Wright’s shifting balance theory of evolution in artificial breeding programmes: empirical testing using the model organism Tribolium castaneum

A subdivide/merge breeding system, based on Sewall Wright’s Shifting Balance Theory of Evolution, was modelled using Tribolium castaneum (the red flour beetle). Our objective was to determine the effects of population structure on selection response for increased offspring number, a fitness trait with large nonadditive gene effects. Two different population structures were established: a subdivided population that underwent periodic merging and an undivided control population. The experiment consisted of (1) 150 beetle pairs divided into 10 lines of 15 pairs each, and (2) an undivided control population of 150 beetle pairs. Selection of the subdivided population was performed within lines each generation and in generations 4, 8 and 12, poorer performing lines were eliminated with the remaining lines merged. After merging, selected individuals were randomly paired and re-subdivided into 10 lines of 15 pairs each. The undivided population was mass selected for increased offspring number each generation using the same selection intensity as the subdivided lines. After 14 generations, selection response in the subdivide/merge system was not significantly different from the control population; however, within each generation, there were lines in the subdivided population that had average larva numbers exceeding those of the undivided population. These results indicate that subdivide/merge systems could be advantageous for shorter-term breeding objectives. If superior lines are isolated, they can be full-sib mated or selfed to produce highly inbred lines which can then be crossed – a standard plant breeding practice. Wright’s Evolutionstheorie des wechselnden Gleichgewichts in experimentellen Zuchtprogrammen: empirischer Test mit dem Modellorganismus Tribolium castaneum Ein unterteiltes/erganztes Zuchtsystem, das auf Sewall Wright’s Evolutionstheorie des wechselnden Gleichgewichts basiert, wurde mit Tribolium castaneum (Roter Mehlkafer) modelliert. Unser Ziel war es, den Effekt der Populationsstruktur auf die Auswirkungen der Selektion bezuglich steigender Nachkommenzahl zu schatzen, ein Merkmal der Fitness mit grosem nicht additivem Geneffekt. Zwei verschiedene Populationsstrukturen wurden gebildet. Eine unterteilte Population, die einer perio-dischen Remontierung unterlag und eine nicht geteilte Kontrollpopulation. Das Experiment bestand aus (1) 150 Kaferpaaren, die in 10 Linien von je 15 Paaren aufgeteilt wurden und (2) eine nicht geteilte Kontrollpopulation von 150 Kaferpaaren. Die Selektion der unterteilten Population wurde in jeder Generation innerhalb der Linien vorgenommen. In den Generationen 4, 8 und 12 wurden Linien mit schlechterer Leistung eliminiert und durch die verbleibenden Linien ersetzt. Nach dieser Remontierung wurden die selektierten Individuen zufallig gepaart und erneut in 10 Linien von je 15 Paaren geteilt. Die nicht geteilte Population wurde nach der Anzahl der Nachkommen in jeder Generation Massenselektiert, wobei die gleiche Selektionsintensitat verwendet wurde wie bei der unterteilten Gruppe. Nach 14 Generationen war die Selektionsantwort im unterteilten/erganzten System nicht signifikant verschieden von der in der Kontrollpopulation, allerdings gab es innerhalb jeder Generation in der unterteilten Gruppe Linien mit durchschnittlichen Larvenzahlen, die deutlich uber denen der Kontrollgruppe lagen. Diese Ergebnisse zeigen, dass unterteilte/erganzte Systeme bei kurzfristigeren Zuchtzielen von Vorteil sein konnen. Kann man bessere Linien isolieren, konnen bei diesen Vollgeschwisteranpaarungen oder Selbstung durchgefuhrt werden um stark ingezuchtete Linien zu erstellen, die dann gekreuzt werden konnen – eine Standardmethode in der Pflanzenzucht.