Predicting the Deleterious Effects of Mutation Load in Fragmented Populations

Authors


§email julie.jaquiery@unil.ch

Abstract

Abstract: Human-induced habitat fragmentation constitutes a major threat to biodiversity. Both genetic and demographic factors combine to drive small and isolated populations into extinction vortices. Nevertheless, the deleterious effects of inbreeding and drift load may depend on population structure, migration patterns, and mating systems and are difficult to predict in the absence of crossing experiments. We performed stochastic individual-based simulations aimed at predicting the effects of deleterious mutations on population fitness (offspring viability and median time to extinction) under a variety of settings (landscape configurations, migration models, and mating systems) on the basis of easy-to-collect demographic and genetic information. Pooling all simulations, a large part (70%) of variance in offspring viability was explained by a combination of genetic structure (FST) and within-deme heterozygosity (HS). A similar part of variance in median time to extinction was explained by a combination of local population size (N) and heterozygosity (HS). In both cases the predictive power increased above 80% when information on mating systems was available. These results provide robust predictive models to evaluate the viability prospects of fragmented populations.

Abstract

Resumen: La fragmentación del hábitat inducida por humanos constituye una amenaza mayor para la biodiversidad. Los factores genéticos y demográficos se combinan para conducir a las poblaciones pequeñas y aisladas hacia vórtices de extinción. Sin embargo, los efectos deletéreos de la endogamia y la deriva pueden depender de la estructura de la población, los patrones de migración y los sistemas de apareamiento y son difíciles de pronosticar ante la ausencia de experimentos de cruzamiento. Realizamos simulaciones estocásticas basadas en individuos con el objetivo de predecir los efectos de las mutaciones deletéreas sobre la adaptabilidad de la población (viabilidad de la progenie y tiempo medio de extinción) bajo una variedad de escenarios (configuraciones de paisaje, modelos de migración y sistemas de apareamiento) sobre la base de información demográfica y genética fácil de obtener. Al combinar todas las simulaciones, una gran parte (70%) de la varianza en la viabilidad de la progenie fue explicada por una combinación de la estructura genética (FST) y la heterocigosidad intra deme (HS). Una parte similar de la varianza en el tiempo medio a la extinción fue explicada por una combinación de la estructura genética (FST) y la heterocigosidad (HS). En ambos casos, el poder predictor incrementó más de 80% cuando se disponía de información de los sistemas de apareamiento. Estos resultados proporcionan modelos predictivos robustos para evaluar la viabilidad potencial de poblaciones fragmentadas.

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