekvens som også er til stede i alle norske fylker langs kysten utenom ett. Diagnostiske morfologiske karakterer for de tre artene samsvarer godt med beskrivelser gjort i den eksisterende litteraturen. Den ene arten av Janira, Janira maculosa, har gode og gjenkjennbare morfologiske karakterer. Samtidig viser arten stor intraspesifikk genetisk distanse mellom individer basert på CO1 som fordeler seg i ulike klader. Distansene mellom disse kladene varierer mellom 5-30% avhengig av substitusjonsmodell, hvilket indikerer tilstedeværelsen av kryptiske arter. Denne studien viser at vi fremdeles har mye å lære om vanlige arter funnet i tidevannssonen.

The coupling of morphology and DNA barcoding is arguably the most common method combination in modern biodiversity studies. When applied together, they can provide new knowledge on species diversity across a wide range of taxa both within the plant and animal kingdom. This study serves as an assessment of the species diversity within the three marine isopod genera Idotea, Jaera and, Janira in Norway. The assessment is done through a morphological study and DNA barcoding using the mitochondrial gene cytochrome c oxidase subunit 1 (CO1). This was done to evaluate congruency between the two methods in terms of species identification. The geographical distributions for all encountered species within the genera were included to see where in the country the different species can be found. Few studies have been made on this order since the work of Sars (1899), and CO1 sequences for Jaera and Janira species from Norwegian waters are currently lacking. The material for this study includes 838 specimens collected from 93 different locations along the entire Norwegian coastline. Five Idotea, three Jaera, and one Janira species could be identified from the studied material. A total of 157 specimens were sequenced, producing 118 successful sequences which were used to calculate mean genetic distances and produce haplotype networks for all three genera. Idotea neglecta is newly barcoded using CO1 in this study. Detailed species descriptions were made for Jaera species as well as remarks on species of Janira and Idotea. The results show that species of Idotea are readily identified through both CO1 barcodes and morphology. Mean genetic distances between species are > 10% and mean within distances are < 1% when using both K2P and p-distance, and diagnostic morphological characters are consistent and easily observed. The three species of Jaera, all belonging to the Jaera albifrons species complex, show no clear variation in the CO1 gene with both inter and intraspecific genetic distances < 1%. All species also share the highest frequency haplotype which is present in all but one of the Norwegian coastal counties. Diagnostic characters for the three species are consistent with what has been described in the existing literature. The single Janira species, Janira maculosa, possesses recognizable morphological characters while simultaneously displaying large genetic variations in CO1 forming multiple clades. Genetic distances between these clades vary between 5-30% depending on the substitution model, providing indications of cryptic species. This study shows that there is still much to learn about common species found in the intertidal zone.