Geographic differentiation and population history in Silene dioica and S. hifacensis: variation in chloroplast DNA and allozymes

Abstract

In this thesis I used allozymes and PCR-RFLP analysis of chloroplast DNA (cpDNA) to investigate geographic differentiation within the widespread Silene dioica (L.) Clairv. (Caryophyllaceae) and the narrowly-distributed S. hifacensis Rouy ex Willk., (a Spanish endemic). In an investigation of allozyme variation in Nordic S. dioica, multivariate analysis of variation at eight polymorphic loci revealed a division into overlapping groups of populations, one in the northwestern part and another in the southwestern part. Analysis of cpDNA variation revealed a similar but less diffuse NE-SW pattern of variation. These results suggest that the postglacial colonization of Fennoscandia by S. dioica involved immigration of populations from two main directions: from the east or northeast and the south. Distribution of three common cpDNA haplotypes in European populations of S. dioica suggested refugial areas for the species in the Mediterranean region and further to the east. A fourth common haplotype dominated in northern and eastern Fennoscandia and appears to have had an eastern origin. The occurrence of a suite of rarer haplotypes found in S and E Europe may represent lineages from one or several Mediterranean refugia that have spread and persisted within the montane belt to the S and E of the high Alps but which have failed to spread extensively to N and W Europe. Some haplotypes may have their origin in hybridization with the closely-related species, Silene latifolia. The allozyme and cpDNA analysis of S. hifacensis show that this species is characterized by low levels of allelic variation, a high ratio of between- to within-population variation and a mosaic pattern of between-population differentia-tion in both allozymes and cpDNA haplotypes. The results also indicate that the cpDNA haplotype in the majority of the Ibiza populations differs from those in the two investigated mainland populations. The distribution of genetic variation in S. hifacensis is discussed in terms of population history, dispersal and, speculatively, in terms of anthropogenic manipulation.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Geografisk differentiering och populationshistoria hos Rödblära (Silene dioica) och S. hifacensis: allozym- och kloroplast-DNA variation



När man studerar evolution är det viktigt att veta hur mycket genetisk variation det finns inom och mellan individer, populationer och arter. Hur mycket genetisk variation det finns och hur den är fördelad inom en art är viktigt för artens möjlighet att evolvera och därmed för dess chanser att överleva i en föränderlig miljö. Inom nästan alla växt- och djurarter förekommer det åtminstone viss genetisk differentiering mellan olika geografiska områden. Man kan använda information om den geografiska fördelningen av genetisk variation inom och mellan populationer för att studera hur genetisk diversitet påverkas av populationsfragmentering eller för att rekonstruera immigrationsrutter och evolutionär historia. Nästan hela nordeuropa var istäkt under den senaste istiden. Växter kunde då endast överleva i sydeuropa i områden som man kallar refugier där klimatet inte var så hårt. När klimatet blev varmare kunde växterna sprida sig norrut igen från sina olika refugier. Populationer som överlevt i olika isolerade refugier hade då antagligen utvecklat olika genetiska variationsmönster. I min avhandling studerar jag den genetiska variationens geografiska fördelning i två örter; rödblära, Silene dioica som är vanlig i nästan hela Europa och släktingen Silene hifacensis som endast förekommer i ett fåtal små populationer i östra Spaniens kustland och på Ibiza. Med hjälp av allozymanalys och analys av kloroplast-DNA (cpDNA) undersökte jag hur mycket genetisk variation det finns och hur den genetiska variationen är fördelad mellan olika geografiska områden. Hos rödblära har jag studerat den geografiska fördelningen av genetisk variation i Norden med allozymer och cpDNA, och i resten av Europa med cpDNA, med syfte att rekonstruera artens postglaciala migrationsrutter och identifiera möjliga refugieområden. Resultaten av allozym- och cpDNA analyserna visar geografiska mönster. Dessa mönster kan sägas ge en bild av hur och längs vilka vägar rödblära vandrade norrut efter isavsmältningen. Båda metoderna, allozymer och cpDNA, visar oberoende av varandra samma invandringsmönster i Norden. Dels skedde invandringen från sydväst, dels från öst/nordöst. Det mönster cpDNA variationen i resten av Europa uppvisar antyder att rödblära efter den senaste istiden spred sig över Europa från flera olika refugier i Medelhavsområdet samt från refugier någonstans längre österut, möjligtvis i Kaukasusregionen. Jag studerade även den genetiska variation hos Silene hifacensis från Ibiza och från den Spanska provinsen Alicante på fastlandet. Vid sekelskiftet 1900 gjordes så mycket insamling av Silene hifacensis att den dog ut på sin ursprungliga fastlandetslokal. Man har försökt att återinplantera Silene hifacensis till denna lokal men man har fått problem på grund av att man haft för lite kunskap om den genetiska variation hos denna art. När man planerar bevarandestrategier för hotade arter är det viktigt att förstå hur genetiskt differentierade olika populationer är. Mina allozym- och cpDNA analyser av Silene hifacensis visar att denna art har väldigt låg genetisk variation, stor andel mellanpopulationsvariation och ett mosaikartat mönster av differentiering mellan populationer. Resultaten antyder också att den cpDNA-typ som dominerar i de flesta av populationerna på Ibiza avviker från de typer som förekommer i de två fastlandspopulationerna. Därför är det inte lämpligt att förstärka de akut utrotningshotade fastlandspopulationerna med material från Ibiza. De två fastlandspopulationerna verkar dessutom var för sig vara genetisk distinkta vilket innebär att en förstärkning av dessa populationer endast bör göras med lokalt material.

• author: Malm, Ursula
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Dr Wolff, Kirsten, Newcastle upon Tyne, Great Britain
• organization: Department of Biology
• publishing date: 2001
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Ecology
• keywords: morphology, taxonomy, Systematic botany, conservation biology, endemic, chloroplast DNA, allozyme, hybridization, gene flow, geographic variation, postglacial migration, genetic diversity, Silene, phytogeography, chemotaxonomy. Physiology of nonvascular plants, Systematisk botanik, taxonomi, morfologi, kemotaxonomi. Växters fysiologi (inte kärlväxter).
• pages: 170 pages
• defense location: Ö.Vallgatan 14 (Murbeckssalen, Gula Huset), Lund
• defense date: 2001-10-26 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: SE-LUNBDS/(NBBS-1030)/1-170/(2001)
• ISBN: 91-628-4989-1
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Department of Ecology (Closed 2011) (011006010)
• id: 5e396cc5-8c88-4ff9-a8ab-59c29f391603 (old id 41979)
• date added to LUP: 2016-04-04 09:56:58
• date last changed: 2023-04-26 07:43:28