Tufted Puffins exhibit low levels of genetic differentiation among breeding colonies in North America

Abstract

ABSTRACT Tufted Puffins (Fratercula cirrhata) are experiencing population declines in some parts of their distribution, making this a species of increased conservation interest. Genetic data will help to identify Tufted Puffin populations of conservation importance and provide an important tool for developing conservation management plans. This species is broadly distributed across the North Pacific Ocean but little is known about the extent of genetic variation and differentiation across their range. In this study, we examine mitochondrial DNA (mtDNA), 8 microsatellite loci and 1,260 single nucleotide polymorphisms (SNPs) to determine the extent of gene flow among 7 breeding colonies (Oregon to the western Aleutians) in the North American breeding range of the species and identify potential barriers to dispersal. Our results show that most breeding colonies form a single genetic cluster, and mtDNA data show substantial historical gene flow among populations. For the microsatellite dataset, all FST comparisons that include St. Lazaria, in southeast Alaska, except Oregon, which had a small sample size, were significant as were comparisons between Triangle Island and the two westernmost sampling sites of Buldir and Aiktak. For the SNP dataset, FST comparisons were low and nonsignificant, further suggesting that breeding colonies form a single panmictic population. Individuals were more closely related to individuals from the same colony, and we found a weak relationship between genetic and geographic distance. This suggests that dispersal among colonies is high, likely facilitated by an overlap in wintering ranges among colonies. The high connectivity among breeding colonies indicates that Tufted Puffins form a single conservation unit, although future genetic studies should incorporate a whole genome sequencing approach to assessing how functional genetic diversity varies across their distribution. How to Cite Graham, B. A., J. M. Hipfner, N. A. Rojek, S. W. Stephensen, and T. M. Burg (2023). Tufted Puffins exhibit low levels of genetic differentiation among breeding colonies in North America. Ornithological Applications 125:duad023. LAY SUMMARY Tufted Puffins (Fratercula cirrhata) are experiencing population declines in some parts of their distribution, making this a species of increased conservation interest. Here we use 3 different types of genetic markers (mtDNA, microsatellites, and SNPs) to examine population genetic structure among 7 breeding colonies (Oregon to the western Aleutians) in the North American breeding range of the species. We examined population genetic structure to determine whether Tufted Puffin populations form single or multiple conservation units. All 3 types of markers showed a similar pattern and indicate that North American breeding colonies form a single genetic cluster. Our results suggest that dispersal among colonies is high, likely facilitated by an overlap in wintering ranges among colonies. The high connectivity among breeding colonies indicates that Tufted Puffins form a single conservation unit, although future genetic studies should include samples from Asia to assess population genetic structure across their whole distribution. RESUMEN Fratercula cirrhata está experimentando disminuciones poblacionales en algunas partes de su distribución, lo que hace que la especie tenga un mayor interés para la conservación. Los datos genéticos ayudarán a identificar a las poblaciones de F. cirrhata que sean importantes para la conservación y proporcionarán una herramienta importante para desarrollar planes de manejo de conservación. Esta especie se encuentra ampliamente distribuida en el Océano Pacífico Norte, pero se sabe poco sobre la magnitud de la variación y la diferenciación genética en su rango. En este estudio examinamos ADN mitocondrial (ADNmt), 8 loci de microsatélites y 1.260 polimorfismos de un solo nucleótido (PSN) para determinar el grado de flujo génico entre 7 colonias reproductivas (desde Oregón hasta las Islas Aleutianas occidentales) en el rango de reproducción norteamericano de la especie y para identificar posibles barreras para la dispersión. Nuestros resultados muestran que la mayoría de las colonias reproductivas forman un único grupo genético, y los datos del ADNmt muestran un flujo génico histórico sustancial entre las poblaciones. Para el conjunto de datos de microsatélites, todas las comparaciones de FST que incluyen a St. Lazaria, en el sureste de Alaska, con excepción de Oregón, que tuvo un tamaño de muestra pequeño, fueron significativas, al igual que las comparaciones entre la IslaTriangle y los dos sitios de muestreo más occidentales de Buldir y Aiktak. Para el conjunto de datos de PSN, las comparaciones de FST fueron bajas y no significativas, lo que sugiere aún más que las colonias reproductivas forman una sola población panmíctica. Los individuos estuvieron más estrechamente relacionados con individuos de la misma colonia, y encontramos una relación débil entre la distancia genética y la distancia geográfica. Esto sugiere que la dispersión entre las colonias es alta, probablemente facilitada por la superposición de los rangos de invernada entre las colonias. La alta conectividad entre las colonias reproductivas indica que F. cirrhata forma una sola unidad de conservación, aunque los futuros estudios genéticos deberían incorporar un enfoque de secuenciación del genoma completo para evaluar cómo varía la diversidad genética funcional en su distribución.