Geneetiline mitmekesisus ja selle püsimine ohustatud taimeliikide äärealade populatsioonides

A Thesis for applying for the degree of Doctor of Philosophy in BotanyThe main aim of this thesis was to assess the effect of contemporary and historical fluctuations in population size on the patterns of neutral genetic variation in the marginal areas of geographical distribution of three herbal plant species: Ligularia sibirica (Asteraceae), Orchis militaris (Orchidaceae) and Anacamptis pyramidalis (Orchidaceae). For all these species, genetic variation was investigated in Estonian populations, for A. pyramidalis, genetic diversity was also studied in the populations located at the central areas of the distribution range (Great Britain, Italy, Slovenia, Spain) and in the southern edge populations (Cyprus). The main results of the thesis were the following: a) the average genetic variation for all the studied species was moderately high (H = 0.124–0.167) and similar to the average value for outcrossing plants as measured by the same method, b) genetic differentiation among populations of O. militaris and Estonian population of A. pyramidalis was low (differentiation estimates FST = 0.18 and FST = 0.1, respectively); populations of L. sibirica were highly differentiated (FST = 0.41), probably due to the low population abundance of this species in Estonia as well as the physical isolation of the extant sites that prohibits among-population pollen flow, c) genetic variation in smaller populations of L. sibirica and A. pyramidalis was notably lower compared to that found in large populations, d) genetic variation in populations of O. militaris that were recently founded on former mining areas was slightly higher than in indigenous populations, e.g., no founder effect was detected, e) in agreement with the theoretical predictions, there was a significant pedigree structure in all recently founded populations of O. militaris, f) the level of genetic variation in A. pyramidalis was best explained by the population size but neither by the geographic location nor the distance from putative glacial refugia, g) even though Estonian populations of A. pyramidalis are severely disjunct from the populations in the main distribution area, they were not genetically distinct from populations in Italy, Slovenia and Great Britain, pointing to the intensive gene exchange between edge and central populations. The results of this thesis are relevant in planning appropriate conservation strategies for these species in Estonia.Doktoritöö eesmärk oli hinnata populatsioonide arvukuse ja arvukuse muutuste mõju neutraalsele geneetilisele varieeruvusele kolme putuktolmleva rohttaime – hariliku kobarpea (Ligularia sibirica), halli käpa (Orchis militaris) ja püramiid-koerakäpa (Anacamptis pyramidalis) – äärepopulatsioonides. Vaatluse all olid nende liikide põhjapoolsed äärepopulatsioonid (Eesti populatsioonid), püramiid-koerakäpa puhul koguti materjali ka leviala keskelt (Itaaliast, Hispaaniast, Suurbritanniast, Sloveeniast) ja lõunaservast (Küproselt). Uurimistöö põhilised tulemused olid järgmised: a) kõikide uurimisaluste liikide Eesti populatsioonide keskmine geneetiline varieeruvus oli mõõdukalt kõrgel tasemel (H = 0,124–0,167) ja sarnane risttolmlevate taimede keskmise näitajaga, b) halli käpa ja püramiid-koerakäpa Eesti populatsioonide geneetiline eristumine oli madal (vastavad näitajad FST = 0,18 ja FST = 0,1), kobarpea populatsioonid olid selgesti eristunud (FST = 0,41), olles tõenäoliselt tingitud kobarpea populatsioonide väikesest arvust ja suurtest kaugustest populatsioonide vahel, c) kobarpea ja püramiid-koerakäpa väiksemates populatsioonides oli geneetiline mitmekesisus oluliselt madalam kui suurtes populatsioonides, d) 15–30 aastat tagasi endistele karjäärialadele asustatud populatsioonides oli halli käpa geneetiline varieeruvus veidi kõrgem võrreldes mitmekesisusega vanades põlispopulatsioonides, seega asutajaefekti ei leitud, e) kõige kõrgem püramiid-koerakäpa geneetiline varieeruvus leiti leviala lõunaservas asuvates suurtes populatsioonides, f) püramiid-koerakäpa geneetilise varieeruvuse määr üle kogu levikuala on kõige paremini seletatav populatsioonide arvukusega, mitte populatsioonide geograafilise paiknemisega ega ka kaugusega oletatavatest jääaja refuugiumidest, g) püramiid-koerakäpa Eesti populatsioonid ei olnud levikuala lõunapoolsematest populatsioonidest geneetiliselt eristunud, mis viitab intensiivsele geenivoole selle liigi äärealade ja keskme vahel. Doktoritöö tulemused on olulised nende taimeliikide kasvukohtade majandamise ja looduskaitseliste lisameetmete – näiteks populatsioonide tugiasustamine – rakendamise planeerimisel.Publication of this dissertation is supported by the Estonian University of Life Sciences and by the Doctoral School of Earth Sciences and Ecology created under the auspices of the European Social Fund