Modeling Problems in Conservation Genetics with Brassica rapa: Genetic Variation and Fitness in Plants under Mild, Stable Conditions

: Rare species are frequently genetically depauperate compared with widespread species, but the degree to which low genetic variation affects short-term viability is still unresolved. We examined the relationship between population-level genetic variation and fitness in small, experimental populations of Brassica rapa (a Eurasian annual) in a stable, mild environment. We used allozyme and morphological markers to create populations with either high or low levels of genetic variation. We then grew three high-variation and three low-variation populations for six generations under benign growing conditions, with consistent levels of light, nutrients, and water. We measured fitness components and genetic variation throughout the experiment. All populations were maintained at equal sizes (n = 100 seeds to start each generation), and plants were mass-pollinated to avoid differential inbreeding. Under mild conditions, high-variation plants did not have consistently higher fitness than low-variation plants. In generation three, plants in low-variation populations outperformed high-variation plants. In generation four, however, which was subjected to unplanned heat stress, high-variation plants had higher values for many of the fitness components measured, suggesting that, under stress, genetic variation may be associated with a fitness advantage. No differences in multiplicative fitness were found in any generation, indicating that high- and low-variation populations did not differ significantly in overall population viability. Our results indicate that when degree of inbreeding and population size are held constant, genetic variation per se does not increase fitness under benign conditions. As theory predicts, the role of population-level genetic variation may instead be in enhancing the ability of small populations to remain viable under fluctuating, stressful, or novel conditions. Resumen: Las especies raras estan con frecuencia geneticamente degradadas en comparacion con las especies de amplia distribucion. Sin embargo, el grado al cual la baja variacion genetica afecta la viabilidad a corto plazo no ha sido resuelto aun. Examinamos la relacion entre la variacion genetica a nivel de poblacion y la adaptacion de poblaciones pequenas, experimentales de Brassica rapa (una Eurasiana anual) en condiciones moderadas y estables. Usamos alozimas y marcadores morfologicos para crear poblaciones tanto con nivel alto como bajo en variacion genetica. Posteriormente cultivamos tres poblaciones con variacion alta y tres con variacion baja por seis generaciones bajo condiciones benignas con niveles uniformes de luz, nutrientes y agua. Medimos los componentes de la adaptacion y de la variacion genetica a lo largo del experimento. Todas las poblaciones se mantuvieron a tamanos iguales (n = 100 semillas para empezar cada generacion) y las plantas fueron masivamente polinizadas para evitar endogamia diferencial. Bajo condiciones moderadas, las plantas con alta variacion no tuvieron consistentemente una adaptacion mas alta que las plantas con variacion baja. En la tercera generacion, las plantas en las poblaciones de baja variabilidad funcionaron mejor que las plantas de alta variacion. Sin embargo, en la generacion cuatro, que estaba sujeta a condiciones no planeadas de estres por calor, las plantas de variacion alta tuvieron valores mas altos para muchos de los componentes de adaptacion medidos, lo cual indica que bajo condiciones de estres, la variacion genetica puede estar asociada con una ventaja adaptativa. No se encontraron diferencias en adaptacion multiplicativa en ninguna generacion, indicando que las poblaciones de alta y baja variacion no difirieron significativamente en viabilidad poblacional general. Nuestros resultados indican que cuando el grado de endogamia y el tamano poblacional se mantienen constantes, la variacion genetica en si no incrementa la adaptacion en condiciones moderadas. A como lo predice la teoria, el papel de la variacion genetica a nivel poblacional podria mas bien estar reforzando la capacidad de poblaciones pequenas de seguir siendo viables bajo condiciones fluctuantes, estresantes o nuevas.