Genetic Diversity and Population Size in Four Rare Southern Appalachian Plant Species

Authors


Abstract

Allozyme diversity was examined in four rare, high-montane plant species from the Appalachian Mountains of southeastern North America. These species may represent relictual members or descendants of an alpine community that was more widespread during the late Pleistocene. We sampled five populations of Geum radiatum (Rosaceae), Carex misera (Cyperaceae), Trichophorum cespitosum (Cyperaceae), and the four known populations of Calamagrostis cainii (Poaceae). Genetic diversity was low for all species but was typical of that found for plant species with limited ranges. Low genetic diversity may reflect historical events associated with changes in the species’ biogeography. As the Pleistocene climate warmed, suitable habitat decreased in areal extent and became fragmented, probably resulting in smaller, more-isolated populations. In recent times these species, which co-occur in fragile rock outcrop habitats, have been adversely affected by human activities. Genetic analyses revealed reduced diversity in populations of decreasing size for three species. Estimates of gene flow were low (Nm < 1.0) in all four species. Positive associations between genetic diversity and population size, evidence of recent population declines, and the low estimates of gene flow suggest that genetic drift may play a prominent role in shaping the present-day genetic composition of these species. Furthermore, these data suggest that the genetically depauperate populations are unlikely to regain genetic variation without human intervention.

Abstract

Se examinó la diversidad de alozimas en cuatro especies raras de plantas de las Montañas Apalaches en el sureste de Norte América. Estas especies pueden ser relictos o descendientes de una comunidad alpina de amplia distribución en el Pleistoceno tardío. Se muestrearon cinco poblaciones de Geum radiatum (Rosaceae), Carex misera (Cyperaceae), Trichophorum cespitosum (Cyperaceae) y las cuatro poblaciones conocidas de Calamagrostis cainii (Poaceae). La diversidad genética de todas las especies fue baja, pero correspondió a la que presentan especies de plantas con rangos limitados. La baja diversidad genética puede reflejar eventos históricos asociados con cambios en la biogeografía de las especies. Al calentarse el clima del Pleistocene el hábitat adecuado disminuyó en extensión y se fragmentó, lo cual produjo poblaciones pequeñas y aisladas. En tiempos recientes, estas especies, que coexisten en hábitats rocosos frágiles, han sido afectadas adversamentepor actividades humanas. Análisis genéticos indicaron diversidad reducida en poblaciones de tamaño decreciente en tres de las especies. La estimación del flujo de genes fue baja (Nm < 1.0) en las cuatro especies. La asociación positiva entre diversidad genética y tamaño poblacional, evidencia de declinaciones poblaciones. Recientes y la baja estimación del clujo de genes, sugiere que la deriva genética puede jugar un papel prominente en el moldeado de la composición genética actual de estas especies. Mas aún, estos datos sugieren que es improbable que las poblaciones genéticamente empobrecidas recuperen su variación genética sin la intervención humana.

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