Populaatioiden sisäinen ja keskinäinen allotsyymidiversiteetti
Populaatioiden välillä havaittiin suurta geneettistä vaihtelua P. canariensis-populaatioissa (A=1,59, P=41,8), mikä vastaa yksisirkkaisten (A=1,66, P=40,3) ja suvullisesti lisääntyvien lajien (A=1,53, P=34,9) odotettuja arvoja, mutta on suurempaa kuin endeemisillä lajeilla (A=1,39, P=26,3) (Hamrick ja Godt, 1990). Odotetun heterotsygotian, integratiivisemman mittarin, keskimääräiset tasot P. canariensis -lajissa (He=0,158) olivat korkeammat kuin useimmilla muilla Arecaceae-suvun lajeilla. Vaikka Eguiarte ym. (1992) löysivät sademetsäpalmusta Astrocaryum mexicanum (He=0,153) samankaltaisen arvon kuin P. canariensis, matalammat arvot kuvattiin sademetsäpalmusta Carpentaria acuminata (He=0.143), Ptychosperma bleeseri (He=0,006) ja Pinanga tenella (He=0,133) (Shapcott, 1998a, 1998b, 1999) sekä Washingtonia filifera (He=0,008) (McClenaghand ja Beauchamp, 1986). Tämä tulos vastaa muita tutkimuksia, joiden mukaan Kanariansaarten endeemisten kasvien geneettinen monimuotoisuus on suurempi kuin muilla valtamerisaarilla esiintyvien kasvien (Francisco-Ortega ym., 2000; Batista ym., 2001; Batista ja Sosa, 2002; Bouza ym., 2002). Kaiken kaikkiaan näissä kolmessa populaatioryhmässä geneettisen vaihtelun arvot olivat korkeammat kuin lajeilla, joilla oli samankaltaisia elämänhistoriallisia piirteitä (yksisirkkaiset kasvit, endeemiset kasvit ja lajit, joilla on sukupuolinen lisääntyminen). Analysoiduissa P. dactylifera -populaatioissa havaitut geneettisen vaihtelun tasot olivat kuitenkin alhaisemmat kuin mitä muut kirjoittajat (esim. Bennaceur et al, 1991) ovat kuvailleet taatelipalmun lajikkeissa.
Varhaisemmat tutkijat ennustivat, että hybriditaksonit olisivat geneettisesti vaihtelevampia ja että niillä olisi enemmän evoluutiopotentiaalia kuin niiden vanhemmilla lajeilla, koska niissä yhdistyisivät molempien vanhemmille ominaiset alleelit (Rieseberg, 1997). Meidän tapauksessamme sekapopulaatioilla oli suurempi geneettinen monimuotoisuus kuin P. canariensis -populaatioilla ja hieman suurempi kuin P. dactylifera -populaatioilla (taulukko 1). Kunkin Phoenix-lajin yksilöiden lukumäärästä huolimatta on olemassa muitakin tekijöitä, jotka saattavat vaikuttaa monimuotoisuustasoihin sekapopulaatioissa. Tällaisia tekijöitä voivat olla esimerkiksi geneettisen erilaistumisen aste molempien lajien välillä, jalostusjärjestelmä, mahdollinen hybridisaatio P. canariensiksen ja P. dactyliferan välillä sekä historiallinen kontingenssi.
P. canariensiksen geneettisestä variaatiosta suurin osa säilyy populaatioiden sisällä (%Hs=75,12), kuten on odotettavissa pääasiassa risteytyviltä lajeilta (Hamrick ja Godt, 1990). Samanlainen prosenttiosuus geneettisestä vaihtelusta säilyi populaatioiden sisällä P. dactyliferassa (%Hs=79,48). Todennäköinen syy sekapopulaatioiden suureen populaationsisäiseen geenidiversiteettiin (%Hs=85,59) on näissä häiriintyneissä populaatioissa rinnakkain esiintyvä heterogeeninen geneettinen koostumus.
Populaatioiden geneettinen rakenne
Kokonaisuutena minkään tutkituista P. canariensis -populaatioista ei havaittu noudattavan Hardy-Weinbergin suhteita. Acusaa ja La Sorruedaa lukuun ottamatta kaikissa kanarialaisissa taatelipalmupopulaatioissa esiintyi heterotsygoottiylijäämää (taulukko 1). Heterotsygoottiylijäämä voi olla satunnaisten stokastisten tapahtumien mahdollinen seuraus tai korkeaa heterotsygoottiutta edistävän tasapainottavan valinnan seuraus (Linhart ym., 1981; Waser, 1987; Eguiarte ym., 1992). Vaikka meillä ei ole vakuuttavia tietoja kummankaan mahdollisuuden hylkäämiseksi, on erittäin epätodennäköistä, että useimmissa P. canariensis -populaatioissa heterotsygoottien ylitarjonta johtuisi pelkästään ajelehtimisesta.
Acusan ja La Sorruedan populaatioissa havaittiin heterotsygotian alijäämää. Tämä ei ollut merkittävää Acusassa, jossa poikkeamat Hardy-Weinbergin tasapainosta saattoivat johtua lähinnä stokastisista tekijöistä, jotka liittyvät sen pieneen kokoon (N=25). La Sorruedassa yksilöiden jakautuminen useisiin, toisistaan huomattavasti (100-300 m) erillään oleviin rykelmiin puhuu sen puolesta, että Wahlundin vaikutus on todennäköisempi selitys havaitulle heterotsygotia-alijäämälle, jonka mukaan heterotsygotia vähenee, jos näytteeksi otetut rykelmät ovat eronneet toisistaan riittävästi (Elseth ja Baumgardner, 1981).
P. canariensis -lajin yleisestä mallista poiketen kaikissa sekapopulaatioissa havaittiin heterotsygotiivisuusvajetta lukuun ottamatta Barranco Angosturaa, jossa havaittiin lievää heterotsygotiivisuusylijäämää. Pieni heterotsygoottisuusvaje ulkokasvatetuissa lajeissa on usein seurausta kahden vanhemman sisäsiittoisuudesta, erityisesti pienissä populaatioissa tai sellaisissa, joissa on spatiaalinen geneettinen rakenne (Sampson et al., 1988).
Viljeltyyn tilaan nähden P. dactylifera-populaatioiden viljelyn vuoksi ei ole yllättävää, että ne eivät noudata Hardy-Weinbergin tasapainosuhteita.
Lajien väliset geneettiset suhteet
P. canariensis- ja P. dactylifera-populaatioiden välillä havaittu suuri allotsyymien samankaltaisuus vastaa läheisesti sukua oleville lajeille odotettuja arvoja (Gottlieb, 1981). Kun otetaan huomioon P. dactyliferan laaja levinneisyys Välimeren alueella, on mahdollista, että P. canariensis on hiljattain peräisin yhteisestä esi-isästä, joka on läheistä sukua P. dactyliferalle. Hypoteesia, jonka mukaan P. canariensis on hiljattain eronnut P. dactyliferasta, saa lisätukea siitä, että P. canariensis -lajin allotsyymivaihtelu on vähäisempää kuin P. dactyliferan, sen alleelirakenne on osa P. dactyliferan alleelirakennetta, eikä siinä ole ainutlaatuisia alleeleja, ja molempien taksonien välinen geneettinen identiteetti on suuri; kaikki nämä piirteet ovat tyypillisiä hiljattain syntyneille lajeille (Purdy ja Bayer 1996). P. canariensis -lajin isotsyymivaihtelun arvojen kanssa sopusoinnussa on esitetty, että laajalle levinneestä esiasteesta hiljattain tapahtunut lajiutuminen on yksi syy suureen geneettiseen vaihteluun endeemisissä kasvilajeissa (Loveless ja Hamrick, 1988; Pleasants ja Wendel, 1989). Näin ollen isotsyymitiedot vahvistavat Moricin (1998) morfologista väitettä P. canariensiksen läheisestä fylogeneettisestä suhteesta P. dactyliferaan. P. canariensis -populaatioissa havaittu suuri geneettinen vaihtelu viittaa kuitenkin siihen, että kolonisaatiotapahtumia on saattanut olla useampia kuin yksi, kuten Francisco-Ortega ym. (2000) ovat esittäneet Kanariansaarten eri endeemisten lajien osalta.
Yhteensopivasti aiempien morfologian perusteella saatujen todisteiden kanssa (Barrow, 1998) P. theophrasti on lähempänä P. dactyliferaa kuin P. canariensista monimuuttujaesityksessä (kuva 2).
Valitettavasti emme onnistuneet saamaan spesifisiä ja yksiselitteisiä isotsyymimolekyylimarkkereita, joiden avulla voisimme erottaa toisistaan P. canariensis- ja P. dactylifera -yksilöt. P. dactyliferalla havaittiin vain neljä eksklusiivista alleelia (Mdh1-c, Mdh1-e, Pgm2-c ja Pgm2-e). Koska yksikään näistä ei kuitenkaan ollut taksonispesifinen tai edes monomorfinen, odotuksemme taksonomisen rajauksen merkkiaineesta tällä molekyylianalyysin tasolla eivät kuitenkaan täyty. Isotsyymimarkkerin puuttuminen tukee edelleen P. canariensiksen hiljattaista lajistumista P. dactyliferan kaltaisesta esi-isästä. Analysoiduista 43 alleelista 39 oli yhteisiä molemmille analysoiduille Phoenix-lajeille, mikä on osoitus niiden yhteisestä evoluutiohistoriasta. Äskettäisessä tutkimuksessa (Batista et al., 2001) viidellä kanarialaisella Cistus-taksonilla havaituista 25:stä alleelista 14:n yhteistä alleelia käytettiin tukemaan niiden välistä läheistä fylogeneettistä suhdetta. Vastaavasti kahden Havaijilta peräisin olevan Brighamia-lajin välisestä läheisestä sukulaisuudesta pääteltiin, että niillä oli vain kuusi yhteistä alleelia 22:sta (Gemmill ym., 1998).
P. dactyliferan ja sekapopulaatioiden keskenään jakamien alleelien frekvenssi voi auttaa arvioimaan, missä määrin taatelipalmuyksilöt kulkeutuivat jälkimmäisiin populaatioihin (Gallagher ym., 1997). Kaikissa tapauksissa nämä yhteiset alleelit ovat heikosti edustettuina sekapopulaatioissa (frekvenssi 0,000-0,319), mikä viittaa siihen, että P. dactylifera -yksilöitä on tuotu maahan suhteellisen vähän. Tämä väite sopii yhteen FST-arvojen kanssa, jotka viittaavat paljon läheisempään geneettiseen sukulaisuuteen P. canariensiksen ja sekapopulaatioiden välillä kuin jommankumman ja P. dactyliferan välillä (kuva 3).
Kun otetaan huomioon, että emme havainneet P. canariensiksessa ja P. dactyliferassa erilaisia monomorfisia alleeleja, jotka esiintyisivät heterotsygoottisina yksilöissä, joilla on välimatkailun morfologisia ominaisuuksia, tämä allotsyymitutkimus ei voi perustella oletettujen hybridiyksilöiden olemassaoloa luonnossa. Vaikka molekyylimarkkerit ovat tehokas väline hybriditaksonien tunnistamiseen, tämäkin lähestymistapa voi tuottaa epäselviä tuloksia (Rieseberg, 1997). Taksonilla voi olla yhteisiä molekyylimarkkereita sukua olevien taksonien kanssa, koska alleelit säilyvät yhdessä polymorfisesta esi-isästä tapahtuneen lajinmuodostuksen jälkeen (symplesiomorfia). Tätä ilmiötä on kutsuttu myös sukulinjalajitteluksi, kun sitä käsitellään geenilinjatietojen yhteydessä (Avise, 1994; Rieseberg, 1997). Lisäksi eksklusiivisten molekyylimarkkereiden löytämisen todennäköisyys pienenee, kun aika eroista on lyhentynyt. Näin ollen on yleensä helpompi hylätä hybridi-alkuperää koskeva hypoteesi kuin vahvistaa se molekulaaristen aineistojen avulla.
PCA (kuva 2) erotti P. dactyliferan ja P. canariensiksen selvästi toisistaan ja osoitti jälkimmäisen lajin ja sekapopulaatioiden välisen läheisemmän suhteen. Yleisesti ottaen P. canariensiś -yksilöiden osuus sekapopulaatioissa on suurempi kuin P. dactyliferás -yksilöiden, mikä luultavasti edistää osaltaan P. canariensiksen ja sekapopulaatioiden läheisempää geneettistä suhdetta.
Sen vuoksi, että hybridit ovat mosaiikkia emo- ja välimerkeistä (Rieseberg ja Ellstrand, 1993), on mahdollista, että jotkin yksilöt, jotka luonnehdimme morfologisesti välimerkeiksi, ovat itse asiassa P. canariensiksen eri ekotyyppejä. Morfologisesti välimuotoiset yksilöt voivat myös olla F2-sukupolvea tai myöhempiä sukupolvia vastaavia hybridin jälkeläisiä, jotka ovat menettäneet P. dactylifera -alleeleja risteytymällä takaisin puhtaaseen P. canariensikseen. Koska suurin osa geenivirrasta tapahtuu hybridin ja yhden vanhemman (P. canariensis) välillä, segregaatiosukupolvet ovat enimmäkseen edistyneen sukupolven takaisinristeytyksiä, ja niillä on yhteensopivimmalle vanhemmalle (P. canariensis) tyypillisiä monitarkkuusyhdistelmiä, kuten aiemmin on ehdotettu (Rieseberg ym., 1989; Arnold ym., 1991; Nason ym., 1992; Rieseberg ja Ellstrand, 1993). Lisäksi rekombinanteihin kohdistuvan valinnan pitäisi olla voimakasta hybridivyöhykkeillä, joten eloonjäävät yksilöt olisivat niitä, jotka säilyttävät yhden vanhemman ekologiset piirteet, kuten takaisinristeytykset (Anderson, 1998). Koska aineistomme ei tarjoa tietoa siitä, tapahtuuko P. canariensiksen ja P. dactyliferan välillä risteytymistä, emme voi hylätä kumpaakaan näistä kahdesta selityksestä.
P. dactyliferan populaatioita ei ole kuvattu La Gomeralla (Izquierdo ym., 2001), ja sen vuoksi vahvasti erilaistuneiden VP:n ja HY:n hybridi-alkuperä vaikuttaa epätodennäköiseltä. Niin kauan kuin näitä populaatioita koskevia lisätutkimuksia ei ole tehty, vaikuttaa turvallisemmalta pitää niiden suurta geneettistä erilaistumista pääasiassa geneettisen ajautumisen ja pitkän eristämishistorian tuloksena.
P. dactylifera -lajin Kanariansaarten alueella havaittu suurempi geneettinen erilaistuminen (FST=0.252) kuvastaa luultavasti vähäistä geenivirtaa yhdessä alueelle tuotujen taatelipalmujen erilaisen maantieteellisen alkuperän kanssa.
Suojeluvaikutukset
Yksi tämän työn tarkoituksista oli käyttää P. canariensiksen geneettisen vaihtelun astetta ja jakautumista koskevia tietoja suojelustrategioiden toteuttamiseen. Onneksi P. canariensis -lajin suuri geneettinen monimuotoisuus on rohkaisevaa suojelutoimien kannalta, koska sen pitäisi auttaa puskuroimaan valinnan ja mahdollisen sisäsiittoisuuden vaikutuksia populaatioissa (Travis et al., 1996). Koska suurin osa P. canariensiksen suuresta geneettisestä vaihtelusta säilyy populaatioiden sisällä, pirstoutumisen välttämisen, jotta estetään geneettisen vaihtelun häviäminen populaatioiden välisen geneettisen vaihdon loppumisen vuoksi, on oltava keskeinen sitoumus in situ -suojelustrategioissa. Koska ei ole mahdollista suunnitella suojelualuetta, joka kattaisi kaikki P. canariensis -lajin populaatiot jollakin tietyllä saarella, useiden pienten ekologisten suojelualueiden perustaminen tälle lajille olisi tehokkainta sisäsiittoisuuden ja geneettisen ajautumisen estämiseksi (Hawkes et al., 1997), varsinkin jos näitä suojelualueita hoidetaan koordinoidusti geenivirran helpottamiseksi. Ihannetapauksessa näihin suojelualueisiin olisi sisällytettävä P. canariensis -lajin polymorfisempia populaatioita, koska tämä strategia parantaa mahdollisuuksia selviytyä ympäristön muutoksista (Lande ja Schemske, 1985; Charlesworth ja Charlesworth, 1987). Tämän kriteerin mukaan populaatiot Rambla de Castro (RC; Ho=0,249, He=0,244) ja La Sorrueda (LS; Ho=0,187, He=0,216) olisivat parhaiten soveltuvia hoitokohteita Teneriffalla ja Gran Canarialla.
Geneettiset suojelustrategiat, jotka pohjautuvat siementen ja ituplasman keruuseen ja säilyttämiseen geenipankkeihin, ovat välttämättömiä minkä tahansa uhanalaisen kasvin ex situ-suojelussa. RC-populaatio on paras ehdokas näytteenottoon tätä tarkoitusta varten, koska siinä on korkeimmat allotsyymivaihtelun perusindikaattoreiden arvot.
Tässä vaiheessa siirtoistutuksia kahden eri populaation välillä on jyrkästi torjuttava kahdesta tärkeästä syystä. Ensinnäkään emme voi luokitella morfologisesti välimuotoisia yksilöitä yksiselitteisesti P. canariensikseksi tai P. dactyliferaksi emmekä erottaa kummankaan lajin nuoria yksilöitä toisistaan. Toiseksi geneettisesti erilaisten P. canariensis -populaatioiden sekoittuminen voi aiheuttaa riskin, että syntyy outbreeding depressio, jolloin kunto heikkenee paikallisten sopeutumisten häviämisen tai yhteisesti sopeutuneiden geenikompleksien hajoamisen vuoksi (Storfer, 1999).
Vaikka outbreeding depressio ilmenee yleisesti kuntoon liittyvien ominaisuuksien, kuten hedelmien tuotannon, eloonjäämisen tai siementen itävyyden, arvon laskuna, se johtaa usein heterotsygoottiuden vähenemiseen outbred-populaatioissa (Fenster ja Galloway, 2000). Tämän ennusteen kanssa ristiriidassa on se, että sekapopulaatioissa (joissa ulkokasvatus on voinut jatkua useiden sukupolvien ajan) on paljon korkeammat keskimääräiset heterotsygotia-arvot (He=0,254, Ho=0,239) kuin P. canariensiksessa (He=0,158, Ho=0,179). Näin ollen isotsyymitietomme eivät anna todisteita siitä, että P. dactylifera -yksilöiden siirtäminen P. canariensis -populaatioihin olisi vaarantanut populaation selviytymisen. Meidän on kuitenkin pidettävä mielessä, että jälkeläisdepression vaikutukset voivat ilmetä vasta pitkän ajan kuluttua, ja niitä voi jopa edeltää useiden sukupolvien heteroosi. Huomionarvoista on, että Fenster ja Galloway (2000) havaitsivat Chamaecrista fasciculata -lajin (Fabaceae) viidessä kuntoon liittyvässä ominaisuudessa merkittävää heterotsygotian häviämistä ja vähenemistä jo kolmen sukupolven jälkeen, kun ensimmäinen sukupolvi ylitti selvästi kummankaan vanhemman linjan. Näin ollen riittävät demografiset tiedot Phoenixin sekapopulaatioista olisivat ratkaisevan tärkeitä, jotta voitaisiin havaita outbreeding depressio.
Hybridisaatiolla on viime aikoina osoitettu olevan sekä hyödyllisiä että haitallisia seurauksia kasvien monimuotoisuuden säilyttämisen kannalta, sillä se johtaa joissakin tapauksissa monimuotoisuuden lisääntymiseen ja toisissa tapauksissa populaatioiden tai lajien mahdolliseen sukupuuttoon geneettisen tukahduttamisen vuoksi. Tämä tapahtuu, kun paikallisesti harvinainen laji menettää geneettisen eheytensä ja sulautuu paikallisesti yleiseen lajiin toistuvien hybridisaatio- ja introgressiotapahtumien seurauksena (Rieseberg, 1991; Ellstrand, 1992; Ellstrand ym., 1999).
Yksi P. canariensis -lajin suojelun tavoitteista tulisi olla sellaisen molekyylimarkkerin etsintä, jonka avulla pystytään erottamaan P. canariensis- ja P. dactylifera -lajin yksilöt niiden oletetuista hybrideistä. Koska emme ole pystyneet löytämään näitä molekyylimarkkereita isotsyymielektroforeesin avulla ja ottaen huomioon, että isotsyymimarkkereiden mutaatiotiheys on yleensä alhaisempi kuin DNA-markkereiden (Li, 1997; Yan ym., 1999), DNA-markkerit ovat parhaita ehdokkaita molempiin lajeihin kuuluvien yksilöiden erottamiseksi toisistaan.