Variation in biomass production and relation to genetic diversity in three Pinus species

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Ex-situ genetic conservation of Pinus nigra salzmannii endangered populations from the Spanish Central Range: abstract

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Componentes de Biodiversidad y producción de biomasa en masas naturales y artificiales del género Pinus en España.

Existe un debate sobre la función de las repoblaciones en comparación con las poblaciones naturales. Para ello, en el presente trabajo se pretende avanzar en la comparación de determinadas propiedades, cómo la diversidad y la producción de biomasa, entre masas naturales y artificiales. En España, las especies del género Pinus son muy importantes dentro de los ecosistemas forestales. Asimismo, han sido ampliamente utilizadas en repoblaciones, resultando un conglomerado de masas de distintos orígenes, normalmente desconocidos (Montero, 1997). En la actualidad, aspectos tan relevantes como la biodiversidad y la fijación de carbono son evaluados en los distintos ecosistemas a nivel mundial (Noss, 1990). Por ello, se estudia la diversidad de la vegetación así como la producción de biomasa y sus relaciones en masas de Pinus halepensis Mill., como especie significativa dentro de los pinares xerófilos mediterráneos (Fady y col., 2008). Un componente de biodiversidad, a menudo olvidado, es la diversidad genética, y cuál es la función del origen de las poblaciones a la hora de moldear las estructuras de las masas naturales y artificiales (Steinitz y col., 2012). Para comprender esta relación se verifica la utilidad de un método (Ribeiro y col., 2002) para identificar el origen de los materiales forestales de reproducción de P. halepensis, de cara a incorporar este aspecto en estudios futuros y permitir relacionar con otros componentes fundamentales de biodiversidad. En dos de los apartados del trabajo se comparan los resultados con otras especies de pinos autóctonos de la Península Ibérica. Contenido de la investigación: En primer término, el análisis de diversidad de vegetación y producción de biomasa se centra en masas forestales (naturales y repoblaciones adultas) de pino carrasco en dos localidades de la provincia de Albacete (Yeste y Liétor) y una de la provincia de Murcia (Calasparra), atendiendo a un gradiente de precipitación. En general, las masas naturales y repoblaciones estudiadas presentaron diferencias significativas en términos de diversidad de vegetación y producción de biomasa para todas las zonas de estudio, incrementándose con el gradiente de precipitación considerado. Los mayores stocks de biomasa, así como riqueza de especies, estuvieron presentes en las masas naturales. Estas diferencias fueron atribuidas tanto a características estructurales de las masas como a otros factores (origen, densidad, madurez, distribución). Por ello, se analizaron datos de un ensayo de procedencias en ambiente común para ver si realmente existían diferencias significativas en función del origen de la semilla en cuanto a producción de biomasa, mediante una muestra de poblaciones naturales de P. halepensis. Se comprobó que existían diferencias significativas entre las producciones de biomasa para las distintas procedencias evaluadas. La comparación de los resultados con otras especies del género Pinus indican que en el pino carrasco son menores las diferencias, resultado de su mayor plasticidad fenotípica. Finalmente, en el análisis de la diversidad genética el área de estudio se amplió para determinar la posibilidad de identificar el origen del material para una amplia muestra de poblaciones naturales de pino carrasco en España. Se han incorporado otras poblaciones ibéricas del género Pinus, dado que la escala de variación encontrada en P. halepensis es baja y obliga a considerar grandes regiones, permitiendo así la comparación para poder generalizar los patrones encontrados. El método permite identificar grandes grupos de poblaciones de P. halepensis, aunque su resolución es más baja que en el resto de pinos ibéricos, resultado de una menor diferenciación genética interpoblacional. Conclusión Existe una clara relación entre la producción de biomasa en función del origen para una amplia muestra de poblaciones naturales de P. halepensis sometidas a un ensayo de ambiente común. En esta línea, se demuestra la eficiencia en el uso de amplias bases de datos de marcadores moleculares disponibles, para la identificación de pools genéticos a nivel de población en especies del género Pinus. Los resultados dependen de factores como la diversidad genética y el nivel de diferenciación entre poblaciones

Identification of gene pools used in restoration and conservation by chloroplast microsatellite markers in Iberian pine species

Aim of study: To contribute to the characterization of the origin of material used in afforestation, restoration or conservation activities by using Cp-SSR markers.Area of study: We used information from the natural range of Iberian pines, from Spain.Materials and methods: We used Iberian pines as an example to undertook gene pool characterization based on a wide Iberian sample of 97 populations from five Pinus species (Pinus halepensis, Pinus pinaster, Pinus nigra, Pinus sylvestris and Pinus uncinata). Haplotypes from each analyzed tree (derived from nine chloroplast microsatellites markers in P. halepensis and six in the rest of the species) were obtained. Based on this information we subdivided each species in regions (considering both genetic structure and its application in afforestation, restoration and conservation programs) and tested the assignation of populations to the different groups based on the genetic distance among samples.Main results: The rate of successful identification of populations among the different species was very high (> 94 %) for P. nigra, P. sylvestris and P. uncinata, high (81 %) for P. pinaster, and low (< 65 %) for P. halepensis. Research highlights: Chloroplast DNA markers from extensive population datasets can be used to assign the origin of the forest reproductive material in some pine species

The relationship between species diversity and genetic structure in the rare Picea chihuahuana tree species community, Mexico.

Species diversity and genetic diversity, the most basic elements of biodiversity, have long been treated as separate topics, although populations evolve within a community context. Recent studies on community genetics and ecology have suggested that genetic diversity is not completely independent of species diversity. The Mexican Picea chihuahuana Martínez is an endemic species listed as "Endangered" on the Red List. Forty populations of Chihuahua spruce have been identified. This species is often associated with tree species of eight genera in gallery forests. This rare Picea chihuahuana tree community covers an area no more than 300 ha and has been subject of several studies involving different topics such as ecology, genetic structure and climate change. The overall aim of these studies was to obtain a dataset for developing management tools to help decision makers implement preservation and conservation strategies. However, this unique forest tree community may also represent an excellent subject for helping us to understand the interplay between ecological and evolutionary processes in determining community structure and dynamics. The AFLP technique and species composition data were used together to test the hypothesis that species diversity is related to the adaptive genetic structure of some dominant tree species (Picea chihuahuana, Pinus strobiformis, Pseudotsuga menziesii and Populus tremuloides) of the Picea chihuahuana tree community at fourteen locations. The Hill numbers were used as a diversity measure. The results revealed a significant correlation between tree species diversity and genetic structure in Populus tremuloides. Because the relationship between the two levels of diversity was found to be positive for the putative adaptive AFLP detected, genetic and species structures of the tree community were possibly simultaneously adapted to a combination of ecological or environmental factors. The present findings indicate that interactions between genetic variants and species diversity may be crucial in shaping tree communities

Information about the 14 locations studied in the <i>Picea chihuahuana</i> M. tree community.

<p>Information about the 14 locations studied in the <i>Picea chihuahuana</i> M. tree community.</p

Mean genetic diversity per AFLP locus (<i>ν_mean,2</i>) in <i>Picea chihuahuana</i>, <i>Pinus strobiformis</i>, <i>Populus tremuloides,</i> and in <i>Pseudotsuga menziesii</i> populations and across all populations (maximum values in bold).

<p>Mean genetic diversity per AFLP locus (<i>ν_mean,2</i>) in <i>Picea chihuahuana</i>, <i>Pinus strobiformis</i>, <i>Populus tremuloides,</i> and in <i>Pseudotsuga menziesii</i> populations and across all populations (maximum values in bold).</p

Covariation (<i>C[ν_sp,a xν_g,2]</i> and <i>C[ν_sp,a x f_vr]</i>) between species diversity (<i>ν_sp,a</i>) and relative frequency of genetic variant ‘2’ (<i>f_vr</i>) as well as genetic diversity (<i>ν_g,2</i>) at the AFLP loci under differential selection.

<p>All C values were statistically significant before Bonferroni correction.</p><p>Note: <b>*</b> statistically significant after Bonferroni correction (in <b>bold</b>).</p><p>Covariation (<i>C[ν_sp,a xν_g,2]</i> and <i>C[ν_sp,a x f_vr]</i>) between species diversity (<i>ν_sp,a</i>) and relative frequency of genetic variant ‘2’ (<i>f_vr</i>) as well as genetic diversity (<i>ν_g,2</i>) at the AFLP loci under differential selection.</p

Graphs showing how species diversity (<i>ν_sp,a</i>) is related to recessive genetic variant (<i>fvr</i>) and genetic diversity (<i>ν_g,2</i>) at putative adaptive AFLPs in <i>Populus tremuloides</i> in the <i>Picea chihuahuana</i> tree community.

<p>Graphs showing how species diversity (<i>ν_sp,a</i>) is related to recessive genetic variant (<i>fvr</i>) and genetic diversity (<i>ν_g,2</i>) at putative adaptive AFLPs in <i>Populus tremuloides</i> in the <i>Picea chihuahuana</i> tree community.</p

Map of the 14 study locations (black triangles) in the <i>Picea chihuahuana</i> tree community, Mexico.

<p>1) La Tinaja (TN), 2) El Ranchito (RC), 3) El Cuervo (CV), 4) Talayote (TY), 5) Las Trojas (TR), 6) El Venado (VN), 7) La Quebrada (LQ), 8) Paraje Piedra Rayada (PPR), 9) Quebrada de los Durán (Arroyo del Indio Ignacio) (QD), 10) Cebollitas (CB), 11) San José de las Causas (SJ), 12) Santa Bárbara (Arroyo del Infierno) (SB), 13) Arroyo del Chino (ACH), and 14) La Pista (Arroyo de La Pista) (LP).</p