Refine
Document Type
- Article (2) (remove)
Has Fulltext
- yes (2)
Is part of the Bibliography
- no (2) (remove)
Keywords
- genetic drift (2) (remove)
Institute
Neben dem Habitatverlust gelten populationsbiologische und genetische Konsequenzen der Habitatfragmentierung seit den 1990er Jahren als wesentliche Ursache der Gefährdung von Pflanzen und stehen damit nun auch im Fokus des botanischen Artenschutzes. Der vorliegende Beitrag gibt anhand von Beispielen einen Überblick über den Stand der Forschung in diesem Bereich und versucht abzuschätzen, welche Bedeutung Habitatfragmentierung und die dadurch entstehenden kleinen, isolierten Populationen auf heimische Pflanzenarten haben können. Als wesentliche und offenbar sehr weit verbreitete negative Effekte werden Gendrift, Inzuchtdepression, Zufallsereignisse, Bestäuberlimitierung und Randeffekte identifiziert. Zusammen mit verringerter Habitatqualität durch Eutrophierung, Entwässerung oder Nutzungsänderung und sich gegenseitig verstärkend wirken sie zumeist negativ auf die Fitness der Individuen und Populationen und erhöhen so deren Aussterberisiko. Dieser negative Effekt kleiner Populationen auf die Fitness des Individuums wird - unabhängig von der Ursache, die sich häufig nur durch wissenschaftliche Experimente ermitteln lässt - als Allee-Effekt bezeichnet. Eine durch einen Biotopverbund geförderte Metapopulationsdynamik kann das dauerhafte Aussterben von Pflanzenpopulationen verhindern und mindert die negativen genetischen Effekte der Habitatsfragmentierung über einen erhöhten Genfluss durch Pollen und Samen. Die bisherigen wissenschaftlichen Studien in Mitteleuropa beruhen allerdings in überproportionaler Weise auf bestimmten Pflanzenfamilien (Gentianaceae, Primulaceae), Habitaten (Trocken- und Magerrasen, Wirtschaftsgrünland), insekten- und obligat fremdbestäubten sowie weitgehend auf sexuelle Fortpflanzung angewiesenen Arten. Dagegen liegen etwa über Grasartige, Ruderal- und Segetalpflanzen, Neophyten, wind- und selbstbestäubende Arten und solche, die sich weitgehend vegetativ oder über apomiktisch gebildete Samen fortpflanzen, nur wenige Erkenntnisse vor. Gerade diese und Pflanzenarten mit hohem Ausbreitungspotenzial müssen aber nach derzeitigem Wissensstand als weniger sensitiv gegenüber Habitatfragmentierung eingestuft werden. Auf diesen Befunden aufbauend werden für die Naturschutzpraxis Biotoptypen hinsichtlich ihrer Sensitivität gegenüber Habitatfragmentierung klassifiziert und biologisch-ökologische Merkmale von sensitiven und weniger sensitiven Arten gegenübergestellt. Schließlich werden allgemeine Konsequenzen für die Naturschutzpraxis (Zielarten und Zielbiotope von Biotopverbundsystemen, Mindestgröße sowie genetische Rettung von Populationen, Wiederausbringung aus Erhaltungskulturen) präsentiert.
Our understanding of the impact of recombination, mutation, genetic drift and selection on the evolution of a single gene is still limited. Here we investigate the impact of all of these evolutionary forces at the complementary sex determiner (csd) gene which evolves under a balancing mode of selection. Females are heterozygous at the csd gene and males are hemizygous; diploid males are lethal and occur when csd is homozygous. Rare alleles thus have a selective advantage, are seldom lost by the effect of genetic drift and are maintained over extended periods of time when compared to neutral polymorphisms. Here, we report on the analysis of 17, 19 and 15 csd alleles of Apis cerana, Apis dorsata and Apis mellifera honey bees respectively. We observed great heterogeneity of synonymous (pi S) and nonsynonymous (pi N) polymorphisms across the gene, with a consistent peak in exon 6 and 7. We propose that exons 6 and 7 encode the potential specifying domain (csd-PSD) which has accumulated elevated nucleotide polymorphisms over time by balancing selection. We observed no direct evidence that balancing selection favors the accumulation of nonsynonymous changes at csd-PSD (pi N/pi S ratios are all < 1, ranging from 0.6 to 0.95). We observed an excess of shared nonsynonymous changes, which suggests that strong evolutionary constraints are operating at csd-PSD resulting in the independent accumulation of the same nonsynonymous changes in different alleles across species (convergent evolution). Analysis of a csd-PSD genealogy revealed relatively short average coalescence times (~6 million years), low average synonymous nucleotide diversity (pi S < 0.09) and a lack of trans-specific alleles which substantially contrasts with previously analyzed loci under strong balancing selection. We excluded the possibility of a burst of diversification after population bottlenecking and intragenic recombination as explanatory factors, leaving high turn-over rates as the explanation for this observation. By comparing observed allele richness and average coalescence times with a simplified model of csd-coalescence, we found that small long term population sizes (i.e. Ne <104), but not high mutation rates, can explain short maintenance times, implicating a strong impact of genetic drift on the molecular evolution of highly social honey bees.