Chromosome Counts of Opuntia (Cactaceae), Prickly Pear Cacti, in The Midwestern United States and Environmental Factors Restricting the Distribution of Opuntia Fragilis

Opuntia fragilis, O. humifusa s.l., and O. macrorhiza s.l. are widely distributed prickly pear taxa that have been studied cytologically mostly in western North America, but upper Midwestern United States popu - lations, which form most of the northeastern-most extent of their distributions, have not been analyzed previ - ously. The wide-ranging and most northern of all cacti, O. fragilis, is relatively abundant, at least historically, in the upper Midwestern United States but does not occur further southeast than Jo Davies s County, Illinois, while O. humifusa s.l. is found throughout most of the eastern United States. This difference in distribu - tion may indicate that environmental variables impede the establishment of O. fragilis in most of the eastern United States. We present the first chromosome counts of O. fragilis, O. humifusa s.l., and O. macrorhiza s.l. for 40 populations over part of their Midwestern range and employ habitat niche modeling using 19 envi - ronmental variables to extrapolate potential reasons why O. fragilis may not be found in the eastern United States. All twelve populations of O. fragilis analyzed were hexaploid, a finding consistent with previous reports, and adding further evidence for its vegetative dispersal from the southwestern United States, where the species likely originated. Populations of O. humifusa s.l. and O. macrorhiza s.l. were all tetraploid, indicating that the northeastern-most range of those taxa is occupied by polyploid derivatives of their southern diploid relatives. Results from niche modeling suggest suitable habitat for O. fragilis in the upper Midwest is strongly predicted for areas with seasonal fluctuations in temperature but annual precipitation homogeneity, variables that may present significant environmental barriers to the existence of the species in the eastern United States. resumen: Tres taxa de nopales ampliamente distribuidos por los EE. UU., Opuntia fragilis, O. humifusa, y O. macrorhiza han sido estudiados citologicamente en partes de sus distribuciones, pero las poblaciones del medio oeste que forman las distribuciones mas al noreste de estas especies, nunca han sido analizadas. O. fragilis, el cactus con un amplio rango de distribucion y que se encuentra mas al norte que cualquier otra cactacea, es relativamente abundante en el medio oeste de los EE. UU., pero no se encuentra mas al sureste del condado Jo Davies en el es- tado de Illinois; mientras que O. humifusa s.l. se encuentra practicamente por todo el este de los EE. UU. Factores ambientales podrian estar previniendo el establecimiento de O. fragilis en el este de los EE. UU. Presentamos los primeros recuentos de cromosomas de poblaciones de O. fragilis, O. humifusa s.l., y O. macrorhiza s.l., colectadas en partes de sus rangos de distribucion en el medio oeste, y usamos modelaje de nichos de habitat integrando diecinueve variables ambientales para extrapolar las posibles razones por las cuales O. fragilis esta ausente del este de los EE. UU. Todas las poblaciones de O. fragilis analizadas fueron hexaploides, lo cual concuerda con otros re- portes de la especie, y anade evidencia sobre su dispersion vegetativa de su sitio de origen probable, el suroeste de los EE. UU. Todas las poblaciones de O. humifusa s.l. y O. macrorhiza s.l. fueron tetraploides, lo cual indica que la parte noreste de sus rangos de distribucion esta habitada por derivativas poliploides de sus parientes diploides del sur de los EE. UU. Los resultados del modelaje de nichos de habitat de O. fragilis sugiere que se puede predecir areas habitables para O. fragilis por cambios estacionales de la temperatura y homogeneidad de precipitacion anu- al, variables que no se encuentran en el este de los EE. UU., y que pueden ser una barrera para el establecimiento de O. fragilis en esa region.