Genetic Variation and Outcrossing Rate in Relation to Population Size in Gentiana pneumonanthe L

Authors

  • Léon E.L. Raijmann,

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      Current address: Department of Systematics, Evolution and Paleobiology, Institute of Taxonomic Zoology, University of Amsterdam, P.O. Box 94766, 1090 GT Amsterdam, The Netherlands

  • Nico C. Van Leeuwen,

    1. Department of Systematics Evolution and Paleobiology Hugo de Vries Laboratory University of Amsterdam Kruislaan 318 1098 SM Amsterdam, The Netherlands
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  • Ralph Kersten,

    1. Department of Systematics Evolution and Paleobiology Hugo de Vries Laboratory University of Amsterdam Kruislaan 318 1098 SM Amsterdam, The Netherlands
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  • J. Gerard B. Oostermeijer,

    1. Department of Systematics Evolution and Paleobiology Hugo de Vries Laboratory University of Amsterdam Kruislaan 318 1098 SM Amsterdam, The Netherlands
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  • Hans C.M. Den Nijs,

    1. Department of Systematics Evolution and Paleobiology Hugo de Vries Laboratory University of Amsterdam Kruislaan 318 1098 SM Amsterdam, The Netherlands
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  • Steph B.J. Menken

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      Current address: Department of Systematics, Evolution and Paleobiology, Institute of Taxonomic Zoology, University of Amsterdam, P.O. Box 94766, 1090 GT Amsterdam, The Netherlands


Abstract

The amount of genetic variation in the rare perennial herb Gentiana pneumonanthe L. was determined to explore its relation to population size. Differences in isozyme variation between maternal plants and their offspring were used to investigate the relationship between population size and outcrossing rate. In 25 populations in The Netherlands, differing in size from 1 to more than 50,000 flowering individuals, 16 allozyme loci were analyzed on leaves of maternal plants and offspring grown in a greenhouse. Population size was significantly positively correlated with the proportion of polymorphic loci, but only marginally with heterozygosity and the mean effective number of alleles. Most of the studied populations were characterized by a complete absence of rare alleles, and F-statistics suggest relatively high levels of genetic differentiation among populations and thus a low level of gene flow. Leaf samples (maternal) were mostly in Hardy-Weinberg equilibrium, while several offspring samples showed an excess of homozygotes, which suggests selection favoring heterozygotes. Because most small populations consist only of adult survivors from formerly larger populations, this may partly explain the absence of a clear relationship between genetic variation of the maternal plants and population size. A significant positive correlation was found between the level of cross-fertilization and population size. From these results, we conclude that, to some degree, small populations have a reduced level of genetic variation, while their present isolation in nature reserves has resulted in a very limited interpopulational gene flow level. At present a higher level of inbreeding in small populations contributes to a further loss of genetic variation and may also result in reduced offspring fitness.

Abstract

En este estudio se determinó el nivel de variación genética de la hierba rara perenne Gentiana pneumonanthe L. con el propósito de investigar su relación con el tamaño poblacional. Se utilizó la diferencia en la variación de aloenzimas entre las plantas maternas y sus progenies para investigar la relación entre tamaño poblacional y tasa de exogamia. Se analizaron 16 loci de aloenzimas en 25 poblaciones de Holanda con tamaños poblacionales que variaron entre 1 y más de 50.000 individuos en floración. Se encontró una correlación positiva significativa entre el tamaño poblacional y la proporción de loci polimórficos, pero la correlación del tamaño poblacional con la heterocigosidad y con la media del número efectivo de alelos fue marginal. La mayoría de las poblaciones estudiadas se caracterizaron por una completa ausencia de alelos raros, y los análisis estadísticos F indicaron un nivel de diferenciación genética relativamente alto entre poblaciones y por lo tanto un bajo nivel de flujo génico. Las muestras maternas en su mayoría se encontraban en equilibrio de Hardy-Weinberg, mientras que muchas muestras de las progenies mostraron un exceso de homocigotos, lo que sugiere la existencia de selección en favor de los heterocigotos. El hecho de que la mayoria de las poblaciones pequeñas están constituidas por unos pocos adultos sobrevivientes de poblaciones anteriores más grandes podría explicar en parte la ausencia de una clara relación entre la variación genética de las plantas maternas y el tamaño poblacional. Se encontró una correlación positiva significativa entre el nivel de fertilización cruzada y el tamaño poblacional. A partir de estos resultados concluimos que, en cierta medida, las poblaciones pequeñas tienen un nivel reducido de variación genética, mientras que su presente aislamiento en reservas naturales ha resultado en un flujo génico interpoblacional muy limitado. Actualmente, un nivel mas alto de endocría en las poblaciones pequeñas contribuye a una mayor pérdida de la variación genética y podría resultar también en una reducción de la condición de la progenie.

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