Modeling Factors Affecting the Severity of Outbreeding Depression

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Abstract

Abstract: Hybridization between populations may cause either increased fitness ( “hybrid vigor” ) or decreased fitness ( “outbreeding depression” ). Translocation between populations may therefore in some cases be a successful means of combating genetic erosion and preserving evolutionary potential, whereas in other cases it may make the situation worse by inducing outbreeding depression. Because genetic distance alone is a poor predictor of the success or failure of hybridization, we developed a computer model ( ELAB ) to explore other factors affecting the consequences of hybridization. Our model simulates diploid, unisexual populations following Mendelian rules, and in this study we used it to test the effect of a variety of parameters on both the magnitude and duration of outbreeding depression. We focused our simulations on the effects of ( 1 ) divergence between populations, ( 2 ) the genetic basis of outbreeding depression ( disruption of local adaptation vs. intrinsic coadaptation ), ( 3 ) population parameters such as mutation rate and recombination rate, and ( 4 ) alternative management schemes ( 50:50 mixture vs. one migrant per generation ). The magnitude of outbreeding depression increased linearly with genetic distance, whereas the duration of outbreeding depression showed a more complex curvilinear relationship. With genetic distance held constant, magnitude increased with larger population size, lower mutation rate, cross-fertilization, and higher recombination rate, whereas duration increased with larger population size and partial self-fertilization. Fitness problems caused by disruption of local adaptation were stronger but more transient than those caused by a disruption of intrinsic coadaptation. Finally, simulations showed that, depending on the genetic basis of outcrossing problems, recurrent transfer of only one migrant per generation into a population of 100 individuals could cause as much or more damage as a one-time 50:50 mixture.

Abstract

Resumen: La hibridación entre poblaciones puede causar mayor adaptabilidad ( “vigor híbrido” ) o menor adaptabilidad ( depresión exogámica ). Por lo tanto, en algunos casos la translocación entre poblaciones puede ser un medio exitoso para combatir la erosión genética y preservar el potencial evolutivo, mientras que en otros casos puede empeorar la situación al inducir la depresión exogámica. Debido a que la distancia genética por si sola es un predictor pobre del éxito o del fracaso de la hibridación, desarrollamos un modelo de computadora ( ELAB ) para explorar otros factores que afectan las consecuencias de la hibridación. Nuestro modelo simula poblaciones unisexuales, diploides que siguen las reglas Mendelianas, y en este estudio lo utilizamos para probar el efecto de una variedad de parámetros sobre la magnitud y duración de la depresión exogámica. Enfocamos nuestras simulaciones sobre los efectos de ( 1 ) la divergencia entre poblaciones, ( 2 ) las bases genéticas de la depresión exogámica ( disrupción de adaptación local vs. coadaptación intrínseca ), ( 3 ) los parámetros poblacionales tales como tasas de mutación y de recombinación y ( 4 ) los esquemas alternativos de manejo ( mezcla 50:50 comparado con un migrante por generación ). La magnitud de la depresión exogámica aumentó linealmente con la distancia genética, mientras que la duración de la depresión exogámica mostró una relación curvilínea más compleja. Con la distancia genética constante, la magnitud incrementó a mayor tamaño poblacional, menor tasa de mutación, fecundación cruzada y mayor tasa de recombinación, mientras que la duración aumentó a mayor tamaño poblacional y fecundación cruzada parcial. Los problemas de adaptabilidad causados por la disrupción de la adaptación local fueron más pronunciados pero más efímeros que los provocados por la disrupción de la coadaptación intrínseca. Finalmente, las simulaciones mostraron que, dependiendo de las bases genéticas de los problemas de exogamia, la transferencia recurrente de solo un migrante por generación a una población de 100 individuos podría causar tanto o más daño como una mezcla única de 50:50.

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