Population genetic structure of the endangered Butler’s Gartersnake (Thamnophis butleri): does the Short-headed Gartersnake (Thamnophis brachystoma) exist in Canada?

Abstract

Understanding population genetic structure is fundamental to conservation of endangered species. It is particularly important when working with species that are morphologically conserved because strong genetic divisions could represent cryptic species. Butler's Gartersnake (Thamnophis butleri (Cope, 1889)) is an endangered species in Canada, having a fragmented distribution and being restricted to southwestern Ontario. Furthermore, it is difficult to distinguish morphologically from a closely related species, the Short-headed Gartersnake (Thamnophis brachystoma (Cope, 1892)). We use mitochondrial DNA (mtDNA) and seven microsatellite DNA loci to evaluate the genetic structure of Canadian T. butleri populations and to test for the presence of T. brachystoma in one of these populations. All individuals had the same mtDNA haplotype, and there was no evidence of multiple, syntopic genetic clusters, thereby rejecting the hypothesis that T. butleri and T. brachystoma co-exist in Canada. Two different model-based assignment tests using microsatellite DNA data suggest that there are four to five genetically distinct clusters of T. butleri (F ST from 0.12 to 0.20). We provide the first population genetic study of T. butleri in Canada and refute the presence of T. brachystoma. Our results may provide guidance on recovery strategies for this species and identify areas to target fine-scale genetic analyses.Résumé : La compréhension de la structure génétique des populations est un aspect fondamental de la conservation des espèces en voie de disparition et est particulièrement importante dans le cas d'espèces morphologiquement conservées étant donné que de fortes divisions génétiques peuvent représenter des espèces cryptiques. La couleuvre à petite tête (Thamnophis butleri (Cope, 1889)) est une espèce en voie de disparition au Canada, son répartition, limitée au sud-ouest de l'Ontario, étant fragmentée. Il est en outre difficile de la distinguer, sur une base morphologique, de Thamnophis brachystoma (Cope, 1892), une espèce étroitement apparentée. Nous utilisons l'ADN mitochondrial (ADNmt) et sept microsatellites d'ADN pour évaluer la structure génétique des populations canadiennes de T. butleri et vérifier la présence de T. brachystoma dans une de ces populations. Tous les individus présentent le même haplotype d'ADNmt, et rien n'indique la présence de multiples groupements génétiques syntopiques, ce qui invalide l'hypothèse de la coexistence de T. butleri et T. brachystoma au Canada. Deux tests d'affectation différents reposant sur des modèles et faisant appel aux données de microsatellites d'ADN laissent croire à la présence de quatre à cinq groupements génétiques distincts de T. butleri (F ST de 0,12 à 0,20). Nous présentons la première étude de la génétique des populations de la couleuvre à petite tête au Canada et démontrons l'absence de la couleuvre T. brachystoma. Nos résultats pourraient servir à orienter les stratégies visant le rétablissement de T. butleri et à cerner les zones à cibler des analyses génétiques fines....

Comparing the population structure of the specialist Butler’s Gartersnake (Thamnophis butleri) and the generalist Eastern Gartersnake (Thamnophis sirtalis sirtalis) in Ontario (Canada) and Michigan (USA)

“…The most coherent interpretation of our analyses for Thamnophis butleri is that there are distinct four genetic clusters. The genetic structure that we delineated for Thamnophis butleri supportsNoble et al (2013), who also found geographically delineated genetic clusters that coincide with known distribution gaps. We provide a more comprehensive description of genetic connectivity in Southwestern Ontario, particularly within Essex County.…”

“…We found no compelling evidence that gene flow is impeded by the major rivers that lie along the international border between Canada and the U. (Noble et al 2013;Placyk et al 2012), with no distinction among the groups that colonized this region of postglacial North America. The same is also true for Thamnophis sirtalis sirtalis (Placyk et al 2007) in Ontario and eastern Michigan, and for another co-distributed species,…”

“…For example, AMEC (2012,2013) estimated maximum distances moved within an active season for Butler's gartersnakes in Southwestern Ontario to be between 150 -380 m. Thus, gene flow is unlikely among the isolated patches of remaining suitable habitat. Using genetic data, Noble et al (2013) suggest that there may be as many as five local populations within the Canadian range of Thamnophis butleri. Based on these differences in habitat preference and dispersal, and this previous research, we predict that the fragmentation of Thamnophis butleri will be reflected in greater genetic sub-D r a f t 7 structuring and lower genetic diversity when compared to the generalist species Thamnophis sirtalis sirtalis.…”