Genetic variation and structure in Norwegian red deer

Abstract

In all species the abundance and distribution of populations vary through time and space, but recently major changes in the size and range of many populations have been observed. Population contractions and founder events during spatial expansion may involve differentiation of or even loss of genetic variation, which is important for the sustainability of species. This thesis addresses the genetic variation of microsatellite and mitochondrial DNA in a cervid population that is presently spatially expanding but that has been exposed to previous population reductions and translocations from non-indigenous populations. In Norwegian red deer genetic variation is significantly differentiated compared to in other European populations and a lower level of variation demonstrate loss of genetic variation by previous genetic drift. Separate bottleneck analyses of microsatellite data support loss of gene copies during an old common European bottleneck but the additional Scandinavian losses imply other and more recent bottlenecks. Historic records and genetic estimates suggest bottlenecks to have taken place around postglacial colonisation and from 300 to 100 years ago. All together, strong genetic drift has involved strong genetic differentiation of the European populations. In an island population of indigenous Norwegian red deer a translocation of genetically distinct continental red deer one century ago has involved full interbreeding and a resultant hybrid population. Genetic measures show that the hybrid population on Otterøya is an intermediate of Norwegian and introduced red deer, which were of a Hungarian - German blood cross. A similar to larger body size of hybrids than indigenous Norwegian deer indicates positive effects that may stem from introduced additive genetic variation, positive gene interactions or hetrozygote overdominance. The mainland Norwegian population has however been little affected since gene flow from Otterøya until now has been very low. Within the mainland Norwegian red deer population a present genetic structure of five subpopulations coincides very well with the historically recorded distribution from 300 to 100 years ago, lending support to strong genetic drift during this period. Founder events during spatial population expansion the last century have by comparison not involved any significant genetic differentiation. Rather existing genetic structure has been maintained by physical barriers for dispersal, like steep - sided Norwegian fiords and broad mountain ranges, during spatial expansion. Further, dispersal is male-biased and significant isolation by distance may be explained by female philopatry, which is supported by a stronger female than male genetic structure.

Hos alle arter endrer populasjonene størrelse og utbredelse gjennom tid og rom, men nylig har spesielt store endringer blitt observert i mange populasjoner. Sammentrekninger i størrelse og nyetableringer ved romlig ekspansjon av populasjoner kan medføre differensiering eller til og med tap av genetisk variasjon, som er viktig for artenes opprettholdelse. Denne doktorgraden tar for seg genetisk variasjon av mikrosatellitt og mitokondrie DNA i en hjortepopulasjon som for øyeblikket ekspanderer geografisk, men som tidligere har vært utsatt for reduksjoner i størrelse og utsettinger av hjort fra fremmede populasjoner. I norsk hjort er genetisk variasjon markant differensiert i forhold til i andre europeiske populasjoner, og et lavere nivå variasjon viser at genetisk variasjon har blitt tapt ved tidligere genetisk drift. Forskjellige analyser av mikrosatellitt DNA støtter at gen kopier har blitt tapt i en gammel felles europeisk flaskehals, men ytterligere tap i de skandinaviske populasjonene tyder på andre og mer nylige flaskehalser. Historiske nedtegninger og genetiske estimater antyder flaskehalser både ved postglasial kolonisering og fra 300 til 100 år siden. Til sammen har genetisk drift medført sterk genetisk differensiering av de europeiske populasjonene. I en øypopulasjon av hjemmehørende norsk hjort har innføringen av genetisk forskjellig kontinental hjort for et århundre siden medført full krysning og en medfølgende hybrid populasjon. Genetiske mål viser at hybrid populasjonen på Otterøya er en mellomting mellom den norske hjorten og den innførte, som var en krysning mellom ungarsk og tysk hjort. En lik til større kroppsstørrelse hos hybridene enn hos norsk hjort tyder på positive effekter av hybridiseringen som kan skyldes tilført additiv genetisk variasjon, positive geninteraksjoner eller overdominans av heterozygoter. Den norske fastlandspopulasjonen har imidlertid blitt lite påvirket ettersom spredning fra Otterøya inntil nå har vært svært lav. Innen den norske fastlandspopulasjonen er en nåværende genetisk struktur av fem sub - populasjoner svært godt overensstemmende med den historisk nedtegnede utbredelsen fra 300 til 100 år siden, og dette støtter at den genetiske driften var sterk i denne perioden. Nyetableringer ved geografisk ekspansjon det siste århundret har til sammenligning ikke medført noen signifikant genetisk differensiering. Snarere har eksisterende genetisk struktur blitt opprettholdt av fysiske barrierer for spreding, som brattsida fjorder og store fjellkjeder, i løpet av den geografiske ekspansjonen. Spredning er også høyere blant hanner og signifikant isolasjon i forhold til geografisk avstand kan forklares av hjemmekjærhet hos hunnene, noe som støttes av en sterkere genetisk struktur mellom hunner enn hanner.