Chloroplast DNA phylogeography in long-lived Huon pine, a Tasmanian rain forest conifer

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Abstract

Genealogy based methods were used to estimate phylogeographic history for a Tasmanian endemic conifer, Huon pine (Lagarostrobos franklinii (Hook. f.) Quinn). DNA from trees in eight populations was sequenced using three chloroplast primers (trnS–trnT, trnD–trnT, and psbC–trnS). Mean nucleotide diversity was low (π = 0.000 93 ± 0.000 06) from 892 base pairs of sequence, but varied in stands from 0.0 to 0.001 15. Two of the five haplotypes were widely distributed, but the most frequently occurring haplotype was found only in the western portion of the range. Population structure was highly significant among populations overall (GST = 0.261, where GST is the coefficient of gene differentiation, and p ≤ 0.0001), and there were indications of significant isolation by distance (p ≤ 0.022). Populations exhibited the highest levels of differentiation between the southeastern and northwestern watersheds. Estimates of migration between populations obtained using both parametric and nonparametric methods indicated levels of gene flow consistent with an isolation by distance model. Nested clade analysis demonstrated a pattern of genetic diversity in Huon pine that is consistent with a history of range expansion. The exceptionally low level of nucleotide diversity, haplotype distribution, and paleoecological data are congruent with a history of long-term range reduction, population bottlenecks, and subsequent colonization events from refugial areas.

Les auteurs ont employé des méthodes basées sur la généalogie pour reconstituer l'histoire phylogéographique d'un conifère endémique à la Tasmanie, le pin Huon (Lagarostrobos franklinii (Hook. f.) Quinn). La séquence de trois régions du génome chloroplastique (trnS–trnT, trnD–trnT et psbC–trnS) a été déterminée pour des arbres provenant de huit populations. La diversité nucléotidique moyenne estimée à partir de la séquence de 892 paires de bases était faible (π = 0,000 93 ± 0,000 06), mais variait entre 0,0 et 0,001 15 d'un peuplement à l'autre. Deux des cinq haplotypes observés étaient cosmopolites, mais l'haplotype le plus fréquent était limité à la partie ouest de l'aire de répartition. La différenciation de population totale était hautement significative (GST = 0,261, p ≤ 0,0001) et il y avait des indices d'un isolement significatif à cause de la distance (p ≤ 0,022). Les niveaux les plus élevés de différenciation de population ont été observés entre les bassins versants du sud-est et du nord-ouest. Des estimations de la migration entre les populations obtenues à l'aide de méthodes paramétriques et non paramétriques indiquent que les niveaux de flux génique sont conformes au modèle d'isolement à cause de la distance. L'analyse en clades nichés a démontré que le patron de diversité génétique du pin Huon est congruent avec un historique d'expansion de son aire de répartition naturelle. La diversité nucléotidique exceptionnellement faible, la distribution des haplotypes et les données paléo-écologiques sont cohérentes avec un historique de réduction à long terme de l'aire de répartition naturelle, des étranglements de population et des épisodes subséquents de colonisation à partir de zones refuges.

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