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

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 microsa- tellite DNA markers of the nuclear genome to investigate the genetic structure of montane and subalpine black spruce pop- ulations 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. Resume´ : L'epinette noire (Picea mariana) se reproduit sexuellement apartir de graines et asexuellement par marcottage. On concoit generalement que la reproduction clonale maintient les populations de cette espece dans les regions arctiques et subarctiques. Les auteurs ont utilisedes marqueurs ADN microsatellites du genome nucleique pour examiner la structure genetique de populations de l'epinette noire montagnardes et subalpines du plateau occidental du Yukon, en relation avec ce concept. Ils ont echantillonnesoixante arbres individuels a une distance minimale de quatre metres apartir de chacune des quatre populations, et ils ont etabli les genotypes des arbres individuels sur huit lieux microsatellites. Chacun des soixante individus provenant de trois populations montagnardes pures venant sur un terrain plat ades elevations relative- ment basses, possede un genotype a lieux multiples unique, ce qui indique une absence de structure clonale dans ces popu- lations. Cependant, dans les population climax d'epinette noire subalpines dominees par l'epinette blanche jamais perturbee anthropologiquement et situee sur une pente nord-ouest du mont Nansen, la majoritedes individus echantillonnes appartiennent ahuit clones genetiquement distincts (genets). La dimension des clones varie avec l'altitude, le genet domi- nant se retrouvant le plus pres de l'ecotone jouxtant la ligne des arbres et la toundra. Les resultats indiquent que la repro- duction de l'epinette noire est variable et adaptative, etant prioritairement sexuelle dans les populations montagnardes sur terrain plat prealablement soumises au feu, mais a la fois vegetative et sexuelle dans la population subalpine jamais pertur- bee par les activites humaines. Il s'agit d'une premiere etude a utiliser les marqueurs a priori, pour examiner le mode de reproduction dans les populations naturelles d'epinette noire. Mots-cles: reproduction de l'epinette noire, structure genetique clonale, marcottage, SSRs, populations de montagnes sub- alpines subarctiques, ligne des arbres. (Traduit par la Redaction)