Gene flow effects on populations inhabiting marginal areas: Origin matters

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The evolutionary potential of populations inhabiting marginal areas has been extensively debated and directly affects their conservation value. Gene flow is one of the main factors influencing selection, adaptive potential and thus, local adaptation processes in marginal areas. The effects of differential gene flow provenance are still not well understood, since studies on gene flow between marginal populations have been underrepresented in the literature. This kind of gene flow can be especially beneficial because it can provide both adaptive allelic combinations originated under similar environmental conditions and genetic variation on which selection can act.

We conducted a study on the effects of different gene flow provenance on marginal populations of Mediterranean alpine Silene ciliata Pourret (Caryophyllaceae) replicated in three mountain ranges of Central Spain. The delineation of optimal and marginal areas of the species distribution was based on environmental differentiation and relied on the ecological definition of centrality and marginality. We experimentally tested the effect of three different types of pollen‐mediated gene flow on germination rate, seedling size and survival rate in marginal populations and assessed their effects by establishing in situ common gardens. To further assess the evolutionary potential of marginal populations, we performed a reciprocal sowing experiment and measured the same fitness components to determine the extent of local adaptation.

We found that gene flow between marginal populations improved germination rate and seedling survival with regard to gene flow from optimal to marginal populations and within marginal populations. In reciprocal sowing experiments, seedling survival rate was higher when the seed source was from marginal areas than when it was from optimal areas in both marginal and optimal sowing sites.

Synthesis. Our results suggest that gene flow between marginal populations from similar environmental conditions increases the fitness of the recipient population by increasing genetic diversity and simultaneously providing adaptive alleles generated under similar selective pressures. Results also highlight the adaptive potential of marginal populations as genetic diversity from marginal areas may provide a fitness advantage to the populations in optimal areas. In this context, the adaptive value of marginal populations increases their relevance and potential use in conservation management.





El potencial evolutivo de las poblaciones que habitan en áreas marginales ha sido ampliamente debatido y afecta directamente a su valor de conservación. El flujo genético es uno de los principales factores que influyen sobre la selección, el potencial adaptativo y, por tanto, sobre los procesos de adaptación local en áreas marginales. Los efectos diferenciales del flujo genético según su procedencia aún no se comprenden bien ya que los estudios sobre el flujo genético entre poblaciones marginales son muy escasos en la literatura. Este tipo de flujo genético puede ser especialmente beneficioso porque puede proporcionar combinaciones alélicas adaptativas originadas en condiciones ambientales similares y aportar variación genética en las poblaciones, sobre la cual puede actuar la selección.

Realizamos un estudio sobre los efectos de diferentes procedencias de flujo genético en poblaciones marginales de Silene ciliata Pourret (Caryophyllaceae), una especie alpina del Mediterráneo, en tres cadenas montañosas del centro de España. Las áreas óptimas y marginales se delimitaron basándose en la diferenciación ambiental entre ellas y en la definición ecológica de centralidad‐marginalidad Estudiamos experimentalmente el efecto de tres tipos diferentes de flujo genético mediados por polen sobre la tasa de germinación, el tamaño de las plántulas y la tasa de supervivencia en poblaciones marginales y evaluamos sus efectos realizando jardines comunes in situ. Para evaluar de manera directa el potencial evolutivo de las poblaciones marginales, realizamos un experimento de siembra recíproca y tomamos medidas de las mismas variables utilizadas en el experimento anterior para determinar el alcance de la adaptación local.

Encontramos que el flujo de genes entre poblaciones marginales mejoró la tasa de germinación y la supervivencia de las plántulas con respecto al flujo de genes de poblaciones óptimas a marginales y dentro de poblaciones marginales. En los experimentos de siembra recíproca, la tasa de supervivencia de las plántulas fue mayor, tanto en áreas de siembra marginales como óptimas, cuando las semillas provenían de áreas marginales que cuando provenían de áreas óptimas.

Síntesis. Nuestros resultados sugieren que el flujo de genes entre poblaciones marginales que experimentan condiciones ambientales similares mejora la eficacia biológica de la población receptora al aumentar la diversidad genética y, simultáneamente, proporcionar alelos adaptativos generados bajo presiones selectivas similares. Los resultados también destacan el potencial adaptativo de las poblaciones marginales, ya que la diversidad genética de las áreas marginales puede proporcionar una mejora en la eficacia biológica de las poblaciones en las áreas óptimas. En este contexto, el valor adaptativo de las poblaciones marginales aumenta su relevancia y uso potencial en el manejo de la conservación.


Our results suggest that gene flow between marginal populations from similar environmental conditions increases the fitness of the recipient population by increasing genetic diversity and simultaneously providing adaptive alleles generated under similar selective pressures. Results also highlight the adaptive potential of marginal populations as genetic diversity from marginal areas may provide a fitness advantage to the populations in optimal areas. In this context, the adaptive value of marginal populations increases their relevance and potential use in conservation management.