ABSTRACT
Maintenance of biodiversity through seed banks and botanical gardens, where the wealth of species' genetic variation may be preserved ex situ, is a major goal of conservation. However, challenges can persist in optimizing ex situ collections if trade-offs exist among cost, effort, and conserving species evolutionary potential, particularly when genetic data are not available. We evaluated the genetic consequences of population preservation informed by geographic (isolation by distance [IBD]) and environmental (isolation by environment [IBE]) distance for ex situ collections for which population provenance is available. We used 19 genetic and genomic data sets from 15 plant species to assess the proportion of population genetic differentiation explained by geographic and environmental factors and to simulate ex situ collections prioritizing source populations based on pairwise geographic distance, environmental distance, or both. Specifically, we tested the impact prioritizing sampling based on these distances may have on the capture of neutral, functional, or putatively adaptive genetic diversity and differentiation. Individually, IBD and IBE explained limited population genetic differences across all 3 genetic marker classes (IBD, 10-16%; IBE, 1-5.5%). Together, they explained a substantial proportion of population genetic differences for functional (45%) and adaptive (71%) variation. Simulated ex situ collections revealed that inclusion of IBD, IBE, or both increased allelic diversity and genetic differentiation captured among populations, particularly for loci that may be important for adaptation. Thus, prioritizing population collections based on environmental and geographic distance data can optimize genetic variation captured ex situ. For the vast majority of plant species for which there is no genetic information, these data are invaluable to conservation because they can guide preservation of genetic variation needed to maintain evolutionary potential within collections.
Uso de Datos Ambientales y Geográficos para Optimizar las Colecciones Ex Situ y Preservar el Potencial Evolutivo Resumen El mantenimiento de la biodiversidad por medio de bancos de semillas y jardines botánicos, en donde la riqueza de la variación genética de las especies puede preservarse ex situ, es una de las principales metas de la conservación. Sin embargo, los obstáculos para la optimización de las colecciones ex situ pueden persistir si existen compensaciones entre el costo, el esfuerzo y la conservación del potencial evolutivo de la especie, particularmente cuando no están disponibles los datos genéticos. Evaluamos las consecuencias genéticas que tiene la preservación de una población fundamentada en la distancia geográfica (aislamiento por distancia [APD]) y ambiental (aislamiento por entorno [APE]) para las colecciones ex situ cuyo origen poblacional está disponible. Usamos 19 conjuntos de datos genéticos y genómicos de 15 especies de plantas para evaluar la proporción de la diferenciación genética de la población explicada por los factores geográficos y ambientales y para simular las colecciones ex situ que priorizan a las poblaciones de origen con base en la distancia geográfica por pares, la distancia ambiental, o ambas. Específicamente, comprobamos el impacto que puede tener la priorización de muestreos basados en estas distancias sobre la captura de la diferenciación y la diversidad genética neutral, funcional o putativamente adaptativa. De manera individual, el APD y el APE explicaron las diferencias limitadas en la genética poblacional en todas las clases de marcadores genéticos (APD, 10-16%; APE, 1-5.5%). En conjunto, ambos tipos de aislamiento explicaron una proporción sustancial de las diferencias en la genética poblacional para la variación funcional (45%) y adaptativa (71%). La simulación de colecciones ex situ reveló que la inclusión del APD, APE o ambos incrementó la diversidad de alelos y la diferenciación genética capturada entre las poblaciones, particularmente para los loci que pueden ser importantes para la adaptación. Por lo tanto, la priorización de las colecciones poblacionales basadas en los datos de distancia geográfica o ambiental pueden optimizar la variación genética capturada ex situ. Para la mayoría de las especies de plantas para las cuales no hay información genética, estos datos son indispensables para la conservación porque pueden dirigir la preservación de la variación genética necesaria para mantener el potencial evolutivo dentro de las colecciones.
