Allozymdiversitet inom och mellan populationer
En hög grad av genetisk variation hittades hos P. canariensis-populationer (A=1,59, P=41,8), som liknar de värden som förväntas för monokotyledoner (A=1,66, P=40,3) och för arter med sexuell reproduktion (A=1,53, P=34,9), men är högre än för endemiska arter (A=1,39, P=26,3) (Hamrick och Godt, 1990). Genomsnittliga nivåer av förväntad heterozygositet, det mer integrerande måttet, i P. canariensis (He=0,158), var högre än de som hittades hos de flesta andra arter inom Arecaceae. Även om Eguiarte et al. (1992) fann ett liknande värde som P. canariensis hos regnskogspalmen Astrocaryum mexicanum (He=0,153), beskrevs lägre värden hos Carpentaria acuminata (He=0,153).143), Ptychosperma bleeseri (He=0,006) och Pinanga tenella (He=0,133) (Shapcott, 1998a, 1998b, 1999) och i Washingtonia filifera (He=0,008) (McClenaghand och Beauchamp, 1986). Detta resultat stämmer överens med andra studier som visar att den genetiska mångfalden är högre hos de kanariska endemiska växterna än hos dem som finns på andra öar i havet (Francisco-Ortega et al, 2000; Batista et al, 2001; Batista och Sosa, 2002; Bouza et al, 2002). På det hela taget uppvisade de tre grupperna av populationer högre värden för genetisk variabilitet än arter med liknande livshistoriska egenskaper (monokotyledoner, endemiska arter och arter med sexuell reproduktion). De genetiska variationsnivåer som upptäcktes i de analyserade P. dactylifera-populationerna var dock lägre än vad som beskrivits av andra författare (t.ex. Bennaceur et al, 1991) i dadelpalmsodlingar.
Förre forskare förutspådde att hybridtaxa skulle vara mer variabla genetiskt och ha större evolutionär potential än sina föräldraarter eftersom de skulle kombinera allelerna från båda föräldrarna (Rieseberg, 1997). I vårt fall uppvisade blandade populationer högre nivåer av genetisk mångfald än P. canariensis och något högre än P. dactylifera-populationer (tabell 1). Trots antalet individer av varje Phoenix-art finns det andra faktorer som kan påverka mångfaldsnivåerna i de blandade populationerna. Dessa kan innefatta graden av genetisk differentiering mellan de båda arterna, uppfödningssystemet, den möjliga hybridiseringen mellan P. canariensis och P. dactylifera och historiska tillfälligheter.
Den största delen av den genetiska variationen hos P. canariensis bibehålls inom populationerna (%Hs=75,12), vilket är förväntat för arter som huvudsakligen korsar sig ut (Hamrick och Godt, 1990). En liknande procentuell andel av den genetiska variationen bibehölls inom populationer hos P. dactylifera (%Hs=79,48). Den troliga orsaken till den höga intrapopulära gendiversitet som uppvisas av de blandade populationerna (%Hs = 85,59) är de heterogena genetiska sammansättningar som samexisterar i dessa störda populationer.
Populationens genetiska struktur
På det hela taget befanns ingen av de analyserade P. canariensis-populationerna överensstämma med Hardy-Weinberg-proportionerna. Med undantag för Acusa och La Sorrueda uppvisade alla de kanariska dadelpalmspopulationerna ett överskott av heterozygoter (tabell 1). Ett överskott av heterozygositet kan vara ett möjligt resultat av slumpmässiga stokastiska händelser eller en följd av balanserande urval som främjar hög heterozygositet (Linhart et al, 1981; Waser, 1987; Eguiarte et al, 1992). Även om vi inte har slutgiltiga uppgifter som gör att vi kan utesluta någon av dessa möjligheter, är det högst osannolikt att de flesta P. canariensis-populationer har ett överskott av heterozygoter enbart på grund av drift.
Populationer från Acusa och La Sorrueda uppvisade ett underskott av heterozygotitet. Detta var inte signifikant i Acusa, där avvikelser från Hardy-Weinberg-jämvikt främst kan bero på stokastiska faktorer i samband med dess lilla storlek (N=25). I La Sorrueda talar fördelningen av exemplar i flera klumpar som är avsevärt åtskilda i rummet (100-300 m) för att Wahlund-effekten är den troligaste förklaringen till det observerade heterozygositetsunderskottet, som innebär att heterozygositeten minskar om klumparna i provet har divergerat tillräckligt mycket (Elseth och Baumgardner, 1981).
I motsats till det allmänna mönstret för P. canariensis uppvisade alla blandade populationer ett heterozygositetsunderskott utom Barranco Angostura, som uppvisade ett litet överskott av heterozygositet. Små heterozygositetsunderskott hos arter som förökar sig är ofta en följd av biparental inavel, särskilt i små populationer eller i populationer som uppvisar en rumslig genetisk struktur (Sampson et al., 1988).
I samband med det odlade tillståndet hos P. dactylifera-populationerna är det inte förvånande att de inte överensstämmer med Hardy-Weinberg-jämviktsproportionerna.
Genetiska relationer inom mellan arter
Den höga nivån av allozymlikhet som hittats bland P. canariensis- och P. dactylifera-populationerna stämmer överens med de värden som förväntas för närbesläktade arter (Gottlieb, 1981). Med tanke på den omfattande spridningen av P. dactylifera i Medelhavsområdet är det möjligt att P. canariensis nyligen härstammar från en gemensam förfader som är nära besläktad med P. dactylifera. Hypotesen om en nyligen inträffad divergens från P. dactylifera får ytterligare stöd av det faktum att P. canariensis har mindre allozymvariation än P. dactylifera, att dess alleluppsättning är en delmängd av den som återfinns hos P. dactylifera, utan några unika alleler, och att det finns en hög genetisk identitet mellan de båda taxa; alla dessa egenskaper är karakteristiska för nyligen härledda arter (Purdy och Bayer, 1996). I överensstämmelse med värdena för isozymvariation hos P. canariensis har nyligen genomförd artbildning från en utbredd stamfader föreslagits som en av orsakerna till hög genetisk variation hos endemiska växtarter (Loveless och Hamrick, 1988; Pleasants och Wendel, 1989). Isozymdata stärker således Moricis (1998) morfologiska argument för ett nära fylogenetiskt släktskap mellan P. canariensis och P. dactylifera. De höga nivåerna av genetisk variation som upptäckts i P. canariensis-populationer tyder dock på att mer än en kolonisationshändelse kan ha ägt rum, vilket Francisco-Ortega et al (2000) föreslagit för olika kanariska endemiska arter.
I nära överensstämmelse med tidigare bevis baserade på morfologi (Barrow, 1998), P. theophrasti närmare P. dactylifera än P. canariensis i den multivariata representationen (figur 2).
Tyvärr kunde vi inte få fram specifika och entydiga molekylära isozymmarkörer för att särskilja P. canariensis och P. dactylifera individer. Endast fyra exklusiva alleler upptäcktes hos P. dactylifera (Mdh1-c, Mdh1-e, Pgm2-c och Pgm2-e). Med tanke på att ingen av dessa var taxonspecifik eller ens monomorf, uppfylldes dock inte våra förväntningar på att få en markör för taxonomisk avgränsning på denna molekylära analysnivå. Avsaknaden av en isozymmarkör stöder ytterligare en ny artbildning av P. canariensis från en förfader som liknar P. dactylifera. Av de 43 allelerna var 39 gemensamma för båda de analyserade Phoenix-arterna, vilket visar att de har en gemensam evolutionär historia. I en nyligen genomförd undersökning användes det faktum att 14 av de totalt 25 alleler som upptäcktes hos fem kanariska taxa av Cistus (Batista et al., 2001) var gemensamma för att stödja det nära fylogenetiska förhållandet mellan dem. På samma sätt kunde ett nära släktskap mellan två Brighamia-arter från Hawaii härledas från att de endast delade sex alleler av 22 (Gemmill et al, 1998).
Frekvensen av de alleler som uteslutande delas av P. dactylifera och de blandade populationerna kan hjälpa oss att uppskatta i vilken grad dadelpalmsindivider har introducerats i de sistnämnda (Gallagher et al, 1997). I samtliga fall är dessa delade alleler svagt representerade i de blandade populationerna (med frekvenser från 0,000 till 0,319), vilket tyder på att ett relativt lågt antal exemplar av P. dactylifera introducerades. Detta argument stämmer överens med FST-värdena, som innebär ett mycket närmare genetiskt släktskap mellan P. canariensis och de blandade populationerna än mellan någon av dessa och P. dactylifera (figur 3).
Med tanke på att vi inte upptäckte olika monomorfiska alleler hos P. canariensis och P. dactylifera som förekom i heterozygotitet hos individer med intermediära morfologiska egenskaper, kan denna allozymundersökning inte styrka existensen av förmodade hybridindivider i naturen. Även om molekylära markörer utgör ett kraftfullt verktyg för att identifiera hybridtaxa kan även detta tillvägagångssätt ge tvetydiga resultat (Rieseberg, 1997). Ett taxon kan dela molekylära markörer med besläktade taxa på grund av att alleler behålls gemensamt efter artbildning från en polymorf förfader (symplesiomorfi). Detta fenomen har också kallats för släktskapssortering när det diskuteras i samband med genetiska släktskapsdata (Avise, 1994; Rieseberg, 1997). Dessutom minskar sannolikheten att hitta exklusiva molekylära markörer när tiden sedan divergensen minskar. Följaktligen är det vanligtvis lättare att förkasta hypotesen om hybridursprung än att bekräfta den med hjälp av molekylära datamängder.
PCA:n (figur 2) separerade tydligt P. dactylifera och P. canariensis och visade ett närmare samband mellan den senare arten och de blandade populationerna. I allmänhet är andelen P. canariensiś-individer i de blandade populationerna större än andelen P. dactyliferás, vilket förmodligen bidrar ytterligare till det närmare genetiska förhållandet mellan P. canariensis och de blandade populationerna.
Med tanke på att hybrider är en mosaik av föräldrakaraktärer och intermediära karaktärer (Rieseberg och Ellstrand, 1993) är det möjligt att en del av de individer som vi karaktäriserat som morfologiskt intermediära i själva verket är olika ekotyper av P. canariensis. Dessutom kan morfologiskt intermediära individer vara hybridavkommor som motsvarar F2-generationer eller senare generationer som har förlorat P. dactylifera-alleler genom återkorsning till ren P. canariensis. Eftersom det mesta genflödet sker mellan hybriden och en enda förälder (P. canariensis) kommer de segregerande generationerna att vara mestadels bakåtkorsningar i den avancerade generationen och ha multilocusassociationer som är typiska för den mest kompatibla föräldern (P. canariensis), vilket har föreslagits tidigare (Rieseberg et al., 1989; Arnold et al., 1991; Nason et al., 1992; Rieseberg och Ellstrand, 1993). Dessutom bör urvalet mot rekombinanter vara intensivt i hybridzoner; därför skulle de överlevande individerna vara de som behåller de ekologiska egenskaperna hos den ena föräldern, t.ex. backcross (Anderson, 1998). Eftersom våra data inte ger en insikt om huruvida hybridisering mellan P. canariensis och P. dactylifera förekommer kan vi inte förkasta någon av de två förklaringarna.
Populationer av P. dactylifera har inte beskrivits på La Gomera (Izquierdo et al., 2001) och därför verkar det osannolikt med ett hybridursprung för de starkt differentierade VP och HY. Tills ytterligare studier av dessa populationer genomförs verkar det därför säkrare att tolka deras höga genetiska differentiering huvudsakligen som ett resultat av genetisk drift i kombination med en lång historia av isolering.
Den högre grad av genetisk differentiering som upptäckts inom det kanariska området av P. dactylifera (FST=0.252) återspeglar troligen låga nivåer av genflöde i kombination med olika geografiska ursprung hos de introducerade dadelpalmerna.
Amplikationer för bevarandet
Ett av syftena med detta arbete var att använda informationen om graden och fördelningen av den genetiska variabiliteten hos P. canariensis för genomförandet av bevarandestrategier. Lyckligtvis är de höga nivåerna av genetisk mångfald som finns hos P. canariensis uppmuntrande för bevarandeinsatser eftersom de bör bidra till att buffra effekterna av selektion och potentiell inavel i populationerna (Travis et al, 1996). Eftersom större delen av den höga genetiska variabiliteten hos P. canariensis bibehålls inom populationerna, måste det vara ett avgörande åtagande för bevarandestrategier ”in situ” att undvika fragmentering för att förhindra att den genetiska variabiliteten går förlorad genom att det genetiska utbytet mellan populationerna upphör. Eftersom det inte är möjligt att utforma ett reservat som omfattar alla populationer av P. canariensis på en viss ö där arten förekommer, bör inrättandet av flera små ekologiska reservat för denna art vara mest effektivt för att buffra inavel och genetisk drift (Hawkes et al., 1997), särskilt om dessa reservat förvaltas på ett samordnat sätt för att underlätta genflödet. Helst bör dessa reservat omfatta de mer polymorfiska populationerna av P. canariensis, eftersom denna strategi kommer att öka potentialen att överleva miljöförändringar (Lande och Schemske, 1985; Charlesworth och Charlesworth, 1987). Enligt detta kriterium skulle populationerna Rambla de Castro (RC; Ho=0,249, He=0,244) och La Sorrueda (LS; Ho=0,187, He=0,216) vara de bäst lämpade förvaltningsmålen på Teneriffa respektive Gran Canaria.
Genematiska bevarandestrategier baserade på insamling av frön och groddar och bevarande i genbanker är nödvändiga för ex situ-bevarande av alla hotade växter. Populationen i RC är den bästa kandidaten för provtagning i detta syfte, eftersom den uppvisar de högre värdena för de grundläggande indikatorerna för allozymvariation.
I detta skede måste man starkt avråda från transplantering mellan två olika populationer av två viktiga skäl. För det första kan vi varken tillskriva de morfologiskt intermediära individerna entydigt till P. canariensis eller P. dactylifera, eller skilja mellan juvenila individer av någon av arterna. För det andra kan en blandning av genetiskt skilda populationer av P. canariensis innebära en risk för avelsdepression, varigenom en minskad fitness uppstår på grund av förlust av lokala anpassningar eller upplösning av samanpassade genkomplex (Storfer, 1999).
Och även om avelsdepression vanligtvis manifesteras genom en minskning av värdet av fitnessrelaterade egenskaper såsom fruktproduktion, överlevnad eller fröspridning, resulterar den ofta i en förlust av heterozygositet i de avelsfria populationerna (Fenster och Galloway, 2000). I motsats till denna förutsägelse uppvisar de blandade populationerna (där avel kan ha pågått i flera generationer) mycket högre genomsnittliga heterozygositetsvärden (He=0,254, Ho=0,239) än P. canariensis (He=0,158, Ho=0,179). Våra isozymdata ger därför inga bevis för att historisk transplantering av P. dactylifera-exemplar till P. canariensis-populationer skulle ha äventyrat populationens överlevnad. Vi måste dock komma ihåg att effekterna av avelsdepression kan ta lång tid att manifestera och kan till och med föregås av flera generationer av heterosis. Anmärkningsvärt är att Fenster och Galloway (2000) upptäckte en betydande förlust av heterozygositet och en minskning av fem fitnessrelaterade egenskaper hos Chamaecrista fasciculata (Fabaceae) efter endast tre generationer av korsningar av främmande ras, där den första generationen vida överträffade någon av föräldralinjerna. Att ha adekvata demografiska data för de blandade Phoenix-populationerna skulle således vara avgörande för att upptäcka avelsdepression.
Hybridisering har nyligen visat sig ha både positiva och skadliga konsekvenser för bevarandet av växtdiversitet, vilket i vissa fall leder till ökad mångfald och i andra fall till att populationer eller arter eventuellt kan dö ut på grund av genetisk översvämning. Detta inträffar när en lokalt sällsynt art förlorar sin genetiska integritet och assimileras till en lokalt vanlig art som ett resultat av upprepade händelser av hybridisering och introgression (Rieseberg, 1991; Ellstrand, 1992; Ellstrand et al, 1999).
Ett av målen för bevarandet av P. canariensis bör vara att söka efter en molekylär markör som otvetydigt kan särskilja P. canariensis- och P. dactylifera-individer från deras förmodade hybrider. Eftersom vi inte har kunnat hitta dessa molekylära markörer genom isozymelektrofores och med tanke på att mutationsfrekvensen för isozymmarkörer vanligtvis är lägre än för DNA-markörer (Li, 1997; Yan et al, 1999), kommer DNA-markörer att vara de bästa kandidaterna för att särskilja individer som tillhör de båda arterna.