Swordfish, Xiphias gladius (Linnaeus, 1758) genetic variability assessment within the Mediterranean Sea

Description of the genetic variability and population genetic patterns is a prerequisite for the effective management of fish species. In this thesis, the population structure of swordfish within the Mediterranean Sea was studied and described. Further, temporal changes in the genetic variability of the Mediterranean was investigated comparing genetic samples collected over twenty years. Genetic structure of the swordfish Xiphias gladius, within the Mediterranean Sea and between NW-Atlantic and Mediterranean populations have been investigated using both a panel of 18 microsatellite loci and >18,700 SNPs, obtained by RADseq. The first result shows that both marker types were equally able to identify inter-oceanic genetic differentiation among NW-Atlantic and Mediterranean stocks, increasing the ability to assign individuals to their population of origin compared to previous multi-locus works. Secondly, differently from previous studies, microsatellite multivariate analysis suggests the presence of three mixed genetic groups within the Mediterranean Sea. Despite the low differentiation, genetic heterogeneity within the Mediterranean Sea was detected. The results provide useful information on the stock structure of the swordfish rejecting the hypothesis of a single Mediterranean population. The discontinuity between Mediterranean spawning areas and philopatry instinct of swordfish towards these areas may have generated a weak degree of genetic differentiation between populations even at the intra-basin scale. The second part of this thesis aimed to determine the temporal stability of genetic variability in the threatened and overexploited Mediterranean swordfish population. The most powerful way to detect loss of genetic variation in exploited populations is the examination of genetic samples collected over time. An available mitochondrial sequences dataset of Mediterranean swordfish sampled in the 1990s and early 2000s has been compared with homologous mtDNA data obtained from current samples to investigate temporal genetic variation in Mediterranean swordfish population over near twenty years. Temporal investigation results revealed that Mediterranean swordfish has undergone genetic depletion during the last twenty years. Mitochondrial genetic changes observed in this study suggest that changes in the type of fishing gears, that reaching deeper depth, may have increased the impact of harvesting on adults, especially in female, affecting the spawning stock of Mediterranean swordfish,. The results from this thesis underlined the urgent necessity to re-evaluate the management strategies of the swordfish in the Mediterranean Sea.

La valutazione della variabilità e della struttura genetica delle popolazioni è un prerequisito essenziale per una gestione efficace delle specie ittiche. In questa tesi è stata studiata e descritta la struttura genetica del pesce spada (Xiphias gladius) nel Mar Mediterraneo. Inoltre, sono stati studiati cambiamenti temporali nella variabilità genetica del Mediterraneo confrontando campioni genetici raccolti nell'arco di vent'anni. Le strutture genetiche del pesce spada all'interno del Mar Mediterraneo e tra le popolazioni del NW-Atlantico e del Mediterraneo sono state indagate utilizzando sia 18 loci microsatelliti sia un dataset composto da più di 18.700 SNP identificati tramite la tecnica di sequenziamento RADseq. Il primo risultato mostra che entrambi i tipi di marcatori sono stati ugualmente in grado di identificare la differenziazione genetica inter-oceanica tra gli stock NW-Atlantico e Mediterraneo, incrementando la precisione nell'assegnare gli individui alle loro popolazioni originarie rispetto ai precedenti studi. In secondo luogo, a differenza degli studi precedenti, nonostante i bassi livelli di differenziazione osservati, l'analisi multivariata dei microsatelliti suggerisce un'eterogeneità genetica nel Mar Mediterraneo per la presenza di tre gruppi genetici. I risultati forniscono informazioni utili sulla struttura dello stock del pesce spada respingendo l'ipotesi di una singola popolazione mediterranea. La discontinuità tra le zone di riproduzione interne al Mediterraneo e l'istinto filopatrico del pesce spada verso queste zone potrebbe aver generato una differenziazione genetica tra le popolazioni anche su piccola scala all'interno del bacino del Mediterraneo. La seconda parte di questa tesi mira a determinare la stabilità temporale della variabilità genetica nella popolazione di pesce spada nel Mar Mediterraneo, considerata minacciata dall'eccessivo sforzo di pesca. Il modo più efficace per rilevare la perdita di variabilità genetica consiste nel confrontare campioni genetici raccolti nel tempo. A tale scopo, un dataset di sequenze mitocondriali di pesce spada mediterraneo campionati negli anni 90 e nei primi anni 2000 è stato confrontato con dati mtDNA omologhi ottenuti da campioni attuali per indagare la variazione genetica nella popolazione del pesce spada mediterraneo nell'arco di vent'anni. I risultati dell’indagine hanno rivelato che il pesce spada del Mediterraneo ha subito un impoverimento genetico negli ultimi vent'anni. Una perdita di variabilità mitocondriale in un così breve tempo potrebbe essere legata allo sforzo di pesca, in particolare dovuta al cambiamento nel tipo di attrezzi da pesca che, permettono la cattura più in profondità, potrebbero aver aumentato l'impatto della pesca sugli adulti, in particolare le femmine, riducendo lo stock riproduttivo del pesce spada mediterraneo. I risultati di questa tesi sottolineano l'urgente necessità di rivalutare le strategie di gestione del pesce spada nel Mar Mediterraneo.