De omvang van genetische verarming in bedreigde plantensoorten in Nederland: een praktijkvoorbeeld Cursus Populatiegenetica en Evolutiebiologie 2002.

Presentatie over: "De omvang van genetische verarming in bedreigde plantensoorten in Nederland: een praktijkvoorbeeld Cursus Populatiegenetica en Evolutiebiologie 2002."— Transcript van de presentatie:

1 De omvang van genetische verarming in bedreigde plantensoorten in Nederland: een praktijkvoorbeeld
Cursus Populatiegenetica en Evolutiebiologie 2002

2 Biodiversiteit: Enorme achteruitgang gedurende de laatste decennia aantal soorten neemt af aantal populaties neemt af Natuur bescherming en natuurheer: Actief beheer van natuurgebieden, met gerichte beheersmaatregelen: een belangrijk onderdeel van het Nederlandse landschap

3 Uitsterf kansen: omgevings facoren (milieu) demografische processen (populatie grootte) genetische processen (drift, inteelt)

4 Veranderingen in land-gebruik, industriële ontwikkeling, infrastructuur, enz.:
Vervuiling Verzuring Vermesting Verdroging Versnippering Verstoring Verkeer

5 Atmosferische depositie: hoge input van ammoniumsulfaat
verzurend vermestend (verhoogd) uitsterf risico van veel bedreigde plantensoorten Beheersmaatregelen: begrazing, maaien plaggen afbranden afgraven waterhuishouding aanpassen

6 In de loop der jaren bleken steeds meer problemen te onstaan, die niet direct zijn aan te pakken met de traditionele methode van beheer Betrekkelijk nieuw probleem: Verlies van genetische variatie uit kleine, geïsoleerde populaties o.a. door versnippering, isolatie:

7 verlaagde genetische variatie: genetische erosie
Kleine, geïsoleerde populaties: genetische verarming door random (toevallige) genetische processen: genetische drift verlaagde genetische variatie: genetische erosie AA  AB (1 nakomeling) kans op AA kans op AB bij een AA nakomeling, verwijdering van het allel B uit de populatie Genetische drift: * fluctuaties van allelfrequenties * kan leiden tot fixatie van allelen: homozygotie * hoe kleiner de populatie, hoe hoger de drift: het=1/(2Ne)

8 Daarbij: versnippering, isolatie:
FIS: inteelt coëfficiënt : toename homozygoten (inteelt in kleinere populaties) FST: differentiatie coëfficiënt : hogere mate differentiatie tussen populaties (geen gene flow) FIT: : combinatie van inteelt en differentiatie

9 Gevolgen: * Korte termijn: genetisch minder variabele individuen presteren minder bij bijv. voortplanting, overleving, ziektegevoeligheid (toename homozygotie gaat gepaard met lagere ‘fitness’) * Lange termijn: de soort kan zich minder aanpassen aan veranderingen (omgeving, milieu): hiervoor is genetische variatie nodig * Verlaging van de overlevingskans van de populatie * nog minder en/of kleinere geïsoleerde populaties: minder individuen om mee te paren: verhoogde inteeltkans Negatieve spiraal: ‘extinction vortex’

10 fitness = fenotype vs genotype
versnippering, habitat verslechtering (verzuring, vermesting ed.) en isolatie fitness = fenotype vs genotype milieu lagere fitness slechtere habitat kwaliteit (bodem) kleinere populaties lagere genetische variatie

11 Om deze relaties te onderzoeken:
blauwe knoop (Succisa pratensis) screening van meerdere populaties (n=17) populatie grootte genetische variatie (allozymen) habitat kwaliteit (bodem condities) fitness parameters Succisa pratensis 100 km

12 A A B Genetische variatie: allozymen allel frequenties
aantal waargenomen allelen polymorfiegraad heterozygositeit homozygositeit F-statistieken AB AA AA AA AA AA AB AA AA BB BB BB AA AB

13 Habitat kwaliteit: bodemcondities
pH vocht gehalte organisch stof gehalte ammonium nitraat fosfaat calcium etc.

14 Fitness parameters: metingen aan de plant zelf
zaad productie zaad gewicht kieming groeisnelheid overleving / sterfte aantal bloeiwijzen etc.

15 genetische erosie populatie grootte habitat kwaliteit
genetische variatie fitness genetische erosie

16 Populatie grootte – Genetische variatie
inteelt coëfficiënt (FIS = (HS-HI)/HS) Inbreeding coefficient (F IS ) -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 10 100 1000 10000 100000 population size (log-scale) FIS>0: homozygoot overschot: inteelt FIS<0: heterozygoot overschot: uitteelt r = , p = 0.001 ***

17 Populatie grootte – Genetische variatie
inteelt coëfficiënt (FIS) waargenomen heterozygositeit (Heobs) homozygoot overschot: inteelt heterozygoot overschot: uitteelt r = 0.587, p = 0.013 ***

18 Populatie grootte – Genetische variatie
inteelt coefficient (FIS) waargenomen heterozygositeit (Heobs) kleinere populaties hebben een lagere genetische variatie: genetische erosie

19 inteelt depressie populatie grootte habitat kwaliteit
genetische variatie fitness inteelt depressie

20 Genetische variatie – fitness
zaad productie r = , p = 0.032 ***

21 Genetische variatie – fitness
zaad productie kiemling sterfte (%) r = 0.790, p = 0.000 ***

22 Genetische variatie – fitness
zaad productie kiemling sterfte (%) populaties met een hogere inteelt coefficient vertonen een lagere fitness: inteelt depressie

23 populatie grootte effect
habitat kwaliteit genetische variatie fitness populatie grootte effect (demografie)

24 Populatie grootte – fitness
zaad productie r = 0.769, p = 0.000 ***

25 Populatie grootte – fitness
seed production kieming (%) r = 0.734, p = 0.001 ***

26 Populatie grootte – fitness
zaad productie kieming (%) kiemling sterfte (%) r = , p = 0.001 ***

27 Populatie grootte – fitness
zaad productie kieming (%) kiemling sterfte (%) kleinere populaties hebben een lagere fitness: populatiegrootte effect

28 habitat kwaliteit populatie grootte habitat kwaliteit
genetische variatie fitness habitat kwaliteit

29 Populatie grootte – habitat kwaliteit
ammonium (NH4) r = , p = 0.002 ***

30 Populatie grootte – habitat kwaliteit
ammonium (NH4) nitraat (NO3) r = , p = 0.013 ***

31 Populatie grootte – habitat kwaliteit
ammonium (NH4) nitraat (NO3) grotere populaties worden aangetroffen op weinig vermeste (geeutrofieerde) bodems (lage NH4 en NO3 concentraties): effect van habitat kwaliteit

32 milieu effect populatie grootte habitat kwaliteit genetische variatie
fitness milieu effect

33 Habitat kwaliteit – fitness
kieming (%) r = , p = 0.003 ***

34 Habitat kwaliteit – fitness
kieming (%) populaties die voorkomen op minder geeutrofieerde bodems (lage NH4 and NO3 concentraties) hebben een hogere fitness: milieu effect

35 Zijn er interacterende effecten ?
fitness = fenotype vs genotype milieu Welke processen zijn het meest ‘fitness bepalend’? path-analyse population grootte habitat kwaliteit genetische variatie fitness

36 Interacterende effecten: Path-analyse
% fertiele planten kiemling sterfte zaad gewicht kieming kiemsnelheid nr. bloemhoofdjes nr. zaden/bloemhoofd populatie grootte habitat kwaliteit (ammonium) genetische variatie (FIS) populatie fitness * 0.41 0.22 0.96 0.58 0.25 0.62 0.54 0.45 0.60 0.70 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

37 Interacterende effecten:
habitat kwaliteit (milieu) is gecorreleerd met populatiegrootte en fitness: goed milieu: grotere populaties met hogere fitness populatie groote genetische variatie populatie grootte is gecorreleerd met genetische variatie (inteelt) en (in mindere mate) met fitness: grote populaties hebben een hogere genetische variatie en produceren bijv. meer zaden genetische variatie is gecorreleerd met fitness: inteelt depressie habitat kwaliteit fitness inteelt depressie

38 Conclusies mbt Succisa
genetische variatie populatie groote fitness habitat kwaliteit inteelt depressie Conclusies mbt Succisa Succisa is erg gevoelig voor achteruitgang in habitat kwaliteit (eutrofiëring), maar de verlaagde fitness in kleine populaties wordt ook sterk beïnvloed door verlaagde genetische variatie (inteelt) populatie grootte effecten (demografie) zijn minder belangrijk dan genetische effecten genetische effecten zijn dus cruciaal voor populatie fitness, zelfs op korte termijn