Connectivity of populations of the seaweed <i>Cystoseira amentacea</i> within the Bay of Marseille (Mediterranean Sea): genetic structure and hydrodynamic connections

Cystoseira amentacea (Phaeophyceae, Stramenopiles) se développe en ceintures au niveau de la mer le long du littoral rocheux méditerranéen. Une modélisation hydrodynamique a été utilisée pour étudier la connectivité génétique et hydrodynamique entre des populations de C. amentacea de la Baie de Marseille (Provence, France,Méditerranée nord-occidentale). 183 individus de six sites ont été génotypés avec six locus microsatellites. Les champs de courants, modélisés à grande échelle par un modèle numérique 3D, ont été forcés par l’influence des vents locaux, du Rhône et de la circulation du large. Les trajectoires lagrangiennes des propagules (zygotes ou radeaux) ont été modélisées avec le logiciel ICHTYOP sous les deux régimes de vents dominants dans la baie ; un vent de Sud-Est et un vent de Nord-Ouest (11-12 m⋅s–1). Les populations de Cystoseira amentacea sont significativement et fortement structurées et ne sont pas corrélés avec les distances géographiques ; il n’y a donc pas d’isolation par la distance (IBD). Les couples de populations ayant les FST les plus faibles sont celles connectés les courants. Le temps mis par des propagules pour voyager entre certains sites de la baie varie entre 4 et 18 h (ce qui correspond au temps de survie d’un zygote), avec une distance maximale de 23 km. En dépit de la faible capacité supposée de dispersion des zygotes, des dispersions lointaines apparaissent probables. Plusieurs hypothèses non-exclusives peuvent expliquer la structure génétique des populations de C. amentacea, telles que la dispersion de proche en proche, la dispersion lointaine de zygotes ou de radeaux par les courants pendant des coups de vents et le “priority effect” (i.e. la priorité au premier arrivant).The brown alga Cystoseira amentacea (Phaeophyceae, kingdom Stramenopiles) constitutes an extensive belt in the shallowest horizon of the infralittoral (the infralittoral fringe), in the Mediterranean Sea. Hydrodynamic modelling was used to infer connectivity between populations of C. amentacea of the Bay of Marseille (Provence, France, NW Mediterranean) and to test the correlation between genetic and hydrodynamic connectivity. We genotyped 183 individuals from six populations at six microsatellite loci. Current fields were computed at a fine resolution by a 3D numerical model simultaneously utilizing the local winds, the Rhone River inputs and offshore circulation. The Lagrangian trajectories of the propagules (zygotes, or rafts) were computed with the ICHTHYOP software, for both NW and SE strong wind forcing (11-12 m⋅s–1). Cystoseira amentacea displayed a strong and significant genetic structure, not correlated with the geographic distance, i.e. a lack of isolation by distance (IBD). The pairs of sites with the lowest FST were those connected by the current patterns. The time needed for a zygote or a raft to travel from one location to another ranged from 4 to 18 h (i.e. within the survival time of a zygote) and for distances of up to 23 km. Despite the very low dispersal capability of the zygotes, long-distance dispersal is therefore possible. Several non-exclusive processes can account for the genetic structure of C. amentacea populations, such as step-by-step local dispersal, long-distance dispersal of zygotes and rafts by currents, during storms, and the “priority effect”, i.e. the importance of the timing of arrival of the propagules.