Mitochondrial introgression is restricted relative to nuclear markers in a water strider (Hemiptera: Gerridae) hybrid zone

Although cytonuclear incompatibilities between species have been implicated in a variety of theoretical and experimental studies, the influence of such fitness interactions on gene introgression has been demonstrated in very few hybrid zones. We examined patterns of introgression between two species of Limnoporus Stal, 1868 water striders from 10 populations transecting a hybrid zone in Alberta and British Columbia. DNA-sequence variation in mitochondrial lo- cus COI was compared with two nuclear loci, EF1-α and ITS 1. The spatial distribution of haplotype lineages showed strong barriers to gene exchange for mtDNA. Constraints on introgression were weaker for the nuclear markers, partic- ularly ITS 1. The mtDNA from Limnoporus dissortis Drake and Harris, 1930 was associated with nuclear genes from Limnoporus notabilis Drake and Hottes, 1925 less often than expected by random mating, indicating that some cyto- plasmic and nuclear combinations are favored over others and that cytonuclear incompatibilities play a role in structur- ing this hybrid zone. Mitochondrial mobility across the hybrid zone is likely to be restrained by the unusual hybrid inviability of these species. In a reversal of the pattern expected on the basis of Haldane's rule, females are the XX sex and yet hybrid females are much more inviable than males. Differential removal of hybrid females, which carry mtDNA, can explain disproportionately low mitochondrial introgression across the hybrid zone. Resume : Bien que les incompatibilites cytonucleaires entre les especes aient ete evoquees dans une variete d'etudes theoriques et experimentales, l'influence de telles interactions de la fitness sur l'introgression des genes n'a ete de- montree que dans un petit nombre de zones hybrides. Nous avons confronte les patrons d'introgression chez deux espe- ces de patineurs Limnoporus Stal, 1868 dans 10 populations qui se repartissent en travers d'une zone hybride en Alberta et en Colombie-Britannique. Nous avons compare la variation des sequences d'ADN du locus mitochondrial COI a celle de deux locus nucleaires, EF1-α et ITS 1. La repartition spatiales des lignees d'haplotypes indique l'existence de fortes barrieres aux echanges geniques de l'ADMmt. Les restrictions a l'introgression sont plus faibles dans le cas des marqueurs nucleaires, particulierement pour ITS 1. L'ADNmt de Limnoporus dissortis Drake et Harris, 1930 est as- socie aux genes nucleaires de Limnoporus notabilis Drake et Hottes, 1925 moins frequemment qu'on pourrait s'attendre a partir d'accouplements au hasard, ce qui indique que certaines combinaisons cytoplasmiques et nucleaires sont favori- sees plus que d'autres et que les incompatibilites cytonucleaires peuvent jouer un role dans la structuration de cette zone hybride. La mobilite mitochondriale dans cette zone hybride est vraisemblablement restreinte par le fait inusite que les hybrides de ces especes ne survivent pas. Par un renversement des patrons attendus d'apres la loi de Haldane, les femelles sont le sexe XX et, malgre tout, les femelles hybrides survivent moins que les mâles. Le retrait differentiel des femelles hybrides qui portent l'ADNmt peut expliquer l'introgression mitochondriale demesurement reduite dans cette zone hybride. (Traduit par la Redaction) Abe et al. 444