Factors shaping genetic diversity of the shrub birch (Betula humilis Schrk.) in populations at the south-western margin of its range

Abstract

The genetic diversity of plant populations results from the history of the species and contemporary factors, such as evolutionary processes, habitat conditions and species biology. As many peripheral populations are also ecologically marginal, their genetic diversity and demographic performance are particularly influenced by currently acting factors. The shrub birch, Betula humilis, is a glacial relict in central and western Europe. The primary aim of the PhD thesis was to define the factors that currently shape the genetic diversity of B. humilis populations at the south-western margin of its range. The efficiency of generative reproduction, the frequency of hybridisation with closely related tree congeners and the clonal architecture of the shrub birch populations under different habitat conditions were investigated. The analysis of sexual reproduction revealed that unfavourable habitat conditions, especially in peripheral localities, can reduce the effectiveness of sexual reproduction. Hybridization does not affect the genetic variability of B. humilis, as the proportion of hybrid individuals was very low. In marginal populations, the aggregated type of clonal growth dominates. Nevertheless, the substantial clonal and genetic diversities implied that the clumped growth of the shrub birch clones did not prevent successful crosspollination.

Poziom zmienności genetycznej populacji roślin jest konsekwencją historii gatunku i czynników obecnie oddziałujących na populacje, tj. zjawiska ewolucyjne, warunki środowiska czy cechy biologii gatunku. Populacje zlokalizowane na granicy zasięgu gatunku często są również ekologicznie marginalne, dlatego ich zróżnicowanie genetyczne i demograficzne znajduje się pod szczególnie silnym wpływem powyższych czynników. Brzoza niska,Betulahumilis, jest reliktem glacjalnym w centralnej i zachodniej części Europy. Głównym celem badań była analiza czynników kształtujących zmienność genetyczną w populacjach B. humilisna południowo-zachodnim krańcu zasięgu. W pracy zbadano efektywność rozmnażania płciowego brzozy niskiej, częstość hybrydyzacji z blisko spokrewnionymi gatunkami drzewiastymi oraz strategię wzrostu klonalnego. Przeprowadzone analizy parametrów rozrodu B. humilis sugerują, że niesprzyjające warunki środowiska, w szczególności w populacjach peryferyjnych, mogą obniżać efektywność rozmnażania płciowego. Hybrydyzacja nie wydaje się znacząco wpływać na zmienność genetyczną brzozy niskiej, jako że udział osobników mieszańcowych był nieznaczny. W marginalnych populacjach B. humilis dominuje kępowa struktura wzrostu klonalnego, jednak znaczny poziom zróżnicowania klonalnego i genetycznego sugerują, że kępowy typ wzrostu nie stanowi znaczącej przeszkody do zachodzenia zapyleń krzyżowych.