Details

Autor(en) / Beteiligte

• Budde, Katharina B.
• Rellstab, Christian
• Heuertz, Myriam
• Gugerli, Felix
• Hanika, Tom
• Verdú, Miguel
• Pausas, Juli G.
• González‐Martínez, Santiago C.

Titel

Divergent selection in a Mediterranean pine on local spatial scales

Ist Teil von

• The Journal of ecology, 2024-02, Vol.112 (2), p.278-290

Ort / Verlag

Oxford: Blackwell Publishing Ltd

Erscheinungsjahr

2024

Quelle

Wiley-Blackwell Full Collection

Beschreibungen/Notizen

• The effects of selection on an organism's genome are hard to detect on small spatial scales, as gene flow can swamp signatures of local adaptation. Therefore, most genome scans to detect signatures of environmental selection are performed on large spatial scales; however, divergent selection on the local scale (e.g. between contrasting soil conditions) has also been demonstrated, in particular for herbaceous plants. Here, we hypothesised that in topographically complex landscapes, microenvironment variability is strong enough to leave a selective footprint in the genomes of long‐lived organisms. To test this, we investigated paired south‐ versus north‐facing Pinus pinaster stands on the local scale, with trees growing in close vicinity (≤820 m distance between paired south‐ and north‐facing stands), in a Mediterranean mountain area. While trees on north‐facing slopes experience less radiation, trees on south‐facing slopes suffer from especially harsh conditions, particularly during the dry summer season. Two outlier analyses consistently revealed five putatively adaptive loci (out of 4034), in candidate genes two of which encoded non‐synonymous substitutions. Additionally, one locus showed consistent allele frequency differences in all three stand pairs indicating divergent selection despite high gene flow on the local scale. Permutation tests demonstrated that our findings were robust. Functional annotation of these candidate genes revealed biological functions related to abiotic stress response, such as water availability, in other plant species. Synthesis. Our study highlights how divergent selection in heterogeneous microenvironments shapes and maintains the functional genetic variation within populations of long‐lived forest tree species, being the first to focus on adaptive genetic divergence between south‐ and north‐facing slopes within continuous forest stands. This is especially relevant in the current context of climate change, as this variation is at the base of plant population responses to future climate. Resumen Es difícil detectar los efectos de la selección natural sobre el genoma a escalas espaciales pequeñas, ya que el flujo génico puede anular las huellas de adaptación local. Por lo tanto, la mayoría de los análisis genómicos para detectar señales de selección ambiental se realizan a escalas espaciales grandes, aunque también se ha demostrado la existencia de selección divergente a escala local (por ejemplo, entre condiciones de suelo contrastadas), en particular en plantas herbáceas. Aquí planteamos la hipótesis de que en paisajes topográficamente complejos, la variabilidad microambiental es lo suficientemente fuerte como para dejar una huella selectiva en los genomas de organismos longevos. Para testar esta hipótesis, investigamos pares de rodales de Pinus pinaster con ≤820 m de distancia entre ellos, comparando rodales orientados al sur frente a rodales orientados al norte, en una zona de montaña Mediterránea. Mientras que los árboles de las laderas orientadas al norte experimentan menos radiación solar, los árboles de las laderas orientadas al sur sufren condiciones especialmente duras, sobre todo durante la estación seca del verano. Dos análisis para identificar valores atípicos revelaron de forma consistente cinco loci en genes candidatos potencialmente con valor adaptativo (de un total de 4034), dos de los cuales codificaban sustituciones no sinónimas. Además, uno de los loci mostró diferencias consistentes de frecuencias alélicas en los tres pares de rodales, lo que indica una selección divergente a pesar del elevado flujo génico esperado a escala local. Las pruebas de permutación demostraron que nuestros resultados eran robustos. La anotación funcional de estos genes candidatos reveló funciones biológicas relacionadas con la respuesta al estrés abiótico, como aquellas relativas a la disponibilidad de agua, en otras especies vegetales. Síntesis. Nuestro estudio destaca cómo la selección divergente en microambientes heterogéneos moldea y mantiene la variación genética funcional dentro de poblaciones de especies arbóreas forestales longevas, siendo el primero en centrarse en la divergencia genética adaptativa entre laderas orientadas al sur y al norte dentro de masas forestales continuas. Esto es especialmente relevante en el contexto actual de cambio climático, ya que esta variación constituye la base de las respuestas de las poblaciones vegetales al clima futuro. This study highlights how divergent selection in heterogeneous microenvironments shapes and maintains the functional genetic variation within populations of long‐lived forest tree species, being the first to focus on adaptive genetic divergence between south‐ and north‐facing slopes within continuous forest stands. This is especially relevant in the current context of climate change, as this variation is at the base of plant population responses to future climate.