The importance of inbreeding and drift in conservation of subdivided populations

I bevaringsbiologi mangler vi fortsatt en god forståelse av effekter som genetiske prosesser kan ha på sannsynligheten for at populasjoner dør ut. Vi trenger spesielt en bedre forståelse av hvordan populasjonsfragmentering, fluktuasjoner i populasjonsstørrelse, innavlsdepresjon og tap av genetisk variasjon påvirker levedyktigheten til naturlige populasjoner. Studiepopulasjonene våre av gråspurv (Passer domesticus) langs kysten av Trøndelag og Nordland representerer et studiesystem som er godt egna for å øke kunnskapen vår om hvordan innavlsdepresjon og tap av genetisk variasjon kan påvirke vekstrater og levedyktigheten til fragmenterte populasjoner. Arbeidet vårt vil deles inn i fem sammenkobla arbeidspakker. Arbeidspakke 1 vil starte med å bruke analyser av innavl og tap av genetisk variasjon på genomnivå sammen med økologiske data av høg kvalitet for å studere årsaker til hvorfor innavlsnivået og hastigheten som genetisk variasjon tapes med varierer mellom populasjoner og år. Deretter vil vi undersøke hvor mye de negative effektene som innavl og tap av genetisk variasjon har på reproduksjon og overlevelse (fitness) varierer i tid og rom, og årsakene til slik variasjon. Målet med arbeidspakke 2 er å finne det genetiske grunnlaget for disse negative fitness-effektene. Resultatene fra disse analysene vil bli fulgt opp i arbeidspakke 3, der vi skal bruke data fra storskala eksperimenter i tre naturlige populasjoner til å undersøke hvordan endringer i kandidatgenene vi finner i arbeidspakke 2 påvirker fitness. Hvordan innavl og tap av genetisk variasjon reduserer evnen populasjoner har til å tilpasse seg endringer i miljøet vil bli undersøkt i arbeidspakke 4. Til slutt, i arbeidspakke 5, vil vi bruke resultatene våre fra arbeidspakker 1-4 som input i statistiske modeller og simuleringer for å vurdere hvor viktige genetiske prosesser er for vekstraten og levedyktigheten til fragmenterte populasjoner.

A major challenge in conservation biology is the lack of information needed to properly evaluate risk of population extinction. In particular, we lack understanding of how population fragmentation, fluctuations in subpopulation sizes, and the genetic architecture of genetic load affect population viability. Our study populations represent an outstanding empirical study system uniquely suited to go beyond the current state-of-the-art regarding our understanding of the mechanisms underlying inbreeding load and drift load in nature, and the importance that these processes have for the growth and viability of fragmented populations. We will divide our conceptually rigorous research program into five connected and complementary work packages (WPs). In WP 1, we integrate genomic analyses of inbreeding and drift with unique high-quality demographic data to identify the causes of spatio-temporal variation in inbreeding and inbreeding depression, and examine the occurrence and strength of drift load in a subdivided vertebrate population. WP 2 will build on on-going cross-disciplinary collaboration between biologists and statisticians to explore of the genetic architecture of inbreeding depression and heterosis. In WP 3 we will follow up these results by using data from extraordinary and large-scale experiments in three natural populations to examine fitness effects of changes in allele and genotype frequencies at putative candidate loci/regions involved in inbreeding depression and heterosis. Inbreeding and drift is expected to reduce adaptive potential, and in WP 4 we use our team's cutting edge knowledge in quantitative genetics and genomics to quantify the importance of inbreeding (depression) and drift (load) for the additive genetic variance of subdivided populations. Finally, in WP 5 we extend current methods and use simulations to evaluate the importance of genetic processes and spatial structure for the growth and viability of fragmented populations.