In light of rapidly decreasing levels of biodiversity, conservation efforts towards the sustainable management of species and their ecosystems is becoming increasingly relevant. The black grouse (Lyrurus tetrix), rock ptarmigan (Lagopus muta) and western capercaillie (Tetrao urogallus) are listed as ‘Least Concern’ by the International Union for Conservation of Nature. However, at the southern edges of their ranges, these species are often more fragmented and some populations are classified as threatened. Importantly for conservation actions, the genetic ‘health’ of these elusive species in these regions is poorly understood. Here we use a multi-species, multi-marker approach to identify common factors affecting genetic patterns. Samples were collected predominantly from the Italian Alps over a 20 year period. Data from traditional markers (mitochondrial DNA and microsatellites) as well as genome-wide Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) were generated and compared. SNPs were typed using the Genotyping-by-Sequencing technique to investigate their suitability for this type of conservation application, and applied for the first time for these tetraonids. The black grouse was characterized by a strong pattern of isolation by distance across the Italian Alps, and the results also suggest that there may a barrier to their movement in a heavily urbanized Lombardy Region. The ptarmigan results suggest that this species forms a continuous panmictic population across the study area, confirming that dispersal distances for this species have been underestimated in the Alps. Unexpectedly given its low density and previously estimated range of movement, gene flow is high among capercaillie populations in Trentino-Alto Adige. No genetically isolated populations were identified for any of the species in the Italian Alps; in addition, genetic variability of the black grouse did not decrease over the study period, suggesting that current management practices (including the hunting of both sexes of ptarmigan and male black grouse) are suitable for maintaining current levels of genetic diversity. In general, the SNP results produced more detailed geographical patterns for the data (although they did not contrast with STR results). Therefore, given that the technique was fairly successful even for non-invasive samples, the periodic use of these genomic markers is recommended for the study of populations across all three species ranges, to aid future conservation efforts.

La forte perdita di biodiversità in tutto il pianeta, frequentemente indicata come “sesta estinzione di massa” richiede nuovi e sempre più intensi sforzi di conservazione per la gestione delle specie e degli ecosistemi. Il fagiano di monte (Lyrurus tetrix), la pernice bianca (Lagopus muta) e il gallo cedrone (Tetrao urogallus) sono classificati come "Minor Preoccupazione" dall'Unione Internazionale per la Conservazione della Natura. Tuttavia, ai margini meridionali delle loro aree di distribuzione, le popolazioni sono piccole e frammentate, e quindi a rischio di estinzione locale. Per gestire nel modo migliore le azioni di conservazione in queste regioni, la "salute" genetica è importante ma ancora poco analizzata e compresa. Qui usiamo un approccio multi-specie e multi-marcatore per identificare i fattori comuni che influenzano i pattern genetici. I campioni sono stati raccolti prevalentemente nelle Alpi italiane in un periodo di circa vent’anni. I dati relativi ai marcatori tradizionali (DNA mitocondriale e microsatelliti) sono stati confrontati con i polimorfismi a singolo nucleotide (SNPs). Per la prima volta in queste specie, gli SNPs sono stati tipizzati usando la tecnica del Genotyping-by-Sequencing, e la loro idoneità per questo tipo di applicazioni in conservazione è stata indagata. Per il fagiano di monte, un forte pattern di isolamento per distanza è presente nelle Alpi, e i risultati suggeriscono anche che potrebbe esserci una barriera al loro movimento in una regione lombarda fortemente antropizzata. Inaspettatamente, i risultati per la pernice bianca suggeriscono che la specie è costituita da una unica popolazione panmittica in tutta l'area di studio, indicando che le distanze di dispersione sono state sottostimate in passato. Ancora più sorprendenti sono stati i risultati del gallo cedrone, che suggeriscono anche in questo caso che il flusso genico sia elevato tra le popolazioni del Trentino-Alto Adige, nonostante il loro range di movimento precedentemente stimato fosse ridotto. Nessuno dei risultati ottenuti indica la presenza di popolazioni geneticamente isolate nelle Alpi italiane in nessuna specie. Il fagiano di monte, per il quale è stato possibile fare un confronto temporale, non sembra aver perso variabilità genetica negli ultimi 20 anni, e questo suggerisce che le attuali pratiche di gestione della specie e delle attività venatorie non stanno compromettendo la diversità genetica. In generale, i risultati ottenuti con i marcatori SNPs hanno prodotto inferenze compatibili, ma più dettagliate, di quelle possibili con i marcatori classici. Pertanto, dato che la tecnica ha avuto successo anche per i campioni non invasivi, si raccomanda l'uso periodico di questi marcatori per il monitoraggio delle popolazioni in tutte e aree di distribuzione delle tre specie, allo scopo di identificare eventuali perdite di diversità o frammentazione in futuro e guidare eventuali modifiche ai piani gestionali.

Patterns of Genomic Variation in Three Species of Alpine Grouse: Conservation and Management Using SNPs

FRASER, Alice Kate
2022

Abstract

In light of rapidly decreasing levels of biodiversity, conservation efforts towards the sustainable management of species and their ecosystems is becoming increasingly relevant. The black grouse (Lyrurus tetrix), rock ptarmigan (Lagopus muta) and western capercaillie (Tetrao urogallus) are listed as ‘Least Concern’ by the International Union for Conservation of Nature. However, at the southern edges of their ranges, these species are often more fragmented and some populations are classified as threatened. Importantly for conservation actions, the genetic ‘health’ of these elusive species in these regions is poorly understood. Here we use a multi-species, multi-marker approach to identify common factors affecting genetic patterns. Samples were collected predominantly from the Italian Alps over a 20 year period. Data from traditional markers (mitochondrial DNA and microsatellites) as well as genome-wide Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) were generated and compared. SNPs were typed using the Genotyping-by-Sequencing technique to investigate their suitability for this type of conservation application, and applied for the first time for these tetraonids. The black grouse was characterized by a strong pattern of isolation by distance across the Italian Alps, and the results also suggest that there may a barrier to their movement in a heavily urbanized Lombardy Region. The ptarmigan results suggest that this species forms a continuous panmictic population across the study area, confirming that dispersal distances for this species have been underestimated in the Alps. Unexpectedly given its low density and previously estimated range of movement, gene flow is high among capercaillie populations in Trentino-Alto Adige. No genetically isolated populations were identified for any of the species in the Italian Alps; in addition, genetic variability of the black grouse did not decrease over the study period, suggesting that current management practices (including the hunting of both sexes of ptarmigan and male black grouse) are suitable for maintaining current levels of genetic diversity. In general, the SNP results produced more detailed geographical patterns for the data (although they did not contrast with STR results). Therefore, given that the technique was fairly successful even for non-invasive samples, the periodic use of these genomic markers is recommended for the study of populations across all three species ranges, to aid future conservation efforts.
GHIROTTO, Silvia
BARBUJANI, Guido
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Descrizione: FRASER, A. K. - Patterns of Genomic Variation in Three Species of Alpine Grouse: Conservation and Management Using SNPs
Tipologia: Tesi di dottorato
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/11392/2483443
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