Molecular phylogeny and biogeography of the wall-lizards Podarcis (Sauria: Lacertidae) in Greek area

The complex geological history of the Balkan Peninsula and especially of the Hellenic area (multiple geological events of land connections) during the late Tertiary have likely contributed to the diversification and distribution of many terrestrial animals. Located at the margin of the Eurasian and African plates, this area has experienced tremendous geological alterations since the late Tertiary. Connections offered the opportunities for biological dispersal, while submergence of land bridges brought about distributive isolation among related taxa. If this was a major element influencing the formation of the rich fauna of the Hellenic area, then the phylogenetic relationships of terrestrial taxa should reflect these paleogeographic events. Compared with what is known for the geological history of this region, the impact of those geological events on the historical biogeography of terrestrial animals is less well understood. The reconstruction of phylogenies is of primary importance in the understating of the dynamic patterns of evolution, i.e. the biogeography of a group and the bases of its biological diversity at any level. Although the phylogeny of the genus Podarcis has been the subject of much discussion the relationships among the species are still unclear. Because morphology is so uniform, it provides few characters for phylogenetic analysis, and these tend to be conflicting. Various karyological, immunological and protein electrophoretic studies have been made, but these usually involve only a minority of species, and results from different species combinations are equivocal. Wall lizards of the genus Podarcis (Sauria, Lacertidae) comprises 17-18 currently recognized species in southern Europe, where they are the predominant reptile group. The taxonomy of Podarcis is complex and unstable. Based on DNA sequence data the species of Podarcis falls into four main groups that have substantial geographic coherence (Western Island group, South western group, Italian group and Balkan group). The Balkan species are divided in two subgroups: the subgroup of P. taurica (P. taurica, P. milensis, P. gaigeae and perhaps P. melisellensis), and the subgroup of P. erhardii (P. erhardii and P. peloponnesiaca). We addressed the question of phylogenetic relations among the species of Podarcis encountered in Balkan Peninsula, as they can be inferred from partial mtDNA (cyt b and 16S) and nuclear (c-mos) sequences. Our data support the monophyly of Podarcis and suggest that there are three phylogenetic clades: the clade of P. taurica (P. taurica, P. gaigeae, P. milensis, and P. melisellensis); the clade of P. erhardii (P. erhardii and P. peloponnesiaca) and the clade of P. muralis (P. muralis and P. sicula). The phylogenetic affiliations produced from the molecular data do not agree with the species and especially subspecies groupings predicted from the morphological classification of the populations sampled. By examining intraspecific variability we have found that extant populations of P. erhardii are paraphyletic. The high level of genetic differentiation observed in the mtDNA data between the P. erhardii populations from the Crete and Pori islands and the rest of P. erhardii samples from Cyclades and continental Greece and its phylogenetic position raises questions regarding the inclusion of those populations (Crete and Pori) within P. erhardii. Since, based on morphology, P. peloponnesiaca is a well defined species found in sympatry with P. e. livadhiaca and accepted today as such, then Podarcis from Crete and Pori would also need to be raised to specific rank to avoid the paraphyly of P. erhardii. However, although the differentiation of populations from Crete and Pori islands is clear, we suggest the use of PhyloCode in order to avoid taxonomic confusion at least until further research mainly on morphology becomes available. Thus, for the time being, we refer to wall lizards of Crete and Pori P. erhardii*. With regard to morphological subspecies of P. taurica, P. gaigeae and P. erhardii, it is clear that they do not represent monophyletic units and should be re-evaluated in the light of new evidence. The topology of the phylogenetic trees produced and the genetic distances among the clades of the Podarcis may describe a biogeographic hypothesis for these species in the Balkan area. The pattern of the distribution of the proposed taxa is congruent with existing paleogeographic evidence, as inferred by the application of a molecular clock, which supports the view that DNA sequences may be a useful tool for the study of paleogeography. The data analyzed, stress the need for a reconsideration of the evolutionary history of Balkan Podarcis species and help overcome difficulties that classical taxonomy has encountered at both the species and subspecies level. As a whole, the examination of mtDNA lineages in the lizards of genus Podarcis may contribute substantially to the refining of its taxonomic status. Phylogenetic information can now be added to the knowledge of their morphology and distribution, producing a more accurate taxonomy for this group. Our results also confirm that the molecular information in conjunction with geological data can be used to resolve questions about the paleogeography of a region or on the phylogeography of a species.Η πολύπλοκη γεωλογική ιστορία της Βαλκανικής χερσονήσου και ιδιαίτερα της περιοχής της Ελλάδας κατά τη διάρκεια του Τριτογενούς έχει συμβάλλει σημαντικά στην διαφοροποίηση και την κατανομή πολλών χερσαίων οργανισμών. Τοποθετημένη στα όρια της Ευρασιατικής και Αφρικανικ.ής τεκτονικής πλάκας, η περιοχή αυτή έχει υποστεί τεράστιες γεωλογικές αλλαγές από το τέλος του Τριτογενούς έως σήμερα. Εν συγκρίσει με την γνώση της γεωλογικής ιστορίας της περιοχής αυτής, η επίδραση των γεωλογικών συμβάντων στην ιστορική βιογεωγραφία των χερσαίων οργανισμών είναι ελάχιστα κατανοητή και γνωστή. Η ανασύσταση των φυλογενέσεων είναι πρωτεύουσας σημασίας για την κατανόηση των προτύπων της εξέλιξης, π.χ. της βιογεωγραφίας μιας ομάδας και της ποικιλότητας της σε οποιοδήποτε επίπεδο. Αν και η φυλογένεση του γένους Podarcis έχει αποτελέσει το αντικείμενο εκτενούς συζήτησης, οι σχέσεις μεταξύ των ειδών αυτού παραμένουν ακόμα και σήμερα ασαφείς. Εξαιτίας του ότι μορφολογικά τα είδη είναι πολύ όμοια, οι μορφολογικοί χαρακτήρες που υπάρχουν για φυλογενετικές αναλύσεις είναι ελάχιστοι και συχνά αντικρουόμενοι. Διάφορες καρυολογικές, ανοσολογικές και πρωτεϊνικές μελέτες που έχουν γίνει, περιλαμβάνουν την μειονότητα των ειδών του γένους και τα αποτελέσματα από τους συνδυασμούς αυτούς των ειδών είναι διφορούμενα. Οι σαύρες του γένους Podarcis (Sauria, Lacertidae) περιλαμβάνουν 17 με 18 είδη στο χώρο της νότιας Ευρώπης, γεγονός που τις καθιστά ως την επικρατέστερη ομάδα ερπετών στην περιοχή αυτή. Σε γενικές γραμμές η ταξινομική του γένους είναι πολύπλοκη, ασταθής και συνεχώς αναθεωρείται. Δεδομένα μιτοχονδριακών αλληλουχιών (12S rRNA και cyt b) υποδεικνύουν ότι τα είδη του γένους Podarcis διακρίνονται σε 4 ομάδες με σαφή γεωγραφικά όρια: 1) η ομάδα των δυτικών νησιών της Μεσογείου, 2) η νοτιοδυτική ομάδα (Ιβηρική ομάδα), 3) η Ιταλική ομάδα και 4) η Βαλκανική ομάδα, η οποία υποδιαιρείται σε δύο υποομάδες, την ομάδα του P. Taurica (P. taurica, P. milensis, P. gaigeae and perhaps P. melisellensis), και την υποομάδα του P. erhardii (P. erhardii and P. peloponnesiaca). Στόχος της παρούσας διατριβής ήταν η αναζήτηση των φυλογενετικών σχέσεων μεταξύ των ειδών της Βαλκανικής χερσονήσου με τη χρήση μοριακών δεικτών (2 μιτοχονδριακά. γονίδια 16S rRNA και cyt b και 1 πυρηνικό, c-mos). Τα δεδομένα αυτά υποστηρίζουν την μονοφυλετικότητα των Podarcis στο χώρο των Βαλκανίων και εισηγούνται την παρουσία 3 φυλογενετικών κλάδων: ο κλάδος του P. taurica (P. taurica, P. gaigeae, P. milensis, and P. melisellensis), ο κλάδος του P. erhardii (P. erhardii and P. peloponnesiaca) και ο κλάδος του P. muralis (P. muralis and P. sicula). Ωστόσο, οι φυλογενετικές συγγένειες που προέκυψαν από το σύνολο των μοριακών δεδομένων δεν συμφωνούν με την υπάρχουσα συστηματική κατάσταση των ειδών και των υποειδών Podarcis που απαντούν στο χώρο των Βαλκανίων. Εξετάζοντας την ενδοειδική ποικιλότητα διαπιστώθηκε ότι το P. erhardii είναι παραφυλετική σε σχέση με το P. peloponnesiaca. Το υψηλό επίπεδο γενετικής ποικιλότητας που παρατηρήθηκε στις μιτοχονδριακές αλληλουχίες μεταξύ των πληθυσμών του P. erhardii της Κρήτης και της νησίδας Πορί, που βρίσκεται στο χώρο μεταξύ της Κρήτης και της Πελοποννήσου και των πληθυσμών του P. erhardii των Κυκλάδων και της ηπειρωτικής Ελλάδας, σε συνδυασμό με τη θέση τους στο φυλογενετικό δέντρο αναδεικνύουν προβλήματα και ερωτηματικά σχετικά με την ταξινομική των πληθυσμών της Κρήτης και του Ποριού. Δεδομένου ότι, βάσει μορφολογίας, το P. peloponnesiaca είναι ένα «καλά» καθορισμένο είδος, που βρίσκεται συμπάτριο με το P. erhardii στην Πελοπόννησο, οι πληθυσμοί των Podarcis της Κρήτης και του Ποριού πρέπει να αναχθούν σε επίπεδο είδους, ώστε να λυθεί το πρόβλημα της παραφυλετικότητας. Ωστόσο, αν και η διαφοροποίηση των πληθυσμών της Κρήτης και του Ποριού είναι ξεκάθαρη, εισηγούμαστε τη χρήση του Φυλοκώδικα, έτσι ώστε να αποφευχθεί οποιοδήποτε ταξινομική σύγχυση στην ομάδα των Podarcis, τουλάχιστον μέχρι να πραγματοποιηθεί εκτενής έρευνα σε επίπεδο μορφολογίας που θα αποκαλύψει την τυχόν «κρυμμένη» μορφολογία των πληθυσμών αυτών. Συνεπώς, για την ώρα θα αναφερόμαστε στις σαύρες της Κρήτης και του Ποριού ως P. erhardii*. Όσον αφορά τα μορφολογικά υποείδη των P. taurica, P. gaigeae και P. erhardii είναι και εδώ ξεκάθαρο ότι δεν αντιπροσωπεύουν μονοφυλετικές ομάδες και θα πρέπει να αναθεωρηθούν υπό το φως των νέων αυτών ενδείξεων. Η τοπολογία των φυλογενετικών δέντρων και οι γενετικές αποστάσεις μεταξύ των κύριων φυλογενετικών κλάδων είναι σε θέση να υποδείξουν ένα πιθανό βιογεωγραφικό σενάριο για τις σαύρες του Podarcis στο χώρο των Βαλκανίων. Το πρότυπο των κατανομών των ειδών είναι σε συμφωνία με τις υπάρχουσες παλαιογεωγραφικές ενδείξεις, όπως προκύπτει από την εφαρμογή ενός τοπικού μοριακού ρολογιού. Το γεγονός αυτό επιβεβαιώνει την άποψη ότι οι αλληλουχίες του DNA μπορεί να φανούν πολύτιμα εργαλεία στη μελέτη της παλαιογεωγραφίας μιας περιοχής. Συμπερασματικά, είναι φανερό ότι τα δεδομένα που προέκυψαν από την ανάλυση των αλληλουχιών των Podarcis στο χώρο των Βαλκανίων υποδεικνύουν σαφέστατα την ανάγκη αναθεώρησης της εξελικτικής ιστορίας των Podarcis και βοηθούν στην αντιμετώπιση δυσκολιών που έχει η κλασσική ταξινομική σε επίπεδο είδους και υποείδους