Allozimdiverzitás a populációkon belül és között
Nagyfokú genetikai variációt találtak a P. canariensis populációkban (A=1,59, P=41,8), ami hasonló az egyszikűeknél (A=1,66, P=40,3) és az ivaros szaporodású fajoknál (A=1,53, P=34,9) elvárt értékekhez, de magasabb, mint az endemikus fajoknál (A=1,39, P=26,3) (Hamrick és Godt, 1990). A várható heterozigozitás átlagos szintje, az integratívabb mérőszám a P. canariensisben (He=0,158) magasabb volt, mint az Arecaceae legtöbb más fajánál. Így, bár Eguiarte és munkatársai (1992) a P. canariensiséhez hasonló értéket találtak az Astrocaryum mexicanum nevű esőerdei pálmában (He=0,153), a Carpentaria acuminata esetében alacsonyabb értékeket írtak le (He=0.143), a Ptychosperma bleeseri (He=0,006) és a Pinanga tenella (He=0,133) (Shapcott, 1998a, 1998b, 1999), valamint a Washingtonia filifera (He=0,008) esetében (McClenaghand és Beauchamp, 1986). Ez az eredmény megegyezik más tanulmányokkal, amelyek magasabb genetikai diverzitási szintet mutattak ki a Kanári-szigeteken honos növényekben, mint a más óceáni szigeteken elterjedt növényekben (Francisco-Ortega et al, 2000; Batista et al, 2001; Batista és Sosa, 2002; Bouza et al, 2002). Összességében a populációk három csoportja magasabb genetikai variabilitási értékeket mutatott, mint a hasonló élettani jellemzőkkel rendelkező fajok (egyszikűek, endemikusok és szexuális szaporodással rendelkező fajok). A P. dactylifera elemzett populációiban kimutatott genetikai variációs szintek azonban alacsonyabbak voltak, mint amit más szerzők (pl. Bennaceur et al, 1991) a datolyapálma-kultúrákban leírtak.
A korábbi munkások azt jósolták, hogy a hibrid taxonok genetikailag variábilisabbak és nagyobb evolúciós potenciállal rendelkeznek, mint a szülőfajok, mivel a két szülő alléljait kombinálják (Rieseberg, 1997). Esetünkben a kevert populációk magasabb genetikai diverzitást mutattak, mint a P. canariensis és valamivel magasabbat, mint a P. dactylifera populációk (1. táblázat). Az egyes Phoenix-fajok egyedszáma ellenére más tényezők is befolyásolhatják a vegyes populációk diverzitási szintjét. Ezek közé tartozhat a két faj közötti genetikai differenciálódás mértéke, a tenyésztési rendszer, a P. canariensis és a P. dactylifera közötti lehetséges hibridizáció és a történelmi véletlenszerűség.
A P. canariensis genetikai variációjának legnagyobb része a populációkon belül marad fenn (%Hs=75,12), ahogy az a túlnyomórészt kereszteződő fajok esetében várható (Hamrick és Godt, 1990). A P. dactylifera esetében a genetikai változatosság hasonló százalékban maradt fenn a populációkon belül (%Hs=79,48). A kevert populációk által mutatott nagy intrapopulációs géndiverzitás (%Hs=85,59) valószínűsíthető oka az ezekben a zavart populációkban együttesen előforduló heterogén genetikai összetétel.
Populáció genetikai szerkezete
Az elemzett P. canariensis-populációk egyike sem felelt meg a Hardy-Weinberg-arányoknak. Az Acusa és a La Sorrueda kivételével az összes kanári datolyapálma-populáció heterozigóta többletet mutatott (1. táblázat). A heterozigozitási többlet lehet véletlenszerű sztochasztikus események eredménye vagy a magas heterozigozitást elősegítő kiegyensúlyozó szelekció következménye (Linhart et al, 1981; Waser, 1987; Eguiarte et al, 1992). Bár nem rendelkezünk olyan meggyőző adatokkal, amelyekkel bármelyik lehetőséget elvethetnénk, nagyon valószínűtlen, hogy a legtöbb P. canariensis-populációban a heterozigóták túlsúlya pusztán drift miatt alakuljon ki.
Az Acusa és La Sorrueda populációk heterozigótadeficitet mutattak. Ez nem volt szignifikáns az Acusában, ahol a Hardy-Weinberg-egyensúlytól való eltérés elsősorban a kis mérethez (N=25) kapcsolódó sztochasztikus tényezőknek tudható be. A La Sorrueda esetében az egyedek több, térben jelentősen elkülönülő (100-300 m) csomóban való eloszlása a Wahlund-effektus előfordulása mellett szól, mint a megfigyelt heterozigozitás-deficit valószínűbb magyarázata, amely szerint a heterozigozitás csökken, ha a mintavételezett csomók kellőképpen eltérnek egymástól (Elseth és Baumgardner, 1981).
A P. canariensis általános mintázatával ellentétben minden vegyes populáció heterozigozitási deficitet mutatott, kivéve a Barranco Angosturát, amely enyhe heterozigozitási többletet mutatott. A kismértékű heterozigozitási deficit a kihajtott fajoknál gyakran a kétpetéjű beltenyésztés következménye, különösen a kis populációkban vagy a térbeli genetikai struktúrát mutató populációkban (Sampson et al, 1988).
A termesztett állapothoz képest a P. dactylifera populációk miatt nem meglepő, hogy nem felelnek meg a Hardy-Weinberg-egyensúlyi arányoknak.
A fajok közötti genetikai kapcsolatok
A P. canariensis és P. dactylifera populációk között talált magas szintű allozimhasonlóság megfelel a közeli rokon fajoknál elvárt értékeknek (Gottlieb, 1981). Figyelembe véve a P. dactylifera kiterjedt elterjedését a Földközi-tenger térségében, elképzelhető, hogy a P. canariensis a közelmúltban a P. dactyliferával szoros rokonságban álló közös őstől származik. A P. dactyliferától való közelmúltbeli eltérés hipotézisét az is alátámasztja, hogy a P. canariensis allozimvariációja kisebb, mint a P. dactyliferáé, allélösszetétele a P. dactyliferában található allélok egy részhalmaza, egyedi allélok nélkül, és a két taxon között magas a genetikai azonosság; mindezek a jellemzők a közelmúltból származó fajokra jellemzőek (Purdy és Bayer, 1996). A P. canariensis izoenzimvariációjának értékeivel összhangban az endemikus növényfajok magas genetikai variációjának egyik okaként a széles körben elterjedt elődből való közelmúltbeli fajképződést javasolták (Loveless és Hamrick, 1988; Pleasants és Wendel, 1989). Így az izoenzimadatok alátámasztják Morici (1998) morfológiai érvelését a P. canariensis és a P. dactylifera szoros filogenetikai kapcsolatáról. A P. canariensis populációkban kimutatott nagyfokú genetikai változatosság azonban azt jelzi, hogy egynél több kolonizációs esemény is történhetett, ahogyan azt Francisco-Ortega és munkatársai (2000) a különböző kanári endemikus fajok esetében javasolják.
A korábbi, morfológiai alapú bizonyítékokkal (Barrow, 1998) szoros összhangban a P. theophrasti közelebb áll a P. dactyliferához, mint a P. canariensishez a többváltozós ábrázolásban (2. ábra).
A P. canariensis és a P. dactylifera egyedek megkülönböztetésére sajnos nem sikerült specifikus és egyértelmű izoenzim molekuláris markereket szereznünk. A P. dactylifera esetében csak négy kizárólagos allélt mutattunk ki (Mdh1-c, Mdh1-e, Pgm2-c és Pgm2-e). Tekintettel azonban arra, hogy ezek egyike sem volt taxon-specifikus vagy akár monomorf, nem teljesültek azok az elvárásaink, hogy a taxonómiai körülírást jelző markerrel rendelkezzünk ezen a molekuláris elemzési szinten. Az izoenzim marker hiánya tovább erősíti a P. canariensis közelmúltbeli, a P. dactyliferához hasonló ősből való fajkialakulását. A 43 allél közül 39 közös volt mindkét vizsgált Phoenix-fajban, és ez bizonyítékot szolgáltat közös evolúciós történetükre. Egy nemrégiben végzett felmérésben a Cistus öt kanári taxonjában (Batista et al., 2001) kimutatott 25 allél közül 14 közös volt, ami alátámasztotta a köztük lévő szoros filogenetikai kapcsolatot. Hasonlóképpen, két hawaii Brighamia faj közötti szoros rokonságra következtettek abból, hogy a 22 allélból csak hatot osztottak meg (Gemmill et al, 1998).
A kizárólag a P. dactylifera és a vegyes populációk által megosztott allélok gyakorisága segíthet megbecsülni, hogy a datolyapálma egyedek milyen mértékben kerültek az utóbbiakba (Gallagher et al, 1997). Ezek a közös allélok minden esetben gyengén képviseltetik magukat a vegyes populációkban (0,000 és 0,319 közötti gyakorisággal), ami arra utal, hogy viszonylag kevés P. dactylifera példány került be. Ez az érv összhangban van az FST értékekkel, amelyek sokkal szorosabb genetikai kapcsolatot feltételeznek a P. canariensis és a kevert populációk között, mint bármelyikük és a P. dactylifera között (3. ábra).
Mivel a P. canariensis és a P. dactylifera esetében nem találtunk olyan különböző monomorf allélokat, amelyek heterozigozitásban voltak jelen a köztes morfológiai tulajdonságokkal rendelkező egyedekben, ez az allozim felmérés nem tudja alátámasztani a feltételezett hibrid egyedek létezését a természetben. Bár a molekuláris markerek hatékony eszközt jelentenek a hibrid taxonok azonosítására, még ez a megközelítés is kétértelmű eredményeket hozhat (Rieseberg, 1997). Egy taxon osztozhat molekuláris markereken rokon taxonokkal a polimorf ősből való fajmegmaradást követő közös allélmegmaradás miatt (szimplesiomorfia). Ezt a jelenséget vonalválogatásnak is nevezik, amikor a génvonal-adatokkal összefüggésben tárgyalják (Avise, 1994; Rieseberg, 1997). Emellett a kizárólagos molekuláris markerek megtalálásának valószínűsége a divergencia óta eltelt idő csökkenésével csökken. Következésképpen általában könnyebb elvetni a hibrid eredet hipotézisét, mint megerősíteni azt molekuláris adatsorokkal.
A PCA (2. ábra) egyértelműen elkülönítette a P. dactylifera és a P. canariensis fajokat, és szorosabb kapcsolatot mutatott az utóbbi faj és a kevert populációk között. Általánosságban elmondható, hogy a kevert populációkban a P. canariensiś egyedek aránya meghaladja a P. dactyliferás egyedekét, ami valószínűleg hozzájárul a P. canariensis és a kevert populációk közötti szorosabb genetikai kapcsolathoz.
Mivel a hibridek a szülői és köztes karakterek mozaikja (Rieseberg és Ellstrand, 1993), lehetséges, hogy az általunk morfológiailag köztesnek jellemzett egyedek egy része valójában a P. canariensis különböző ökotípusai. A morfológiailag köztes egyedek lehetnek olyan F2 vagy későbbi generációknak megfelelő hibrid utódok is, amelyek a tiszta P. canariensishez való visszakeresztezéssel elvesztették a P. dactylifera alléljait. Mivel a legtöbb génáramlás a hibrid és egyetlen szülő (P. canariensis) között történik, a szegregáló generációk többnyire előrehaladott generációs visszakereszteződések lesznek, és a legkompatibilisebb szülőre (P. canariensis) jellemző multilokusz asszociációkkal rendelkeznek, amint azt korábban javasolták (Rieseberg et al, 1989; Arnold et al, 1991; Nason et al, 1992; Rieseberg és Ellstrand, 1993). Ezenkívül a rekombinánsok elleni szelekciónak intenzívnek kell lennie a hibridzónákban; ezért a túlélő egyedek azok lennének, amelyek megtartották az egyik szülő ökológiai tulajdonságait, mint például a visszakereszteződések (Anderson, 1998). Mivel adataink nem nyújtanak betekintést abba, hogy a P. canariensis és a P. dactylifera között történik-e hibridizáció, nem tudjuk elvetni a két magyarázat egyikét sem.
A P. dactylifera populációit La Gomerán nem írták le (Izquierdo et al, 2001), ezért az erősen differenciált VP és HY hibrid eredete valószínűtlennek tűnik. Ezért, amíg nem végeznek további vizsgálatokat ezeken a populációkon, biztonságosabbnak tűnik, ha magas genetikai differenciáltságukat elsősorban a genetikai sodródás és a hosszú izolációs múlt együttes eredményeként értelmezzük.
A P. dactylifera kanári-szigeteki elterjedési területén észlelt magasabb fokú genetikai differenciáltság (FST=0.252) valószínűleg a génáramlás alacsony szintjét tükrözi, a betelepített datolyapálmák eltérő földrajzi eredetével együtt.
Fenntartási vonatkozások
A munka egyik célja az volt, hogy a P. canariensis genetikai variabilitásának mértékére és eloszlására vonatkozó információkat felhasználjuk a védelmi stratégiák megvalósításához. Szerencsére a P. canariensisben jelenlévő nagyfokú genetikai változatosság biztató a természetvédelmi erőfeszítések szempontjából, mivel segíthet a populációkban a szelekció és az esetleges beltenyésztés hatásainak pufferelésében (Travis et al, 1996). Mivel a P. canariensis magas genetikai variabilitásának nagy része a populációkon belül is fennmarad, az “in situ” megőrzési stratégiák egyik legfontosabb célkitűzése kell, hogy legyen a fragmentáció elkerülése a genetikai variabilitás csökkenésének megakadályozása érdekében, a populációk közötti genetikai csere megszűnése miatt. Mivel nem lehet olyan rezervátumot kialakítani, amely a P. canariensis összes populációját magában foglalja egy adott előfordulási szigeten, több kis ökológiai rezervátum létrehozása e faj számára a leghatékonyabb lehet a beltenyésztés és a genetikai sodródás megakadályozására (Hawkes et al., 1997), különösen, ha ezeket a rezervátumokat összehangolt módon kezelik a génáramlás elősegítése érdekében. Ideális esetben ezeknek a rezervátumoknak magukban kell foglalniuk a P. canariensis polimorfabb populációit, mivel ez a stratégia növeli a környezeti változások túlélésének lehetőségét (Lande és Schemske, 1985; Charlesworth és Charlesworth, 1987). E kritérium alapján a Rambla de Castro (RC; Ho=0,249, He=0,244) és a La Sorrueda (LS; Ho=0,187, He=0,216) populációk lennének a legmegfelelőbb kezelési célpontok Tenerifén, illetve Gran Canarián.
A mag- és csíraplazma gyűjtésén és génbankokban való megőrzésén alapuló genetikai megőrzési stratégiák szükségesek bármely veszélyeztetett növény ex situ megőrzéséhez. Az RC populáció a legjobb jelölt az e célból történő mintavételre, mivel az allozim variáció alapvető mutatóinak magasabb értékeit mutatja.
Az átültetést két különböző populáció között ebben a szakaszban két fontos okból határozottan el kell kerülni. Először is, a morfológiailag köztes egyedeket nem tudjuk egyértelműen a P. canariensishez vagy a P. dactyliferához rendelni, és nem tudunk különbséget tenni egyik faj fiatalkorú egyedei között sem. Másodszor, a genetikailag különböző P. canariensis-populációk keveredése az outbreeding depresszió veszélyét rejti magában, amely a fitnesz csökkenését eredményezi a helyi adaptációk elvesztése vagy a koadaptált génkomplexek felbomlása miatt (Storfer, 1999).
Bár az outbreeding depresszió általában a fitneszhez kapcsolódó tulajdonságok, például a terméstermés, a túlélőképesség vagy a magcsírázóképesség értékének csökkenésében nyilvánul meg, gyakran a heterozigozitás csökkenését eredményezi a kitenyésztett populációkban (Fenster és Galloway, 2000). Ezzel az előrejelzéssel ellentétben a vegyes populációk (ahol a kitelepítés több generáción keresztül folytatódhatott) sokkal magasabb átlagos heterozigozitási értékeket mutatnak (He=0,254, Ho=0,239), mint a P. canariensis (He=0,158, Ho=0,179). Ezért izozim adataink nem szolgáltatnak bizonyítékot arra, hogy a P. dactylifera példányok P. canariensis populációkba történő történelmi átültetése veszélyeztette volna a populáció túlélését. Ugyanakkor szem előtt kell tartanunk, hogy az elszaporodási depresszió hatásai csak hosszú idő múlva jelentkezhetnek, és akár több generációs heterózis is megelőzheti őket. Figyelemre méltó, hogy Fenster és Galloway (2000) a Chamaecrista fasciculata (Fabaceae) esetében jelentős heterozigozitásvesztést és öt fitneszhez kapcsolódó tulajdonság csökkenését észlelte mindössze három generációs keresztezés után, ahol az első generáció messze felülmúlta bármelyik szülői vonalat. Így a kevert Phoenix-populációk megfelelő demográfiai adatainak megléte döntő fontosságú lenne az outbreeding depresszió felderítéséhez.
A közelmúltban kimutatták, hogy a hibridizációnak a növényi sokféleség megőrzése szempontjából jótékony és káros következményei is vannak, egyes esetekben a sokféleség növekedéséhez, más esetekben pedig a populációk vagy fajok genetikai elárasztás általi lehetséges kipusztulásához vezetnek. Ez akkor következik be, amikor egy helyileg ritka faj elveszíti genetikai integritását, és a hibridizáció és introgresszió ismétlődő eseményei következtében beolvad egy helyileg gyakori fajba (Rieseberg, 1991; Ellstrand, 1992; Ellstrand et al, 1999).
A P. canariensis védelmének egyik célja olyan molekuláris marker keresése kell legyen, amely képes egyértelműen megkülönböztetni a P. canariensis és P. dactylifera egyedeket a feltételezett hibridektől. Mivel izozim-elektroforézissel nem sikerült ilyen molekuláris markereket találnunk, és figyelembe véve, hogy az izozim-markerek mutációs rátája általában alacsonyabb, mint a DNS-markereké (Li, 1997; Yan et al, 1999), a DNS-markerek lesznek a legjobb jelöltek a két fajhoz tartozó egyedek megkülönböztetésére.
A két fajhoz tartozó egyedek megkülönböztetésére.