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Fragmentation of Landscape as a Cause for Genetic Subdivision in Bank Voles

Authors


email gabi.gerlach@uni-konstanz.de

Abstract

Abstract: We studied the barrier effects of various roadways on the genetic subdivision of bank vole (Clethrionomys glareolus) populations. Allele frequencies, genetic variability, and genetic distances of natural populations were calculated based on polymorphism of seven microsatellite markers. We compared bank vole populations in control areas without such barriers with animals from both sides of a country road, a railway, and a highway. Using F and R statistics, we demonstrated significant population subdivision in bank vole populations separated by the highway, but not in populations on either side of the other roadways or in the control area. Correlations between geographic and genetic distances were revealed by an extended method based on a Mantel analysis. This allowed us to measure genetic barrier effects and express them as additional geographic distances. For instance, statistically significant differences in allele frequencies in all seven loci examined existed among populations in southern Germany and Switzerland, which are separated by the Rhine River and Lake Constance. The real geographic distance between bank vole populations in Konstanz and those in Lengwil, Switzerland, was 6 km. According to this analysis the genetic barrier effect of the Rhine could be defined as an additional distance of 7.7 km. This study shows for the first time that not only old geographic barriers but also more recent fragmentation of landscape by, for example, highways has an important effect on gene flow and the genetic substructuring of populations, which should be considered in future environmental impact assessments.

Abstract

Resumen: En este trabajo estudiamos los efectos de barrera de varias vías de comunicación terrestre en la subdivisión genética en poblaciones de ratones de campo ( Clethrionomys glareolus). Las frecuencias de alelos, la variabilidad genética y las distancias genéticas de poblaciones naturales fueron calculadas en base a polimorfismos de siete marcadores microsatélite. Comparamos las poblaciones de ratones de campo en áreas de control sin las barreras mencionadas contra animales de ambos lados de una carretera rural, una vía de ferrocarril y una autopista. Mediante el uso de estadísticas F y R, demostramos una subdivisión poblacional significativa en poblaciones de ratones separados por la autopista, pero no entre poblaciones en ambos lados de las otras vías de comunicación o en el área control. Un método extendido basado en un análisis Mantel reveló correlaciones entre las distancias geográficas y las distancias genéticas. Esto nos permitió medir los efectos de barreras genéticas y expresarlos como distancias geográficas adicionales. Por ejemplo, las diferencias estadísticamente significativas en las frecuencias de alelos en los siete locus examinados existieron en poblaciones al sur de Alemania y Suiza, las cuales están separadas por el río Rin y el lago Constance. La distancia geográfica real entre las poblaciones de ratones en Constanz y aquéllas en Lenwil, Suiza fue de 6 km. De acuerdo con este análisis el efecto de la barrera genética del río Rin podría ser definida como una distancia adicional de 7.7 km. Este estudio muestra por primera vez que no solo las barreras geográficas de antaño sino también la fragmentación más reciente del paisaje como la ocasionada por autopistas, por ejemplo, tienen un efecto importante en el flujo de genes y la subestructuración de poblaciones. Esto debe ser considerado en evaluaciones futuras de impacto ambiental.

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