Individual and Temporal Variation in Outcrossing Rates and Pollen Flow Patterns in Ceiba pentandra (Malvaceae: Bombacoidea)

Authors


Corresponding author; e-mail: e.j.fuchs@gmail.com

Abstract

Ceiba pentandra is a tropical tree with high rates of selfing in some populations. In mixed-mating species, variation in selfing is due to changes in adult density or variability of incompatibility systems. The effect of spatial isolation and phenology on selfing rates and pollen flow distances was analyzed using microsatellites in a fragmented population of Ceiba pentandra, in southern Costa Rica. Adult trees within a heterogeneous landscape were classified as grouped or isolated. We compared selfing rates at the individual level, between isolation conditions and 2 yr (2007, 2009), which differed in the number of flowering individuals. Mixed mating was estimated in both years (tm = 0.624–0.759). Trees mated predominantly by outcrossing, while only a few trees reproduced through selfing. Spatial isolation did not significantly affect outcrossing rates. The progeny of grouped trees was mostly sired by near-neighbors (<1 km) and by long-distance pollen flow events in isolated trees. A reduction in the number of flowering individuals in 2009 reduced near-neighbor matings, increased selfing in grouped trees, and decreased the number of unsampled sires in the progeny. Comparing selfing rates on individuals that flowered in both reproductive periods suggests a flexible mating system. Variation in self-fertilization rates in this population appears to depend on variation of individual traits, such as genetic variability in self-incompatibility genes, but it is independent of landscape heterogeneity. In contrast, pollen flow distances depend on local tree density as bats concentrate their foraging between near individuals to maximize energy efficiency.

Resumen

Ceiba pentandra es uno de los raros ejemplos de árboles tropicales de dosel en los cuales se ha determinado altas tasas de selfing en algunas poblaciones. Análisis de plantas con sistema de apareamiento mixto ha mostrado que la frecuencia de selfing es variable entre individuos, poblaciones y períodos reproductivos, y en algunos casos esa variación ha sido asociada a cambios en la densidad de individuos reproductivos, agentes polinizadores, variación genética o flexibilidad del sistema de incompatibilidad. En este estudio se analiza la variación de las tasas de selfing y la distancia de dispersión de polen en una población fragmentada de Ceiba pentandra en el SO de Costa Rica, con el fin de determinar el efecto del aislamiento espacial y fenológico sobre su sistema de apareamiento. Muestras de tejido adulto y semillas fueron obtenidas de una población de árboles distribuidos en un área extensa de bosques fragmentados y pastizales durante dos años reproductivos que mostraron diferencias en la frecuencia de individuos en floración. Algunos individuos se encontraban en condición agrupada y otros aislada, lo que permitió determinar el efecto de aislamiento sobre la tasas de autofecundación y flujo génico por polen. Se determinaron las tasas de selfing por individuo, condición de aislamiento y año reproductivo, así como la paternidad de las semillas con base a modelos de asignación que consideran la presencia de individuos no muestreados. La población estudiada mostró un sistema de apareamiento mixto en los dos años estudiados (tm = 0.759–0.624). La mayoría de los árboles mostraron altas tasas de exocruzamiento, con una fracción menor mostrando valores intermedios o bajos. Arboles con valores altos y bajos de la tasa de exocruzamiento se observaron tanto en condición agrupada como aislada. La fracción exocruzada de la progenie provino en su mayor parte de árboles cercanos (<1 km) en el caso de las semillas de individuos en grupos, y de árboles distantes en el caso de los árboles aislados. La menor floración del segundo año de estudio provocó una disminución en la frecuencia de apareamientos con individuos cercanos, un aumento en la tasa de selfing en algunos árboles agrupados, así como una disminución del número de donadores de polen no muestreados. La comparación de individuos muestreados en dos años mostró flexibilidad del sistema de apareamiento en algunos de los individuos muestreados. La variación de la tasa de selfing en esta población parece depender de la variación de características individuales de los árboles no asociadas al grado de su grado de aislamiento espacial o fenológico, como por ejemplo variación en genes del sistema de incompatibilidad. Al contrario de esto, los patrones de flujo de polen de la fracción exocruzada de las semillas depende de la densidad local de la especie, ya que los murciélagos concentran su forrajeo en individuos cercanos como estrategia energéticamente más favorable.

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