ABSTRACT
Arnica montana is a rare and rapidly declining, self-incompatible plant species. In 26 populations in The Netherlands we investigated the relationship between population size and genetic variation using allozyme markers. Genetic variation was low in A. montana ( He = 0.088). There were positive correlations between population size and the proportion of polymorphic loci, the number of effective alleles, and expected heterozygosity, but not with observed heterozygosity. There was a significantly positive correlation between population size and the inbreeding coefficient. Generally, small populations showed heterozygote excess, which decreased with increasing population size. Possibly, the heterozygous individuals in small populations are survivors from the formerly larger populations with relatively high fitness. The F statistics showed a moderately high level of differentiation among populations ( FST = 0.140 ± 0.02), implying a low level of gene flow. For three out of four allozyme loci, we found significant inbreeding ( FIS = 0.104 ± 0.03). Only 14 of 26 populations were in Hardy-Weinberg equilibrium at all four polymorphic loci. In a subset of 14 populations of various size, we investigated natural seed production and offspring fitness. Population size was positively correlated with seed set, seedling size, number of flowering stems and flowerheads, adult survival, and total relative fitness, but not with the number of florets per flowerhead, germination rate, or the proportion of germination. Offspring performance in the greenhouse was not associated with genetic diversity measured on their mothers in the field. We conclude that the fitness of small populations is significantly reduced, but that there is as yet no evidence that this was caused by inbreeding. Possibly, the self-incompatibility system of A. montana has been effective in reducing selfing rates and inbreeding depression.
RESUMEN: Arnica montana es una especie de planta rara, en declinación rápida y autoincompatible. En 26 poblaciones de los Países Bajos investigamos la relación entre el tamaño poblacional y la variación genética mediante el uso de alozimas marcadoras. La variación genética fue baja en A. montana ( He = 0.088). Existió una correlación positiva entre el tamaño poblacional y la proporción de emplazamientos polimórficos, el número de alelos efectivos y la heterocigocidad esperada, pero no con la heterocigocidad observada. Existió una correlación positiva significativa entre el tamaño poblacional y el coeficiente de endogamia. Generalmente, las poblaciones pequeñas mostraron una heterocigocidad excesiva con disminuciones en el tamaño poblacional. Posiblemente, los individuos heterocigóticos de poblaciones pequeñas son sobrevivientes de poblaciones anteriormente grandes con una adaptabilidad relativamente alta. Las pruebas de F mostraron un nivel de diferenciación moderadamente alto entre poblaciones ( FST = 0.140 ± 0.02) lo que implica un nivel bajo de flujo de genes. Para tres de cuatro de los emplazamientos de alozimas encontramos una endogamia significativa ( FIS = 0.104 ± 0.03). Solamente 14 de las 26 poblaciones estuvieron en equilibrio Hardy-Weinberg para los cuatro emplazamientos polimórficos. En un subconjunto de 14 poblaciones de varios tamaños, investigamos la producción natural de semillas y la adaptabilidad de la descendencia. El tamaño poblacional estuvo positivamente correlacionado con el juego de semillas, el tamaño del almácigo, el número de tallos en flor y de inflorescencias, la supervivencia de adultos y la adaptabilidad total relativa, pero no con el número de flores por inflorescencia, la tasa de germinación ni la proporción de la germinación. El rendimiento de la descendencia en invernaderos no estuvo asociado con la diversidad genética medida en sus madres en el campo. Concluimos que la adaptabilidad de poblaciones pequeñas está significativamente reducida, pero no existe aún evidencia de que esto sea ocasionado por endogamia. Es posible que el sistema de autoincompatibilidad de A. montana haya sido efectivo en la reducción de tasas de autofecundación y depresión de la endogamia.
