Genome size evolution and phenotypic correlates in the poison frog family Dendrobatidae

Abstract

AbstractAdaptive and neutral processes have produced a spectrum of genome sizes across organisms. Amphibians in particular possess a wide range in C-values, from <1 pg to over 125 pg. However, the genome size of most amphibians is unknown, and no single family has been comprehensively assessed. We provide new estimates for 32 poison frog species representing the major lineages within Dendrobatidae using Feulgen staining of museum specimens and flow cytometry of fresh tissue. We show that genome size in Dendrobatidae likely evolves under an Ornstein–Uhlenbeck process, potentially with evolutionary rate shifts in the generaPhyllobatesandHyloxalus, which respectively possess species with the largest (13.0 pg) and second smallest (2.6 pg) genomes in the family. Phylogenetically controlled analyses indicate that genome size is positively correlated with snout-vent-length, oocyte number, and clutch size, but negatively correlated with active metabolic rate and metabolic scope. While body size and metabolic rate are also correlates of toxicity, we found no relationship between genome size and the evolution of chemical defense within Dendrobatidae. Our assessment of genome size in Dendrobatidae provides insight into the processes shaping genome size evolution over short timescales and a dataset that will facilitate investigations of the mechanistic links between genome size and organismal physiology.ResumenLos procesos adaptativos y neutrales han producido un espectro de tamaños de genoma en los organismos. Los anfibios en particular poseen una amplia gama de valores C, desde <1 pg hasta más de 125 pg. Sin embargo, se desconoce el tamaño del genoma de la mayoría de los anfibios y no se ha evaluado exhaustivamente ninguna familia. Proporcionamos nuevas estimaciones para 32 especies de ranas venenosas que representan los principales linajes dentro de Dendrobatidae utilizando la tinción de Feulgen con especímenes de museo y citometría de flujo con tejido fresco. Mostramos que el tamaño del genoma en Dendrobatidae probablemente evolucione bajo un proceso de Ornstein-Uhlenbeck, potencialmente con cambios en la tasa evolutiva en los génerosPhyllobateseHyloxalus, que respectivamente poseen especies con el genoma más grande (13,0 pg) y el segundo más pequeño (2,6 pg) de la familia. Los análisis filogenéticamente controlados indican que el tamaño del genoma se correlaciona positivamente con la longitud hocico-cloaca, el número de ovocitos y el tamaño de la nidada, pero se correlaciona negativamente con la tasa metabólica activa y el alcance metabólico. Aunque el tamaño corporal y la tasa metabólica se correlacionan con la toxicidad, no encontramos relación entre el tamaño del genoma y la evolución de la defensa química dentro de Dendrobatidae. Nuestra evaluación del tamaño del genoma en Dendrobatidae proporciona información sobre los procesos que dirigen la evolución del tamaño del genoma en escalas de tiempo cortas y un conjunto de datos que facilitará las investigaciones de los vínculos mecánicos entre el tamaño del genoma y la fisiología del organismo.