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Genetic Analysis of Founder Bottlenecks in the Rare British Butterfly Plebejus argus. Analisis Genetico de Cuellos de Botella en la Mariposa Britanica Plebejus argus

1997; Wiley; Volume: 11; Issue: 3 Linguagem: Inglês

10.1046/j.1523-1739.1997.96163.x

1523-1739

Martin Brookes, Yvonne A. Graneau, Peter King, Owen Charles Rose, Chris D. Thomas, James Mallet,

Genetic diversity and population structure

Fragmented populations of the silver-studded blue butterfly (Plebejus argus: Lycaenidae) provide a model system for metapopulations in which extinctions, colonizations, and artificial introductions have all been documented. The genetic consequences of population turnover were investigated using allozyme and mtDNA/RFLP markers and via studies of fluctuating asymmetry. Evidence for changes in genetic diversity was studied in samples of 40–90 individuals from one source and eight descendent populations in North Wales. The genetic data were analyzed using a novel permutation method, which is potentially applicable to analyses of other levels of biodiversity, such as species diversity or species counts. Significant reductions in the numbers of rare allozyme alleles were found in descendent populations, presumably as a result of drift during colonization bottlenecks. Similar trends were evident in the mtDNA data, but were largely non-significant. The reduced statistical power of mtDNA was probably due more to low overall numbers of alleles detected (19) compared with allozymes (40 alleles at 12 loci) than to any conflict between marker loci. Expected heterozygosity (He ) also generally declined during colonization, but the changes were rarely significant, probably because drift-induced changes in the frequencies of common alleles may actually increase He in a bottlenecked population. Finally, overall gene frequency changes, measured by Fst , were often significant. The values of the effective population size ( Ne ) estimated for two introductions ( Ne = 71 and 29) suggested bottleneck population sizes of approximately half the number of diploid genomes (180 and 60 respectively) actually introduced. In contrast to evidence for loss of genetic diversity, there was no evidence for any increase in fluctuating asymmetry among descendent populations. Plebejus argus maintains large enough populations locally and colonizes in sufficient numbers that the deleterious effects of bottlenecking are temporary, affect only the rarest alleles, and cause no observed disturbances to developmental stability. As a result a single introduction of 90 mated females to Rhŷd-y-foel in 1942 has led to the successful establishment of a healthy metapopulation now numbering about 100,000. Poblaciones aisladas de la mariposa Plebejus argus (Lycaenidae) proporcionan un sistema modelo de metapoblaciones, en las cuales; extinciones, colonizaciones y liberaciones artificiales han sido documentadas. Utilizando muestras grandes de 40–90 individuos, las consecuencias genéticas producidos por disturbios poblacionales fueron estudiados mediante el uso de alozimas y marcadores ADNmt/RFLP y con estudios de asimetría fluctuante. Las evidencias de cambios en la diversidad genética fue estudiada en una población original y ocho poblaciones descendientes en North Wales. Los datos genéticos fueron analizados mediante un nuevo metodo de permutaciones, el cual se puede utilizar en análisis de otros niveles de biodiversidad, así como en diversidad de especies. Encontramos reducciones significativas en el número de alelos raros de alozimas en las poblaciones descendientes, probablemente como resultado de la deriva génica durante colonizaciones cuellos de botella. Tendencias similares fueron evidentes en los datos de ADNmt, pero fueron mayormante no significativas. El reducido poder estadístico del ADNmt probablemente se debe al número bajo de alelos (19) comparado con el número de alozimas (40 alelos en 12 loci), mas que a un conflicto entre loci marcadores. La heterozigocidad esperada ( He ), generalmente también es reducida durante una colonización, pero los cambios son raramente significativos, probablemente debido a que cambios en las frecuencias de alelos comunes inducidos por la deriva génica puede, a veces, causar un incremento en He en una población en situación de cuello de botella. Finalmente, cambios en frecuencias de alelos, medidos por Fst , fueron frecuentemente significativos. El tamaño efectivo de la población ( Ne ) estimado para dos introducciones ( Ne = 71 y 29) sugiere tamaños poblacionales cuello de botella de aproximadamente la mitad del número actual de genomas diploides liberados (180 y 60 respectivamente). En contraste con la evidencia de pérdida de diversidad genética, no hay evidencia de incrementos en la asimetría fluctuante de las poblaciones descendientes. Plebejus argus mantiene poblaciones locales lo suficientemente grandes y coloniza en números tales que los efectos negativos de los cuellos de botella son temporales, afectando únicamente los alelos mas raros sin causar disturbios en la estabilidad ontogenética. Como resultado, una sola liberación de 90 hembras inseminadas en Rhyd-y-foel en 1942 logró el establecimiento de una metapoblación nueva, la cual cuenta hoy con aproximadamente 100,000 habitantes.