Genetic Diversity and Population Size in Four Rare Southern Appalachian Plant Species

Allozyme diversity was examined in four rare, high-montane plant species from the Appalachian Mountains of southeastern North America. These species may represent relictual members or descendants of an alpine community that was more widespread during the late Pleistocene. We sampled five populations of Geum radiatum (Rosaceae), Carex misera (Cyperaceae), Trichophorum cespitosum (Cyperaceae), and the four known populations of Calamagrostis cainii (Poaceae). Genetic diversity was low for all species but was typical of that found for plant species with limited ranges. Low genetic diversity may reflect historical events associated with changes in the species’ biogeography. As the Pleistocene climate warmed, suitable habitat decreased in areal extent and became fragmented, probably resulting in smaller, more-isolated populations. In recent times these species, which co-occur in fragile rock outcrop habitats, have been adversely affected by human activities. Genetic analyses revealed reduced diversity in populations of decreasing size for three species. Estimates of gene flow were low (Nm < 1.0) in all four species. Positive associations between genetic diversity and population size, evidence of recent population declines, and the low estimates of gene flow suggest that genetic drift may play a prominent role in shaping the present-day genetic composition of these species. Furthermore, these data suggest that the genetically depauperate populations are unlikely to regain genetic variation without human intervention. Se examino la diversidad de alozimas en cuatro especies raras de plantas de las Montanas Apalaches en el sureste de Norte America. Estas especies pueden ser relictos o descendientes de una comunidad alpina de amplia distribucion en el Pleistoceno tardio. Se muestrearon cinco poblaciones de Geum radiatum (Rosaceae), Carex misera (Cyperaceae), Trichophorum cespitosum (Cyperaceae) y las cuatro poblaciones conocidas de Calamagrostis cainii (Poaceae). La diversidad genetica de todas las especies fue baja, pero correspondio a la que presentan especies de plantas con rangos limitados. La baja diversidad genetica puede reflejar eventos historicos asociados con cambios en la biogeografia de las especies. Al calentarse el clima del Pleistocene el habitat adecuado disminuyo en extension y se fragmento, lo cual produjo poblaciones pequenas y aisladas. En tiempos recientes, estas especies, que coexisten en habitats rocosos fragiles, han sido afectadas adversamentepor actividades humanas. Analisis geneticos indicaron diversidad reducida en poblaciones de tamano decreciente en tres de las especies. La estimacion del flujo de genes fue baja (Nm < 1.0) en las cuatro especies. La asociacion positiva entre diversidad genetica y tamano poblacional, evidencia de declinaciones poblaciones. Recientes y la baja estimacion del clujo de genes, sugiere que la deriva genetica puede jugar un papel prominente en el moldeado de la composicion genetica actual de estas especies. Mas aun, estos datos sugieren que es improbable que las poblaciones geneticamente empobrecidas recuperen su variacion genetica sin la intervencion humana.