Alozymová diverzita v rámci populací a mezi nimi
Vysoký stupeň genetické variability byl zjištěn u P. canariensis (A=1,59, P=41,8), podobná hodnotám očekávaným u jednoděložných rostlin (A=1,66, P=40,3) a u druhů s pohlavním rozmnožováním (A=1,53, P=34,9), ale vyšší než u endemických druhů (A=1,39, P=26,3) (Hamrick a Godt, 1990). Průměrná úroveň očekávané heterozygotnosti, která je integrativnějším měřítkem, byla u P. canariensis (He=0,158) vyšší než u většiny ostatních druhů z čeledi Arecaceae. Ačkoli Eguiarte et al. (1992) zjistili podobnou hodnotu jako u P. canariensis u deštné palmy Astrocaryum mexicanum (He=0,153), nižší hodnoty byly popsány u Carpentaria acuminata, (He=0.143), Ptychosperma bleeseri (He=0,006) a Pinanga tenella (He=0,133) (Shapcott, 1998a, 1998b, 1999) a u Washingtonia filifera (He=0,008) (McClenaghand a Beauchamp, 1986). Tento výsledek se shoduje s jinými studiemi, které ukazují vyšší úroveň genetické diverzity u kanárských endemitů než u rostlin rozšířených na jiných oceánských ostrovech (Francisco-Ortega et al, 2000; Batista et al, 2001; Batista a Sosa, 2002; Bouza et al, 2002). Celkově tyto tři skupiny populací vykazovaly vyšší hodnoty genetické variability než druhy s podobnými životními znaky (jednoděložné, endemity a druhy s pohlavním rozmnožováním). Úroveň genetické variability zjištěná u analyzovaných populací P. dactylifera však byla nižší, než popisují jiní autoři (např. Bennaceur et al, 1991) u kultivarů datlových palem.
Dřívější pracovníci předpokládali, že hybridní taxony budou geneticky variabilnější a budou mít větší evoluční potenciál než jejich rodičovské druhy, protože budou kombinovat alely obou rodičů (Rieseberg, 1997). V našem případě vykazovaly smíšené populace vyšší úroveň genetické diverzity než populace P. canariensis a o něco vyšší než populace P. dactylifera (tab. 1). Nehledě na počet jedinců jednotlivých druhů fénixů mohou mít na úroveň diverzity ve smíšených populacích vliv i další faktory. Mezi ně může patřit stupeň genetické diferenciace mezi oběma druhy, systém šlechtění, možná hybridizace mezi P. canariensis a P. dactylifera a historická podmíněnost.
Většina genetické variability u P. canariensis se udržuje uvnitř populací (%Hs=75,12), jak se očekává u převážně outcrossingových druhů (Hamrick a Godt, 1990). Podobné procento genetické variability se udržuje v rámci populací u P. dactylifera (%Hs=79,48). Pravděpodobným důvodem vysoké vnitropopulační genové diverzity, kterou vykazují smíšené populace (%Hs = 85,59), je heterogenní genetická skladba, která v těchto narušených populacích koexistuje.
Populační genetická struktura
Vcelku bylo zjištěno, že žádná z analyzovaných populací P. canariensis neodpovídá Hardy-Weinbergovým poměrům. S výjimkou populací Acusa a La Sorrueda vykazovaly všechny kanárské populace datlovníku přebytek heterozygotů (tabulka 1). Přebytek heterozygotů může být možným výsledkem náhodných stochastických událostí nebo důsledkem vyrovnávací selekce podporující vysokou heterozygotnost (Linhart et al, 1981; Waser, 1987; Eguiarte et al, 1992). Ačkoli nemáme k dispozici přesvědčivé údaje, které by umožnily vyloučit obě možnosti, je velmi nepravděpodobné, že by většina populací P. canariensis měla nadbytek heterozygotů pouze v důsledku driftu.
Populace z Acusy a La Sorruedy vykazovaly deficit heterozygotů. Ten nebyl významný u Acusy, kde odchylky od Hardy-Weinbergovy rovnováhy mohly být způsobeny především stochastickými faktory spojenými s její malou velikostí (N=25). V La Sorruedě distribuce jedinců v několika shlucích značně oddělených v prostoru (100-300 m) svědčí pro výskyt Wahlundova efektu jako pravděpodobnějšího vysvětlení pozorovaného deficitu heterozygotnosti, podle kterého se heterozygotnost snižuje, pokud se vybrané shluky dostatečně rozcházejí (Elseth a Baumgardner, 1981).
Na rozdíl od obecného vzorce pro P. canariensis vykazovaly všechny smíšené populace deficit heterozygotnosti s výjimkou populace Barranco Angostura, která vykazovala mírný přebytek heterozygotnosti. Malý deficit heterozygotnosti u outbreedingových druhů je často důsledkem biparentálního inbreedingu, zejména u malých populací nebo u populací vykazujících prostorovou genetickou strukturu (Sampson et al, 1988).
Vzhledem k pěstebnímu stavu P. dactylifera, není překvapivé, že neodpovídají poměrům Hardy-Weinbergovy rovnováhy.
Genetické vztahy v rámci mezi druhy
Vysoká úroveň alozymové podobnosti zjištěná mezi populacemi P. canariensis a P. dactylifera odpovídá hodnotám očekávaným pro blízce příbuzné druhy (Gottlieb, 1981). Vzhledem k rozsáhlému rozšíření P. dactylifera ve Středomoří je možné, že P. canariensis je nedávno odvozen od společného předka blízce příbuzného P. dactylifera. Hypotéza o nedávné divergenci z P. dactylifera získává další podporu díky skutečnosti, že P. canariensis má menší allozymovou variabilitu než P. dactylifera, jeho alelická skladba je podmnožinou skladby zjištěné u P. dactylifera, bez jedinečných alel, a mezi oběma taxony existuje vysoká genetická identita; všechny tyto znaky jsou charakteristické pro nedávno odvozené druhy (Purdy a Bayer, 1996). V souladu s hodnotami izozymové variability u P. canariensis byla jako jedna z příčin vysoké genetické variability u endemických druhů rostlin navržena nedávná speciace z rozšířeného předka (Loveless a Hamrick, 1988; Pleasants a Wendel, 1989). Izozymové údaje tak podporují Moriciho (1998) morfologický argument o blízké fylogenetické příbuznosti P. canariensis s P. dactylifera. Vysoká úroveň genetické variability zjištěná v populacích P. canariensis však naznačuje, že mohlo dojít k více než jedné kolonizační události, jak naznačují Francisco-Ortega et al (2000) pro různé kanárské endemity.
V těsném souladu s předchozími důkazy založenými na morfologii (Barrow, 1998), P. theophrasti je ve vícerozměrném zastoupení (obr. 2) blíže k P. dactylifera než k P. canariensis.
Naneštěstí se nám nepodařilo získat specifické a jednoznačné izozymové molekulární markery k rozlišení jedinců P. canariensis a P. dactylifera. U P. dactylifera byly zjištěny pouze čtyři exkluzivní alely (Mdh1-c, Mdh1-e, Pgm2-c a Pgm2-e). Avšak vzhledem k tomu, že žádná z nich nebyla specifická pro taxon nebo dokonce monomorfní, nenaplnilo se naše očekávání, že na této úrovni molekulární analýzy budeme mít marker taxonomického vymezení. Absence izozymového markeru dále podporuje nedávnou speciaci P. canariensis z předka podobného P. dactylifera. Ze 43 alel bylo 39 společných pro oba analyzované druhy rodu Phoenix, což poskytuje důkaz o jejich společné evoluční historii. V nedávném průzkumu bylo sdílení 14 z celkových 25 alel zjištěných u pěti kanárských taxonů rodu Cistus (Batista et al, 2001) použito na podporu jejich úzkého fylogenetického vztahu. Podobně byla blízká příbuznost mezi dvěma druhy rodu Brighamia z Havaje vyvozena ze sdílení pouhých šesti alel z 22 (Gemmill et al, 1998).
Frekvence alel sdílených výhradně P. dactylifera a smíšenými populacemi nám může pomoci odhadnout míru, s jakou byli jedinci datlové palmy do těchto populací introdukováni (Gallagher et al, 1997). Ve všech případech jsou tyto sdílené alely ve smíšených populacích málo zastoupeny (s frekvencemi od 0,000 do 0,319), což naznačuje, že byl zavlečen relativně nízký počet jedinců P. dactylifera. Tento argument je v souladu s hodnotami FST, které naznačují mnohem užší genetický vztah mezi P. canariensis a smíšenými populacemi než mezi kteroukoli z nich a P. dactylifera (obr. 3).
Vzhledem k tomu, že jsme u P. canariensis a P. dactylifera nezjistili rozdílné monomorfní alely, které by byly přítomny v heterozygotnosti u jedinců se středními morfologickými znaky, nemůže tento alozymový průzkum doložit existenci domnělých hybridních jedinců v přírodě. Přestože molekulární markery představují mocný nástroj pro identifikaci hybridních taxonů, i tento přístup může přinést nejednoznačné výsledky (Rieseberg, 1997). Taxon může sdílet molekulární markery s příbuznými taxony v důsledku společného zachování alel po speciaci z polymorfního předka (symplesiomorfie). Tento jev se v souvislosti s údaji o genových liniích označuje také jako třídění linií (Avise, 1994; Rieseberg, 1997). Kromě toho se pravděpodobnost nalezení exkluzivních molekulárních markerů snižuje se zkracující se dobou od divergence. V důsledku toho je obvykle snazší zamítnout hypotézu o hybridním původu než ji potvrdit pomocí souborů molekulárních dat.
PCA (obr. 2) jasně oddělila P. dactylifera a P. canariensis a ukázala užší vztah mezi druhým jmenovaným druhem a smíšenými populacemi. Obecně platí, že podíl jedinců P. canariensiś ve smíšených populacích převyšuje podíl jedinců P. dactyliferás, což pravděpodobně dále přispívá k užšímu genetickému vztahu mezi P. canariensis a smíšenými populacemi.
Protože kříženci jsou mozaikou rodičovských a přechodných znaků (Rieseberg a Ellstrand, 1993), je možné, že někteří jedinci, které jsme charakterizovali jako morfologicky přechodné, jsou ve skutečnosti různé ekotypy P. canariensis. Také morfologicky intermediární jedinci mohou být hybridní potomci odpovídající F2 nebo pozdějším generacím, které ztratily alely P. dactylifera zpětným křížením s čistou P. canariensis. Protože většina toku genů probíhá mezi hybridem a jediným rodičem (P. canariensis), segregační generace budou většinou zpětně zkřížené pokročilé generace a budou mít multilokusové asociace typické pro nejkompatibilnějšího rodiče (P. canariensis), jak bylo naznačeno dříve (Rieseberg et al, 1989; Arnold et al, 1991; Nason et al, 1992; Rieseberg a Ellstrand, 1993). Kromě toho by selekce proti rekombinantům měla být v hybridních zónách intenzivní, proto by přežívali jedinci, kteří si zachovali ekologické vlastnosti jednoho z rodičů, např. zpětní kříženci (Anderson, 1998). Protože naše data neposkytují náhled na to, zda dochází k hybridizaci mezi P. canariensis a P. dactylifera, nemůžeme zavrhnout žádné z těchto dvou vysvětlení.
Populace P. dactylifera nebyly na La Gomeře popsány (Izquierdo et al, 2001), a proto se hybridní původ vysoce diferencovaných VP a HY zdá nepravděpodobný. Proto se zdá, že dokud nebudou provedeny další studie těchto populací, bude bezpečnější chápat jejich vysokou genetickou diferenciaci především jako výsledek genetického driftu v kombinaci s dlouhou historií izolace.
Vyšší stupeň genetické diferenciace zjištěný v rámci kanárského areálu P. dactylifera (FST=0.252) pravděpodobně odráží nízkou úroveň genového toku v kombinaci s různým geografickým původem introdukovaných datlových palem.
Důsledky pro ochranu
Jedním z cílů této práce bylo využít informace týkající se stupně a rozšíření genetické variability u P. canariensis pro realizaci ochranářských strategií. Vysoká úroveň genetické diverzity přítomná u P. canariensis je naštěstí povzbudivá pro ochranářské úsilí, protože by měla pomoci tlumit účinky selekce a potenciálního inbreedingu v populacích (Travis et al, 1996). Vzhledem k tomu, že většina vysoké genetické variability u P. canariensis se udržuje uvnitř populací, musí být zásadním závazkem pro strategie ochrany „in situ“ zamezení fragmentace, aby se zabránilo ztrátě genetické variability v důsledku zastavení mezipopulační genetické výměny. Vzhledem k tomu, že není možné vytvořit rezervaci, která by zahrnovala všechny populace P. canariensis na daném ostrově výskytu, mělo by být zřízení více malých ekologických rezervací pro tento druh nejúčinnější při tlumení inbreedingu a genetického driftu (Hawkes et al, 1997), zejména pokud jsou tyto rezervace spravovány koordinovaně, aby se usnadnil tok genů. V ideálním případě by tyto rezervace měly zahrnovat polymorfnější populace P. canariensis, protože tato strategie zvýší potenciál přežití změn prostředí (Lande a Schemske, 1985; Charlesworth a Charlesworth, 1987). Podle tohoto kritéria by nejvhodnějšími cíli managementu na Tenerife a Gran Canarii byly populace Rambla de Castro (RC; Ho=0,249, He=0,244) a La Sorrueda (LS; Ho=0,187, He=0,216).
Strategie genetické ochrany založené na sběru semen a zárodečné plazmy a jejich uchovávání v genových bankách jsou nezbytné pro ochranu ex situ každé ohrožené rostliny. Populace v RC je nejlepším kandidátem na odběr vzorků pro tento účel, protože vykazuje vyšší hodnoty základních ukazatelů alozymové variability.
V této fázi je třeba důrazně nedoporučovat přesazování mezi dvěma různými populacemi ze dvou důležitých důvodů. Za prvé, morfologicky přechodné jedince nemůžeme jednoznačně přiřadit k P. canariensis nebo P. dactylifera, ani rozlišit juvenilní jedince obou druhů. A za druhé, míšení geneticky odlišných populací P. canariensis může představovat riziko outbreedingové deprese, kdy dochází ke snížení fitness v důsledku ztráty lokálních adaptací nebo rozpadu koadaptovaných genových komplexů (Storfer, 1999).
Ačkoli se outbreedingová deprese běžně projevuje snížením hodnoty znaků souvisejících s fitness, jako je produkce plodů, přežívání nebo klíčivost semen, často vede ke ztrátě heterozygotnosti v outbredních populacích (Fenster a Galloway, 2000). V rozporu s touto předpovědí vykazují smíšené populace (kde outbreeding mohl probíhat po několik generací) mnohem vyšší průměrné hodnoty heterozygotnosti (He=0,254, Ho=0,239) než P. canariensis (He=0,158, Ho=0,179). Naše izozymová data tedy neposkytují důkaz, že historické přesazování jedinců P. dactylifera do populací P. canariensis ohrozilo přežití populace. Musíme však mít na paměti, že účinky outbreedingové deprese se mohou projevit až po dlouhé době a může jim předcházet i několik generací heterózy. Pozoruhodné je, že Fenster a Galloway (2000) zjistili u Chamaecrista fasciculata (Fabaceae) významný úbytek heterozygotnosti a pokles pěti znaků souvisejících s kondicí po pouhých třech generacích outbredního křížení, kdy první generace daleko předčila obě rodičovské linie. Pro odhalení outbreedingové deprese by tedy bylo klíčové mít k dispozici adekvátní demografické údaje pro smíšené populace fénixů.
Nedávno se ukázalo, že hybridizace má jak příznivé, tak škodlivé důsledky pro zachování rozmanitosti rostlin, což v některých případech vede ke zvýšení rozmanitosti a v jiných k možnému vymizení populací nebo druhů v důsledku genetického zahlcení. K tomu dochází, když lokálně vzácný druh ztratí svou genetickou integritu a asimiluje se do lokálně běžného druhu v důsledku opakovaných událostí hybridizace a introgrese (Rieseberg, 1991; Ellstrand, 1992; Ellstrand et al, 1999).
Jedním z cílů ochrany P. canariensis by mělo být hledání molekulárního markeru schopného jednoznačně odlišit jedince P. canariensis a P. dactylifera od jejich domnělých hybridů. Vzhledem k tomu, že se nám nepodařilo najít tyto molekulární markery pomocí izozymové elektroforézy, a s ohledem na to, že míra mutace izozymových markerů je obvykle nižší než u DNA markerů (Li, 1997; Yan et al, 1999), budou DNA markery nejlepšími kandidáty pro rozlišení mezi jedinci patřícími k oběma druhům.
.