Conservation Genetics of Pacific Salmon I. Temporal Changes in Allele Frequency

: Recent reductions in the abundance of all Pacific salmon species (Oncorhynchus spp.), coupled with large increases in artificial productioq demand that careful attention be paid to genetic changes occurring in both wild and cultured populations. Analysis of electrophoretic data for chinook salmon (O. tshawytscha) from the Pacific coast of Oregon revealed substantial allele frequency changes over 24 years in hatchery, but not wild populations. Unfortunately, our understanding of the causes of this result is hampered by a lack of theoretical models designed for organisms with life history features like those of Pacific salmon. We used computer simulations to provide a context for understanding genetic changes observed in the hatchery populations. Simulation results indicated that annual fluctuations in population allele frequencies due to genetic drift can typically be expected to be several percent, with the absolute magnitude determined primarily by the effective number of spawners each year rather than the age structure. Changes over 10- to 25-year periods were only slightly greater than short-term changes (1–5 years). The magnitude of allele frequency change over time was different for juvenile and adult samples. The probability of a significant test statistic comparing allele frequencies in temporally spaced samples increased with the ratio of sample size to effective number of breeders per year. This is an important consideration for conservation biologists, who typically are concerned with populations of small effective size. Simulation results indicate that it is necessary to postulate unrealistically large selection coefficients to explain the genetic changes in the hatchery populations by natural selection. The changes observed are consistent with a pure drift model provided that the effective number of breeders was as small as about 25–50 per year. Analysis of brood stock information for the hatcheries indicates that the effective population number may indeed have been this low, although the number of returning adults was often much larger. This conclusion underlines the importance of monitoring the genetic consequences of the large-scale artificial propagation program involving Pacific salmon. Se han observado reducciones recientes en la abundancia de la especie de salmon del Pacifico (Onoorhynchus spp.). Estos cambios estan relacionados con el incremento de la produccion artificial; lo cual requiere que se preste atencion especial a los cambios geneticos que estan ocurriendo en las poblaciones silvestres y cultivadas de esta especie. Un analisis de los datos electroforeticos para el salmon chinook (O. tshawytsha) de la costa del Pacifico de Oregon revelo cambios substanciales en la frecuencia de ale-los durante un periodo de 2–4 anos en los criaderos, pero no en las poblaciones silvestres. Desafortunadamente, nuestro entendimiento de las causas de este resultado es limitado dado a la falta de modelos teoricos disenados para organismos con ciclos de vida semejantes a las del salmon del pacifico. Nosotros utilizamos la simulacion por computadoras para proporcionar un contexto para entender los cambios geneticos observados en las poblaciones del criadero. Los resultados de la simulacion indicaron que las fluctuaciones anuales en la frecuencia de alelos de la poblacion dado a la deriva genetica, se espere que sean de varios porcentages. La magnitud absoluta es determinada principal-mente por el numero efectivo de hembras reproductivas cada ano en vez de la estructura de edades. Cambios geneticos durante un periodo de 10 a 25 anos fueron ligeramente mayores que cambios a corto plazo (1–5 anos). La magnitud en los cambios en la frecuencia de alelos a traves del tiempo fue diferente para las muestras de juveniles y de adultos. La probabilidad de un significativo test estadistico comparando frecuencias de alelos en muestras espaciadus en el tiempo aumento con la relacion de tamano de la muestra a numero efectivo de reproductores por ano. Esta es unu consideracion importante para biologos de conservacion, a quienes tipicamente les concierne el tamano efectivo de poblaciones pequenas. Los resultados de la simulacion indican que es necesario postular coeficientes de seleccion irrealisticamente grandes para explicar los cambios geneticos en la poblacion reproductiva por seleccion natural. Los cambios observados son consistentes con un modelo puro de deriva provisto que el efectivo numero de reproductores fue tan pequeno como 25 – 50 por ano. El analisis de la informacion del linaje reproductiue para los criaderos indica que el efectivo numero poblacional en realidad pudo haber sido tan bajo, a pesar de que el numero de adultos devueltos fue con frecuencia mucho mas grande. Esta conclusion subraya la importancia de evaluar periodicamente las consecuencias geneticas de los programas de propagacion artificial a larga escala que in-volucran a1 salmon del Pacifico.