Predicting Endemism from Population Structure of a Widespread Species: Case Study in Centaurea maculosa Lam. (Asteraceae)

Authors

  • Hélène Fréville,

    1. Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Montpellier, Domaine de Melgueil, 34130 Mauguio, France
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  • Bruno Colas,

    1. Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Montpellier, Domaine de Melgueil, 34130 Mauguio, France
    2. Institut des Sciences de l’Evolution de Montpellier (ISEM), Université Montpellier 2, Place Eugène Bataillon, 34095 Montpellier, France
    3. Conservatoire Botanique National Méditerranéen de Porquerolles, Castel Sainte-Claire, 83418 Hyères, France
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      * * Current address: Laboratoire d’Ecologie, Université Paris 6, 7 Quai Saint Bernard, 75252, Pris cedex 05, Paris, France
  • Joëlle Ronfort,

    1. Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Montpellier, Domaine de Melgueil, 34130 Mauguio, France
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  • Miquel Riba,

    1. Centre de Recerca Ecològica i Aplicacions Forestals (CREAF), Universitat Autònoma de Barcelona, 08193 Bellaterra, Spain
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  • Isabelle Olivieri

    1. Institut des Sciences de l’Evolution de Montpellier (ISEM), Université Montpellier 2, Place Eugène Bataillon, 34095 Montpellier, France
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      ∥ Address correspondence to I Olivieri, email olivieri@isem.univ-montp2.fr

∥ Address correspondence to I Olivieri, email olivieri@isem.univ-montp2.fr

* * Current address: Laboratoire d’Ecologie, Université Paris 6, 7 Quai Saint Bernard, 75252, Pris cedex 05, Paris, France

Abstract

Amounts of genetic variability, genetic differentiation among taxa and populations, and population sizes were studied in five populations of Centaurea maculosa ssp. maculosa (a widespread taxon), all six populations of C. corymbosa (a narrowly endemic species), and the single population of C. maculosa ssp. albida. Seventeen isozyme loci were studied, of which nine were polymorphic. Results suggest that C. corymbosa and C. maculosa ssp. albida are likely derived from C. maculosa ssp. maculosa because the former represent a sample of the diversity of the latter. The percentage of polymorphic loci and Nei’s genetic diversity were positively and significantly correlated with population size over all populations, but not within each taxon. Populations of both the widespread C. maculosa ssp. maculosa and the rare C. corymbosa were strongly differentiated: overall, FST values were 0.26 and 0.34, respectively. Differentiation among populations of different taxa was of the same order of magnitude as that observed among populations within taxa. Nevertheless, significant differentiation among the three taxa was found by a hierarchical analysis of variance on allele frequencies. We suggest that bottlenecks or founder effects associated with colonization events and ecological specialization in some populations of C. maculosa ssp. maculosa have led to new taxa such as C. corymbosa and C. maculosa ssp. albida. This may be a direct consequence of the particularly strong differentiation among populations of the widespread C. maculosa ssp. maculosa. Our study highlights the utility of considering closely related widespread taxa in order to understand the population biology and evolution of rare species, as well as to design proper management programs.

Predicciones de Endemismo a Partir de la Estructura Poblacional de una Especie con Amplia Distribución: Estudio del Caso de Centaurea maculosa Lam. (Asteraceae)

So determinó la variabilidad genética, la diferenciación genética entre taxones y entre poblaciones, y el tamaño de población en 5 poblaciones de Centaurea maculosa ssp. maculosa (un taxón de amplia distribución), las 6 únicas poblaciones de C. corymbosa (especie endémica), y la única población de C. maculosa ssp. albida existente. Se estudiaron diecisiete loci enzimáticos, de los cuales 9 fueron polimórficos. Los resultados sugieren que los dos taxones endémicos probablemente derivaron del taxón de amplia distribución, ya que los primeros representan una muestra de la diversidad de este último. Tanto el porcentaje de loci polimórficos como la diversidad genética (índice de Nei) mostraron una correlación positiva con el tamaño de la población. Se encontró una fuerte diferenciación entre las poblaciones tanto en el taxón endémico como en el de amplia distribución: los valores de FST globales fueron 0.34 para C. corymbosa y 0.26 para C. maculosa ssp. maculosa. La diferenciación entre poblaciones de taxones diferentes fue del mismo orden de magnitud que la observada entre poblaciones dentro de un mismo taxón. Sin embargo, un análisis de la varianza jerárquico de las frecuencias génicas reveló una diferenciación significativa entre los tres taxones. Se sugiere que la aparición de taxones endémicos como C. corymbosa y C. maculosa ssp. albida se debe a efectos fundacionales, como consecuencia de “cuellos de botella” o procesos de colonización, y posterior especialización ecológica en algunas poblaciones de C. maculosa ssp. maculosa. Esto sería una consecuencia directa de la fuerte diferenciación entre poblaciones de C. maculosa ssp. maculosa. Este estudio remarca la utilidad del uso de especies de amplia distribución estrechamente emparentadas con especies endémicas para comprender la biología y evolución de especies raras, así como para diseñar programas de manejo adecuados.

Ancillary