The immediate costs and long‐term benefits of assisted gene flow in large populations

• Published in: Conservation biology Vol. 36; no. 4; pp. e13911 - n/a
• Main Authors: Grummer, Jared A., Booker, Tom R., Matthey‐Doret, Remi, Nietlisbach, Pirmin, Thomaz, Andréa T., Whitlock, Michael C.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: United States Blackwell Publishing Ltd 01.08.2022
• Subjects: adaptación local; Adaptive management; Animal population; Animal populations; animals; assisted migration; Climate change; conservation genetics; depresión exogámica; Fitness; Gene flow; Genes; Genetic diversity; Genetic variation; Genomes; Genomics; Genotypes; genética de la conservación; Inbreeding; Inbreeding depression; local adaptation; migración asistida; migración latente; migration pulsing; Outbreeding; outbreeding depression; Population; Population genetics; Populations; Reproductive fitness; reubicación; Translocation; wildlife management; local adaptation; migración latente; translocation; genética de la conservación; migration pulsing; reubicación; outbreeding depression; adaptación local; migración asistida; assisted migration; depresión exogámica; conservation genetics
• ISSN: 0888-8892; 1523-1739; 1523-1739
• DOI: 10.1111/cobi.13911

With the genetic health of many plant and animal populations deteriorating due to climate change outpacing adaptation, interventions, such as assisted gene flow (AGF), may provide genetic variation necessary for populations to adapt to climate change. We ran genetic simulations to mimic different AGF scenarios in large populations and measured their outcomes on population‐level fitness to determine circumstances in which it is worthwhile to perform AGF. In the absence of inbreeding depression, AGF was beneficial within a few generations only when introduced genotypes had much higher fitness than local individuals and traits affecting fitness were controlled by a few genes of large effect. AGF was harmful over short periods (e.g., first ∼10–20 generations) if there was strong outbreeding depression or introduced deleterious genetic variation. When the adaptive trait was controlled by many loci of small effect, the benefits of AGF took over 10 generations to realize—potentially too long for most climate‐related management scenarios. The genomic integrity of the recipient population typically remained intact following AGF; the amount of genetic material from the donor population usually constituted no more of the recipient population's genome than the fraction of the population introduced. Significant genomic turnover (e.g., >50% replacement) only occurred when the selective advantage of the adaptive trait and translocation fraction were extremely high. Our results will be useful when adaptive management is used to maintain the genetic health and productivity of large populations under climate change. Resumen Con el deterioro de la salud genética de muchas poblaciones de plantas y animales debido a la ventaja que le lleva el cambio climático a la adaptación, algunas intervenciones, como el flujo génico asistido (FGA), pueden proporcionar la variación genética necesaria para que las poblaciones se adapten al cambio climático. Simulamos diferentes escenarios de FGA aplicado en poblaciones grandes y medimos los resultados en la aptitud a nivel poblacional para determinar las circunstancias en las que merece la pena realizar FGA. Cuando no hubo depresión endogámica, el FGA produjo un beneficio en pocas generaciones sólo cuando se introdujeron genotipos que tenían una aptitud mucho mayor que los individuos locales y cuando unos cuantos genes de gran efecto controlaron los rasgos que afectaban a la aptitud. El flujo génico asistido fue dañino en periodos cortos (p.ej.: las primeras 10–20 generaciones) si existía una fuerte depresión exogámica o una variación genética deletérea introducida. Cuando muchos loci de pequeño efecto controlaron el rasgo adaptativo, los beneficios del FGA tardaron más de 10 generaciones en aparecer – un tiempo potencialmente muy largo para la mayoría de la gestión relacionada con el clima. La integridad genómica de la población receptora casi siempre permaneció intacta después del FGA; es decir, la cantidad de material genético de la población donante generalmente no constituyó más que la fracción de población introducida en el genoma de la población receptora. La rotación genómica significativa (p.ej.: reemplazos >50%) sólo ocurrió cuando la ventaja selectiva del rasgo adaptativo y la fracción de reubicación fueron extremadamente elevadas. Nuestros resultados serán útiles cuando se use la gestión adaptativa para mantener la salud genética y la productividad de las poblaciones grandes bajo el cambio climático.