ヨーロッパのシルバーバーチの個体群における初期のフィットネス形質の遺伝的変異()

Genetic variation in early fitness traits across European populations of silver birch ().

• Aida Solé-Medina
• Katrin Heer
• Lars Opgenoorth
• Phillip Kaldewey
• Darius Danusevicius
• Eduardo Notivol
• Juan J Robledo-Arnuncio
• José A Ramírez-Valiente

抄録

樹木種の生態学的ニッチは初期のライフステージほど狭くなることから、初期体力形質における種内遺伝的変異は、環境条件の変化に対する樹木個体群の適応的反応に大きな影響を与える可能性がある。本研究では、ヨーロッパの広い緯度範囲（北緯41～55度）に生息する12種の個体群の初期体力形質の遺伝的変異を評価した。まず、チャンバー実験を行い、発芽の個体差と、種子の休眠放出に対する予冷処理の効果を検証した。次に、異なる早生形質における定量的な遺伝的変異と遺伝子型と環境の相互作用を評価するために、本種の緯度範囲にまたがる3つのコモンガーデンを設置した。その結果、チャンバーの発芽率には個体群間で大きなばらつきがあり（0～60％）、南部の個体群では発芽率が低かった。予冷処理は一般的に発芽の成功率を改善しなかった。圃場での個体群の出現率はチャンバー発芽率と相関していたが，平均は 0 から 1.3%であった。圃場での出現率には個体群間、および個体群内の種まき年の間で非常に有意な差が見られたが、個体群内の家族間では有意な差は見られなかった。苗の高さ，直径，細さ，芽吹き時期には個体群間で有意な差が見られたが，個体群間では有意な差は見られなかった。集団の緯度は，中央部の圃場では，チャンバーの発芽率と苗の出現率に正の相関があった。全体として，遺伝的要因，環境的要因，人口統計学的要因が，個体群間で観察された初期適性形質の高い変動に影響を与えているように思われる。この結果は、乾燥した条件では本種の再生能力に限界があることを示唆しているが、環境や種子作物に十分な再現性を持たせた更なる圃場試験を実施することで、気候変動に対する本種の脆弱性についての理解を深めることができるだろう。

Given that the ecological niche of tree species is typically narrower for earlier life stages, intraspecific genetic variation at early fitness traits may greatly influence the adaptive response of tree populations to changing environmental conditions. In this study, we evaluated genetic variation in early fitness traits among 12 populations of from a wide latitudinal range in Europe (41-55°N). We first conducted a chamber experiment to test for population differences in germination and the effect of pre-chilling treatment on seed dormancy release. We then established three common gardens spread across the species latitudinal range in order to evaluate levels of quantitative genetic variation and genotype-by-environment interaction at different early life traits. Our results showed significant variation in chamber germination rates among populations (0-60 %), with southern populations exhibiting lower germination. Pre-chilling treatments did not generally improve germination success. Population seedling emergence rates in the field were correlated with chamber germination rates, though being an order of magnitude lower, with an average ranging from 0 to 1.3 % across gardens. Highly significant variation was found in field emergence rates among populations, and between seed-crop years within populations, but not among families within populations. Populations differed in seedling height, diameter, slenderness and budburst date, with significant among-family variation. Population latitude was positively associated with chamber germination rate and with seedling emergence rate in one of the central field sites. Overall, genetic, environmental and demographic factors seem to influence the observed high levels of variation in early fitness traits among populations. Our results suggest limited regeneration capacity for the study species under drier conditions, but further field trials with sufficient replication over environments and seed crops will improve our understanding of its vulnerability to climate change.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of the Annals of Botany Company.