Potentially Adaptive Significance of Genome Size Diversity across Ecological Gradients and Seed Size in Ivesia (Rosaceae)

Field: Agricultural and Biological Sciences (Life Sciences)

Variation in genome size across taxa has been explained using neutral and nonadaptive theories; however, genome size variation among taxonomic groups can also be shaped by natural selection if it correlates with functional traits. This study investigated the potential adaptive significance of genome size in Ivesia, a radiating genus distributed in the western North American desert ecosystems. We estimated the genome size of 34 taxa (including 31 Ivesia taxa, 2 Potentilla taxa, and 1 Horkelia taxon) using flow cytometric methods. For each taxon, leaf samples were collected from 6 individuals in 1 location each; intraspecific genome size variation was investigated using samples collected from 11 Ivesia webberi populations. The results showed an 8.1-fold variance in genome size, ranging from 0.73 pg/2C in I. baileyi var. beneolens to 5.91 pg/2C in I. lycopodioides var. megalopetala. Only 6 taxa, with a genome size >1.5 pg/2C, significantly differed from the remaining taxa. Genome size in Ivesia is relatively small, which is typical of plants living in stressful environments. Also, genome size was significantly correlated with seed size and actual evapotranspiration both within I. webberi and among Ivesia taxa, thus supporting the predictions of the nucleotype theory and suggesting an adaptive significance of genome size in the genus. Genome size in I. webberi is mostly statistically nonsignificant; however, populations near the center of the species’ known range have significantly larger genomes, which decrease in size toward the marginal populations. This intraspecific genome size gradient from range center toward range margins could be attributed to patterns of gene flow and geographic isolation.La variación en el tamaño del genoma entre los taxones se ha explicado utilizando teorías neutrales y no adaptativas. Sin embargo, la variación del tamaño del genoma entre grupos taxonómicos también puede estar determinada por selección natural si se correlaciona con rasgos funcionales. Este estudio investigó la posible importancia adaptativa del tamaño del genoma en Ivesia, un género radiante distribuido en los ecosistemas desérticos del oeste de Norteamérica. Estimamos el tamaño del genoma de 34 taxones, incluidos 31 taxones de Ivesia y dos taxones adicionales de Potentilla y un taxón de Horkelia, utilizando métodos de citometría de flujo. Para cada taxón, recolectamos muestras de hojas de seis individuos en una localización cada uno. Mientras, investigamos la variación del tamaño del genoma intraespecífico utilizando muestras recolectadas de 11 poblaciones de Ivesia webberi. Los resultados mostraron una variación de 8.1 veces en el tamaño del genoma, que va desde 0.73 pg/2C en I. baileyi var. beneolens hasta 5.91 pg/2C en I. lycopodioides var. megalopetala. Solo seis taxones, con un tamaño de genoma >1.5 pg/2C, fueron significativamente diferentes al resto de los taxones. El tamaño del genoma en Ivesia es relativamente pequeño, lo cual es típico de las plantas que viven en ambientes de estrés. Además, el tamaño del genoma se correlacionó significativamente con el tamaño de la semilla y la evapotranspiración real tanto dentro de I. webberi como entre los taxones de Ivesia, apoyando así las predicciones de la teoría del nucleotipo y sugiriendo una importancia adaptativa del tamaño del genoma en el género. Estadísticamente, el tamaño del genoma en I. webberi no es significativo, sin embargo, las poblaciones cercanas al centro del rango conocido de la especie tienen genomas significativamente más grandes, lo que se reduce hacia las poblaciones marginales. Este gradiente de tamaño del genoma intraespecífico hacia la marginalidad del rango podría atribuirse a patrones de flujo de genes y aislamiento geográfico.