Clonal and nonclonal genetic structure of subarctic black spruce (Picea mariana) populations in Yukon territory

Viktora, Marios; Savidge, Rodney A.; Rajora, Om P.
February 2011
Botany;Feb2011, Vol. 89 Issue 2, p133
Academic Journal
Black spruce (Picea mariana) reproduces sexually from seeds and asexually by layering. There is a prevalent concept that clonal reproduction maintains populations of this species in the subarctic and arctic regions. We used microsatellite DNA markers of the nuclear genome to investigate the genetic structure of montane and subalpine black spruce populations from the Western Yukon Plateau in relation to this concept. Sixty individual trees at a minimum distance of 4 m from each other were sampled from each of four populations and individual trees were genotyped for eight microsatellite loci. Each of the 60 individuals from three montane pure black spruce populations growing on flat terrain at relatively low elevations had unique multilocus genotypes, indicating an absence of clonal structure in those populations. However, in an anthropologically undisturbed climax white spruce-dominated subalpine black spruce population on a northwest slope near Mount Nansen, the majority of the sampled individuals belonged to eight genetically distinct clones (genets). Clone size differed by altitude, the dominant genet being nearest the timberline-tundra ecotone. The results indicate that black spruce reproduction is variable and adaptive, being primarily sexual in flat-terrain montane populations previously subjected to fire disturbance, but mixed vegetative-sexual in the anthropogenically undisturbed subalpine population. This study is the first to employ molecular markers a priori to examine the mode of reproduction in natural black spruce populations. L'épinette noire (Picea mariana) se reproduit sexuellement à partir de graines et asexuellement par marcottage. On conçoit généralement que la reproduction clonale maintient les populations de cette espèce dans les régions arctiques et subarctiques. Les auteurs ont utilisé des marqueurs ADN microsatellites du génome nucléique pour examiner la structure génétique de populations de l'épinette noire montagnardes et subalpines du plateau occidental du Yukon, en relation avec ce concept. Ils ont échantillonné soixante arbres individuels à une distance minimale de quatre mètres à partir de chacune des quatre populations, et ils ont établi les génotypes des arbres individuels sur huit lieux microsatellites. Chacun des soixante individus provenant de trois populations montagnardes pures venant sur un terrain plat à des élévations relativement basses, possède un génotype à lieux multiples unique, ce qui indique une absence de structure clonale dans ces populations. Cependant, dans les population climax d'épinette noire subalpines dominées par l'épinette blanche jamais perturbée anthropologiquement et située sur une pente nord-ouest du mont Nansen, la majorité des individus échantillonnés appartiennent à huit clones génétiquement distincts (genêts). La dimension des clones varie avec l'altitude, le genêt dominant se retrouvant le plus près de l'écotone jouxtant la ligne des arbres et la toundra. Les résultats indiquent que la reproduction de l'épinette noire est variable et adaptative, étant prioritairement sexuelle dans les populations montagnardes sur terrain plat préalablement soumises au feu, mais à la fois végétative et sexuelle dans la population subalpine jamais perturbée par les activités humaines. Il s'agit d'une première étude à utiliser les marqueurs a priori, pour examiner le mode de reproduction dans les populations naturelles d'épinette noire.


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