Genetic structure, diversity, and inbreeding of eastern white pine under different management conditions

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Abstract:

Resource sustainability requires a thorough understanding of the influence of forest management programs on the conservation of genetic diversity in tree populations. To observe how differences in forest structure affect the genetic structure of eastern white pine (Pinus strobus L.), we evaluated six eastern white pine sites across the 234000 acre (1 acre = 0.4046856 ha) Menominee Indian Reservation in northeastern Wisconsin (45°00′N, 88°45′W). The six sites sampled for nuclear and chloroplast DNA microsatellite markers were of contrasting densities and managed by different management systems: shelterwood, pine release, plantation, and old growth. Three of the sites had natural regeneration, which was also sampled. Mean values of spatial genetic autocorrelation were positive in all mature populations and variable; the strongest spatial structuring of genes occurred in the least disturbed old-growth site (IE(I) = 0.031). Genetic structuring at the historical old-growth site fit the isolation-by-distance model for a neighborhood size of 130 individuals. Significant inbreeding occurred in five populations, but the seedling or sapling populations as a group (f = 0.088) are significantly less inbred than the local mature populations (f = 0.197). The increase in heterozygosity between generations was attributed to harvesting having reduced the spatial genetic structure of the mature trees.

L’utilisation durable des ressources requiert une connaissance approfondie des effets des programmes d’aménagement forestier sur la conservation de la diversité génétique des populations d’arbres. Afin d’étudier comment les différences de structure de peuplement affectent la structure génétique de pin blanc (Pinus strobus L.), les auteurs ont évalué six forêts de pin blanc réparties à travers la réserve indienne de Menominee, qui couvre 234 000 acres (1 acre = 0.4046856 ha) et qui est située dans le nord-est du Wisconsin (45°00′N, 88°45′O). Les six sites étudiés avaient des densités de peuplement contrastées et étaient aménagés selon différents régimes: coupe progressive, coupe de dégagement du pin, plantation et forêt ancienne. Trois des sites supportaient une régénération naturelle qui fut également échantillonnée. La diversité génétique a été caractérisée à l’aide de marqueurs microsatellites de l’ADN nucléaire et chloroplastique. Les valeurs moyennes d’autocorrélation spatiale génétique étaient positives pour toutes les populations d’arbres maturees et elles étaient variables: la plus forte structuration spatiale de la diversité génétique a été observée pour le site le moins perturbé qui supportait une forêt ancienne (IE(I) = 0,031). La structure génétique de ce site s’ajustait au modèle d’isolement par la distance avec une taille de population de 130 individus. Une endogamie significative a été observée pour cinq populations, mais les populations de semis ou de jeunes arbres pris dans leur ensemble (f = 0,088) étaient significativement moins consanguines que les populations locales d’arbres matures (f = 0,197). L’augmentation en hétérozygotie d’une génération à l’autre pouvait s’expliquer par la récolte des arbres qui a réduit la structure génétique spatiale des cohortes d’arbres matures.

Document Type: Research Article

Publication date: December 1, 2007

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