The importance of DNA barcode choice in biogeographic analyses--a case study on marine midges of the genus Clunio

Introduction DNA barcoding is a powerful and cost-effective tool for species identification (Adamowicz et al. 2019; Candek and Kuntner 2015; Hebert et al. 2003). The formally accepted DNA barcode for [...]
DNA barcodes are widely used for species identification and biogeographic studies. Here, we compare the use of full mitochondrial genomes versus DNA barcodes and other mitochondrial DNA fragments for biogeographic and ecological analyses. Our dataset comprised 120 mitochondrial genomes from the genus Clunio (Diptera: Chironomidae), comprising five populations from two closely related species (Clunio marinus and Clunio balticus) and three ecotypes. We extracted cytochrome oxidase c subunit I (COI) barcodes and partitioned the mitochondrial genomes into non-overlapping windows of 750 or 1500 bp. Haplotype networks and diversity indices were compared for these windows and full mitochondrial genomes (15.4 kb). Full mitochondrial genomes indicate complete geographic isolation between populations, but do not allow for conclusions on the separation of ecotypes or species. COI barcodes have comparatively few polymorphisms, ideal for species identification, but do not resolve geographic isolation. Many of the similarly sized 750 bp windows have higher nucleotide and haplotype diversity than COI barcodes, but still do not resolve biogeography. Only when increasing the window size to 1500 bp, two windows resolve biogeography reasonably well. Our results suggest that the design and use of DNA barcodes in biogeographic studies must be carefully evaluated for each investigated species. Keywords: DNA barcoding, mitochondrial genome, cytochrome oxidase I, haplotype network, diversity, ecotype. Les codes a barres de l'ADN sont largement employes pour identifier des especes et mener des etudes biogeographiques. Dans ce travail, les auteurs comparent l'utilisation de genomes mitochondriaux complets contre les codes a barres et autres sequences d'ADN mitochondrial pour des analyses ecologiques et biogeographiques. Le jeu de donnees comprend 120 genomes mitochondriaux chez le genre Clunio (Diptera: Chironomidae), incluant cinq populations de deux especes proches (Clunio marinus et Clunio balticus) ainsi que trois ecotypes. Les auteurs ont extrait les sequences de la sous-unite I de la cytochrome c oxydase et divise les genomes mitochondriaux en fenetres non-chevauchantes de 750 ou 1500 pb. Les reseaux d'haplotypes et les indices de diversite ont ete compares pour ces fenetres ainsi que pour les genomes complets (15,4 kb). Les genomes complets revelent un isolement geographique complet entre les populations, mais ne permettent pas de conclure a la separation des ecotypes ou des especes. Les codes a barres COI, en comparaison, presentent peu de polymorphismes, une situation ideale pour l'identification des especes, mais ne permettent pas de deceler l'isolement geographique. Plusieurs des fenetres de taille semblable (750 pb) affichaient une diversite nucleotidique et haplotypique superieures a celles du code a barre COI, mais ne permettaient toujours pas de resoudre la biogeographie. C'est seulement en augmentant la taille des fenetres a 1500 pb que deux des fenetres ont pu resoudre la biogeographie de maniere raisonnable. Ces resultats suggerent que la conception et l'utilisation des codes a barres dans le contexte d'etudes biogeographiques doivent etre evalues attentivement pour chaque espece etudiee. [Traduit par la Redaction] Mots-cles: codage a barres de l'ADN, genome mitochondrial, cytochrome oxydase I, reseau d'haplotypes, diversite, ecotype.