Allozyme diversiteit binnen en tussen populaties
Er werd een hoge mate van genetische variatie gevonden in P. canariensis populaties (A=1.59, P=41.8), vergelijkbaar met de waarden die verwacht worden voor monocotyledonen (A=1.66, P=40.3) en voor soorten met sexuele voortplanting (A=1.53, P=34.9), maar hoger dan die voor endemische soorten (A=1.39, P=26.3) (Hamrick en Godt, 1990). De gemiddelde niveaus van verwachte heterozygositeit, de meer integratieve maat, in P. canariensis (He=0.158), waren hoger dan die gevonden in de meeste andere soorten binnen de Arecaceae. Hoewel Eguiarte et al. (1992) een vergelijkbare waarde als die van P. canariensis vonden in de regenwoudpalm Astrocaryum mexicanum (He=0.153), werden lagere waarden beschreven in Carpentaria acuminata, (He=0.143), Ptychosperma bleeseri (He=0,006) en Pinanga tenella (He=0,133) (Shapcott, 1998a, 1998b, 1999) en in Washingtonia filifera (He=0,008) (McClenaghand and Beauchamp, 1986). Dit resultaat stemt overeen met andere studies die een hogere genetische diversiteit aantonen in endemische planten van de Canarische Eilanden dan in die van andere oceanische eilanden (Francisco-Ortega et al., 2000; Batista et al., 2001; Batista en Sosa, 2002; Bouza et al., 2002). Over het geheel genomen vertoonden de drie groepen populaties hogere waarden voor genetische variabiliteit dan soorten met vergelijkbare levensgeschiedeniskenmerken (eenzaadlobbigen, endemische soorten en soorten met seksuele voortplanting). Het niveau van genetische variatie dat in de geanalyseerde P. dactylifera populaties werd vastgesteld, was echter lager dan door andere auteurs (b.v. Bennaceur et al, 1991) in dadelpalmcultivars werd beschreven.
Eerdere onderzoekers voorspelden dat hybride taxa genetisch meer variabel zouden zijn en een groter evolutionair potentieel zouden hebben dan hun ouderlijke soorten, omdat zij de allelen van beide ouders zouden combineren (Rieseberg, 1997). In ons geval vertoonden de gemengde populaties hogere niveaus van genetische diversiteit dan P. canariensis en iets hoger dan P. dactylifera populaties (Tabel 1). Niettegenstaande het aantal individuen van elke Phoenix soort, zijn er andere factoren die het diversiteitsniveau in de gemengde populaties zouden kunnen beïnvloeden. Deze zouden kunnen zijn de mate van genetische differentiatie tussen beide soorten, het kweeksysteem, de mogelijke hybridisatie tussen P. canariensis en P. dactylifera, en historische contingentie.
De meeste genetische variatie in P. canariensis wordt behouden binnen populaties (%Hs=75.12), zoals verwacht voor overwegend uitkruisende soorten (Hamrick en Godt, 1990). Bij P. dactylifera werd een vergelijkbaar percentage genetische variatie binnen populaties gehandhaafd (%Hs=79,48). De waarschijnlijke reden voor de hoge intrapopulationele genendiversiteit van de gemengde populaties (%Hs=85,59) is de heterogene genetische samenstelling die in deze verstoorde populaties naast elkaar bestaat.
Populatie genetische structuur
Over het geheel genomen bleek geen van de geanalyseerde P. canariensis populaties te voldoen aan de Hardy-Weinberg verhoudingen. Met uitzondering van Acusa en La Sorrueda vertoonden alle Canarische dadelpalmpopulaties een heterozygotie-overschot (tabel 1). Een overmaat aan heterozygositeit kan het gevolg zijn van willekeurige stochastische gebeurtenissen of het gevolg van balancerende selectie die een hoge heterozygositeit bevordert (Linhart et al, 1981; Waser, 1987; Eguiarte et al, 1992). Hoewel wij geen afdoende gegevens hebben om een van beide mogelijkheden te verwerpen, is het hoogst onwaarschijnlijk dat de meeste P. canariensis populaties een overmaat aan heterozygoten hebben door drift alleen.
Populaties van Acusa en La Sorrueda vertoonden een tekort aan heterozygositeit. Dit was niet significant in Acusa, waar afwijkingen van het Hardy-Weinberg-evenwicht voornamelijk te wijten zouden kunnen zijn aan stochastische factoren die samenhangen met de kleine omvang (N=25). In La Sorrueda pleit de verdeling van de specimens in verschillende kluiten die ver uit elkaar liggen (100-300 m) voor het optreden van het Wahlund-effect als de meest waarschijnlijke verklaring van het waargenomen heterozygotekort, waarbij de heterozygositeit vermindert als de bemonsterde kluiten voldoende van elkaar zijn gescheiden (Elseth en Baumgardner, 1981).
In tegenstelling tot het algemene patroon voor P. canariensis vertoonden alle gemengde populaties een heterozygositeitstekort, behalve de Barranco Angostura, die een lichte heterozygositeitsexces vertoonde. Kleine heterozygositeitstekorten bij uitbrekende soorten zijn vaak een gevolg van biparentale inteelt, vooral bij kleine populaties of bij populaties met een ruimtelijke genetische structuur (Sampson et al, 1988).
Over de gecultiveerde toestand van de P. dactylifera populaties, is het niet verwonderlijk dat ze niet voldoen aan de Hardy-Weinberg evenwichtsverhoudingen.
Genetische verwantschappen binnen de soorten
De hoge mate van allozyme overeenkomst die gevonden is tussen P. canariensis en P. dactylifera populaties komt overeen met de waarden die verwacht worden voor nauw verwante soorten (Gottlieb, 1981). Gezien de grote verspreiding van P. dactylifera in het Middellandse-Zeegebied, is het mogelijk dat P. canariensis recent is afgeleid van een gemeenschappelijke voorouder die nauw verwant is aan P. dactylifera. De hypothese van een recente divergentie van P. dactylifera wordt extra ondersteund door het feit dat P. canariensis minder allozymevariatie vertoont dan P. dactylifera, dat zijn allelische samenstelling een subset is van die van P. dactylifera, zonder unieke allelen, en dat er een hoge genetische identiteit is tussen beide taxa; al deze kenmerken zijn kenmerkend voor recent afgeleide soorten (Purdy en Bayer, 1996). In overeenstemming met de waarden van de isozymenvariatie in P. canariensis, is recente speciatie vanuit een wijdverspreide stamvader voorgesteld als een van de oorzaken van hoge genetische variatie in endemische plantensoorten (Loveless en Hamrick, 1988; Pleasants en Wendel, 1989). De isozymegegevens ondersteunen dus Morici’s (1998) morfologische argument van een nauwe fylogenetische verwantschap van P. canariensis met P. dactylifera. De hoge niveaus van genetische variatie die in de populaties van P. canariensis zijn ontdekt, wijzen er echter op dat er meer dan één kolonisatiegebeurtenis zou kunnen hebben plaatsgevonden, zoals Francisco-Ortega et al. (2000) suggereren voor verschillende Canarische endemen.
In nauwe overeenstemming met eerdere bewijzen op basis van morfologie (Barrow, 1998), staat P. theophrasti dichter bij P. dactylifera dan bij P. canariensis in de multivariate weergave (Figuur 2).
Gelukkig genoeg konden we geen specifieke en ondubbelzinnige isozyme moleculaire merkers verkrijgen om P. canariensis en P. dactylifera individuen van elkaar te onderscheiden. Slechts vier exclusieve allelen werden gedetecteerd bij P. dactylifera (Mdh1-c, Mdh1-e, Pgm2-c en Pgm2-e). Aangezien geen van deze allelen taxonspecifiek of zelfs monomorf was, is niet voldaan aan onze verwachting dat we op dit moleculaire analyseniveau een marker voor taxonomische circumscriptie zouden hebben. Het ontbreken van een isozyme marker ondersteunt verder een recente speciatie van P. canariensis uit een voorouder gelijkend op P. dactylifera. Van de 43 allelen waren er 39 gemeenschappelijk voor beide geanalyseerde Phoenix-soorten, en dit levert bewijs voor hun gedeelde evolutionaire geschiedenis. In een recent onderzoek werd het delen van 14 van de in totaal 25 allelen die in vijf Canarische taxa van Cistus werden gevonden (Batista et al, 2001) gebruikt om de nauwe fylogenetische verwantschap tussen deze soorten te ondersteunen. Evenzo werd een nauwe verwantschap tussen twee Brighamia soorten uit Hawaii afgeleid uit het feit dat zij slechts zes van de 22 allelen deelden (Gemmill et al, 1998).
De frequentie van de allelen die exclusief gedeeld worden door P. dactylifera en de gemengde populaties kan ons helpen bij het schatten van de mate waarin dadelpalm-individuen geïntroduceerd werden in de laatstgenoemde populaties (Gallagher et al, 1997). In alle gevallen zijn deze gedeelde allelen slecht vertegenwoordigd in de gemengde populaties (met frequenties van 0,000 tot 0,319), wat suggereert dat een relatief laag aantal P. dactylifera specimens werd geïntroduceerd. Dit argument is coherent met de FST-waarden, die een veel nauwere genetische verwantschap impliceren tussen P. canariensis en de gemengde populaties dan tussen één van beide en P. dactylifera (Figuur 3).
Gezien het feit dat we bij P. canariensis en P. dactylifera geen verschillende monomorfe allelen detecteerden die in heterozygositeit aanwezig waren bij individuen met intermediaire morfologische kenmerken, kan dit allozyme-onderzoek het bestaan van vermeende hybride individuen in de natuur niet hard maken. Hoewel moleculaire merkers een krachtig instrument zijn om hybride taxa te identificeren, kan zelfs deze aanpak dubbelzinnige resultaten opleveren (Rieseberg, 1997). Een taxon kan moleculaire merkers delen met verwante taxa als gevolg van het gezamenlijk behoud van allelen na soortvorming vanuit een polymorfe voorouder (symplesiomorfie). Dit fenomeen wordt ook lineage sorting genoemd wanneer het besproken wordt in de context van gen-lineagegegevens (Avise, 1994; Rieseberg, 1997). Bovendien neemt de waarschijnlijkheid om exclusieve moleculaire markers te vinden af naarmate de tijd sinds divergentie afneemt. Bijgevolg is het gewoonlijk gemakkelijker de hypothese van hybride oorsprong te verwerpen dan ze te bevestigen met moleculaire gegevensreeksen.
De PCA (Figuur 2) scheidde P. dactylifera en P. canariensis duidelijk, en toonde een nauwere verwantschap tussen de laatste soort en de gemengde populaties. In het algemeen is het percentage P. canariensiś individuen in de gemengde populaties groter dan dat van P. dactyliferás, wat waarschijnlijk bijdraagt tot de nauwere genetische verwantschap tussen P. canariensis en de gemengde populaties.
Omdat hybriden een mozaïek zijn van ouderlijke en intermediaire kenmerken (Rieseberg en Ellstrand, 1993), is het mogelijk dat sommige van de individuen die wij als morfologisch intermediair hebben gekarakteriseerd, in feite verschillende ecotypen van P. canariensis zijn. Ook kunnen morfologisch intermediaire individuen hybride nakomelingen zijn die overeenkomen met F2 of latere generaties die P. dactylifera allelen verloren hebben door terugkruising met zuivere P. canariensis. Aangezien de meeste genenstroom plaatsvindt tussen de hybride en een enkele ouder (P. canariensis), zullen de segregerende generaties meestal terugkruisingen van gevorderde generaties zijn en multilocus associaties hebben die typisch zijn voor de meest compatibele ouder (P. canariensis), zoals eerder gesuggereerd (Rieseberg et al, 1989; Arnold et al, 1991; Nason et al, 1992; Rieseberg en Ellstrand, 1993). Bovendien zou de selectie tegen recombinanten intens moeten zijn in hybride zones; daarom zouden de overlevende individuen diegenen zijn die de ecologische eigenschappen van één ouder behielden, zoals terugkruisingen (Anderson, 1998). Aangezien onze gegevens geen inzicht bieden in de vraag of hybridisatie tussen P. canariensis en P. dactylifera voorkomt, kunnen we geen van beide verklaringen verwerpen.
Populaties van P. dactylifera zijn niet beschreven in La Gomera (Izquierdo et al, 2001) en daarom lijkt een hybride oorsprong van de sterk gedifferentieerde VP en HY onwaarschijnlijk. Daarom lijkt een hybride oorsprong van de sterk gedifferentieerde VP en HY onwaarschijnlijk. Totdat aanvullende studies van deze populaties zijn uitgevoerd, lijkt het veiliger om hun hoge genetische differentiatie hoofdzakelijk te interpreteren als het resultaat van genetische drift in combinatie met een lange geschiedenis van isolatie.
De hogere mate van genetische differentiatie die binnen het Canarische verspreidingsgebied van P. dactylifera is vastgesteld (FST=0.252) weerspiegelt waarschijnlijk een lage mate van genenstroom in combinatie met een verschillende geografische oorsprong van de geïntroduceerde dadelpalmen.
Gevolgen voor het behoud
Een van de doelen van dit werk was om de informatie over de mate en verspreiding van genetische variabiliteit in P. canariensis te gebruiken voor de implementatie van behoudsstrategieën. Gelukkig zijn de hoge niveaus van genetische diversiteit in P. canariensis bemoedigend voor de pogingen tot instandhouding, omdat zij zouden moeten helpen om de effecten van selectie en mogelijke inteelt in de populaties te bufferen (Travis et al, 1996). Aangezien het grootste deel van de grote genetische variabiliteit bij P. canariensis behouden blijft binnen populaties, moet het vermijden van fragmentatie om verlies van genetische variabiliteit door een stopzetting van de genetische uitwisseling tussen populaties te voorkomen, een cruciale inzet zijn voor strategieën van behoud “in situ”. Aangezien het niet mogelijk is een reservaat te creëren dat alle populaties van P. canariensis op een bepaald eiland van voorkomen omvat, zou het instellen van meerdere kleine ecologische reservaten voor deze soort het meest effectief moeten zijn om inteelt en genetische drift tegen te gaan (Hawkes et al, 1997), vooral als deze reservaten op een gecoördineerde manier worden beheerd om genenstroom te vergemakkelijken. Idealiter zouden deze reservaten de meer polymorfe populaties van P. canariensis moeten omvatten, aangezien deze strategie het vermogen om veranderingen in het milieu te overleven zal vergroten (Lande en Schemske, 1985; Charlesworth en Charlesworth, 1987). Volgens dit criterium zouden de populaties Rambla de Castro (RC; Ho=0.249, He=0.244) en La Sorrueda (LS; Ho=0.187, He=0.216) de meest geschikte beheersdoelen zijn op respectievelijk Tenerife en Gran Canaria.
Genetische behoudsstrategieën gebaseerd op het verzamelen van zaad en germplasma en het bewaren in genenbanken zijn noodzakelijk voor het behoud ex situ van elke bedreigde plant. De populatie van RC is de beste kandidaat voor bemonstering voor dit doel, aangezien zij de hoogste waarden vertoont van de basisindicatoren van allozymevariatie.
In dit stadium moet transplantatie tussen twee verschillende populaties sterk worden ontraden om twee belangrijke redenen. Ten eerste kunnen we de morfologisch intermediaire individuen niet ondubbelzinnig toeschrijven aan P. canariensis of P. dactylifera, noch kunnen we een onderscheid maken tussen juveniele individuen van een van beide soorten. En ten tweede kan de vermenging van genetisch verschillende populaties van P. canariensis het risico inhouden van outbreeding depressie, waarbij een vermindering in fitness optreedt door het verlies van lokale aanpassingen of het uiteenvallen van coadaptatie genencomplexen (Storfer, 1999).
Hoewel outbreeding depressie zich meestal manifesteert door de afname van de waarde van fitness-gerelateerde eigenschappen zoals fruitproductie, overleving of zaadkieming, resulteert het vaak in een verlies aan heterozygositeit in de outbred populaties (Fenster en Galloway, 2000). In tegenstelling tot deze voorspelling vertonen de gemengde populaties (waar de uitzaaiing gedurende verschillende generaties kan hebben plaatsgevonden) veel hogere gemiddelde heterozygositeitswaarden (He=0,254, Ho=0,239) dan P. canariensis (He=0,158, Ho=0,179). Onze isozymegegevens leveren dus geen bewijs dat de historische transplantatie van P. dactylifera specimens in de populaties van P. canariensis de overleving van de populatie in gevaar bracht. We moeten echter in gedachten houden dat het lang kan duren voor de effecten van outbreeding depressie zich manifesteren en dat er zelfs verschillende generaties van heterosis aan vooraf kunnen gaan. Opmerkelijk is dat Fenster en Galloway (2000) bij Chamaecrista fasciculata (Fabaceae) een significant verlies van heterozygositeit en een afname van vijf fitness-gerelateerde eigenschappen constateren na slechts drie generaties van outbred-kruisingen, waarbij de eerste generatie het veel beter deed dan beide ouderlijnen. Het hebben van adequate demografische gegevens voor de gemengde Phoenix-populaties zou dus van cruciaal belang zijn voor het opsporen van inteeltdepressie.
Hybridisatie heeft onlangs aangetoond zowel gunstige als schadelijke gevolgen te hebben voor het behoud van de plantendiversiteit, wat in sommige gevallen leidt tot een grotere diversiteit en in andere tot het mogelijk uitsterven van populaties of soorten door genetische overwoekering. Dit gebeurt wanneer een plaatselijk zeldzame soort zijn genetische integriteit verliest en geassimileerd wordt met een plaatselijk algemene soort als gevolg van herhaalde gebeurtenissen van hybridisatie en introgressie (Rieseberg, 1991; Ellstrand, 1992; Ellstrand et al, 1999).
Een van de doelen van het behoud van P. canariensis zou het zoeken moeten zijn naar een moleculaire merker die in staat is om ondubbelzinnig P. canariensis en P. dactylifera individuen te onderscheiden van hun vermeende hybriden. Aangezien we er niet in geslaagd zijn om deze moleculaire merkers te vinden door middel van isozyme elektroforese, en gezien het feit dat de mutatiegraad van isozyme merkers gewoonlijk lager is dan die van DNA merkers (Li, 1997; Yan et al, 1999), zullen DNA merkers de beste kandidaten zijn om onderscheid te maken tussen individuen die tot beide soorten behoren.