The effects of isolation and colonization history on the genetic structure of marine-relict populations of Atlantic cod (Gadus morhua) in the Canadian Arctic

The genetic consequences of extended periods at low population size are fundamental to the conservation of depleted species such as the Atlantic cod (Gadus morhua). We compared microsatellite genetic variability among cod populations in Canadian Arctic lakes with that of Gilbert Bay resident and inshore cod from eastern Canada. The Arctic populations had the lowest genetic diversity and were the most strongly genetically structured and distinct. By con- trast, eastern Canadian samples expressed high allelic diversity and were not significantly genetically structured or dis- tinct relative to each other, whereas Gilbert Bay resident cod were intermediate to the Arctic and eastern Canadian groups. Our results are consistent with the hypothesis that the Arctic populations were colonized between 8000 and 5000 years ago and have experienced little or no gene flow since that time. Despite isolation at the extreme of the spe- cies' range, the Arctic populations have retained relatively high heterozygosities and high genetic effective population sizes relative to census sizes (Ne-Nc ratios). Potential explanations for this include the absence of fishing pressure, al- lowing for the persistence of large, highly fecund individuals, as well as biotic (e.g., absence of planktivores) and abiotic (e.g., low environmental stochasticity) factors in the Arctic lakes that minimize individual variance in reproduc- tive success. Resume : La connaissance des consequences genetiques de longues periodes de faible densite de population est essen- tielle pour la conservation des especes surexploitees, telles que la morue franche (Gadus morhua). Nous avons compare la variabilite genetique des microsatellites de populations de lacs de l'arctique canadien avec celles de morues habitant la baie de Gilbert et les cotes de l'Est canadien. Les populations arctiques possedent la diversite genetique la plus faible et elles sont celles qui sont les plus structurees et distinctes du point de vue genetique. En revanche, les echantil- lons de l'Est canadien montrent une forte diversite allelique, ne sont pas significativement structurees genetiquement et ne se distinguent pas l'une de l'autre; les morues vivant dans la baie de Gilbert sont intermediaires entre les groupes de l'arctique et de l'Est canadien. Nos resultats sont compatibles avec l'hypothese selon laquelle les populations arcti- ques ont ete etablies il y entre 8000 et 5000 ans et qu'elles n'ont connu que peu ou pas de flux genetique depuis cette epoque. Malgre leur isolement a l'extreme marge de la repartition de l'espece, les populations arctiques ont conserve une forte heterozygotie et des tailles de population genetique effective elevees par rapport aux tailles d'inventaire (rap- ports Ne-Nc). Les explications possibles de cette situation comprennent l'absence de pression de peche qui permet la persistance de gros individus a forte fecondite, mais aussi des facteurs biotiques (par ex., l'absence de planctonopha- ges) et abiotiques (par ex., la stochasticite environnementale faible) dans les lacs arctiques, ce qui minimise la variance individuelle du succes reproductif. (Traduit par la Redaction) Hardie et al. 1839