Population History, Mating System, and Fitness Variation in a Perennial Herb with a Fragmented Distribution

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Abstract

Abstract: Patterns of genetic diversity are strongly influenced by the history of populations, which is often ignored when examining the viability of populations. We studied the relationship of population size, genetic variation, and fitness in the perennial herb Vincetoxicum hirundinaria (Asclepiadaceae) in the southwestern archipelago of Finland, where this species occurs commonly on many of the islands and its distribution is highly fragmented. We measured the magnitude and distribution of genetic variation in this species to examine how patterns of genetic diversity reflect population history, especially the colonization pattern of the islands and the mating system. Additionally, we used the genetic data to interpret previous results that suggest that fitness variation among populations is not directly related to population size. We found a high level of genetic variation (He=0.396) and a low level of genetic differentiation ( FST=0.052) among the populations. In contrast to several rare plant species, the level of genetic variation ( He) was not correlated with population size or with male or female fitness of the plants. Our results also indicated that inbreeding is common in all populations regardless of their size (mean FIS=0.460) but that it does not correlate significantly with male or female fitness traits. The observed patterns of genetic variation suggest that this species has a mixed mating system. Taken together, these results indicate that the studied populations are of recent common ancestry but may also have relatively high levels of current gene flow. The differences between our results and those from previous studies of rare plant species with a fragmented distribution pattern emphasize the importance of considering whether fragmentation is caused by recent human activities or whether it reflects a distribution pattern characteristic of the species when evaluating the conservation needs of the species.

Abstract

Resumen: Los patrones de diversidad genética están fuertemente influenciados por la historia de las poblaciones, que a menudo es ignorada cuando se examina la viabilidad de las poblaciones. Estudiamos la relación entre tamaño poblacional, variación genética y adaptabilidad en la hierba perenne Vincetoxicum hirundinaria (Asclepdiadaceae) en el archipiélago sur occidental de Finlandia, donde esta especie ocurre comúnmente en muchas de las islas y su distribución esta muy fragmentada. Medimos la magnitud y distribución de la variación genética en esta especie para examinar como se refleja la historia de la población en los patrones de diversidad genética, especialmente el patrón de colonización de las islas y el sistema de apareamiento. Adicionalmente, utilizamos los datos genéticos para interpretar resultados previos que sugieren que la variación de adaptabilidad entre poblaciones no esta relacionada directamente con el tamaño de la población. Encontramos un alto nivel de variación genética (He= 0.396) y un bajo nivel de diferenciación genética (FST= 0.052) entre las poblaciones. En contraste con varias especies de plantas raras, el nivel de variación genética (He) no se correlacionó con el tamaño de la población o con la adaptabilidad masculina o femenina de las plantas. Nuestros resultados también indicaron que la endogamia es común en todas las poblaciones independientemente de su tamaño (FIS promedio = 0.460), pero no se correlaciona significativamente con caracteres masculinos o femeninos de adaptabilidad. Los patrones de variación genética observados sugieren que esta especie tiene un sistema mixto de apareamiento. En conjunto, estos resultados indican que las poblaciones estudiadas tienen ascendencia común reciente pero también tienen niveles actuales relativamente altos de flujo genético. La diferencia entre nuestros resultados y los de estudios previos de especies de plantas raras con distribución fragmentada enfatiza la importancia de considerar si la fragmentación es causada por actividades humanas recientes o si refleja un patrón de distribución característico de las especies cuando se evalúan sus necesidades de conservación.

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