Inbreeding and inbreeding depression in water voles (Arvicola amphibious) in Northern Norway

Abstract

Å forstå hvordan små og isolerte populasjoner kan bli påvirket av innavl er svært viktig innen bevaringsbiologi. Innavl kan ha alvorlige konsekvenser for fitness, både på individ- og populasjonsnivå, og kan øke sjansen for utryddelse av små og isolerte populasjoner. Når innavl reduserer et individs fitness gjennom for eksempel redusert overlevelse eller reproduksjon, kalles det innavlsdepresjon. I dette studiet har jeg undersøkt innavl og innavlsdepresjon i en syklisk metapopulasjon av vånd (Arvicola amphibious) på 13 små øyer utenfor kysten av Nord-Norge. Det finnes lite kunnskap om forholdet mellom spatio-temporale variasjoner i innavl og styrken på innavlsdepresjon i sykliske, oppdelte populasjoner. Her har jeg brukt et 5-årig slektstre (pedigree), konstruert ved bruk av SNP-genotypedata fra 1311 individer, for å estimere innavlskoeffisienten til hvert individ med fire kjente besteforeldre. Gjennomsnittlig individuell innavlskoeffisient var 0.0425, og nivået av innavl varierte mellom ulike år og øyer. En signifikant negativ sammenheng mellom nivå av innavl og reproduksjon ble funnet, mens det ikke så ut til å være innavlsdepresjon for overlevelse hos juvenile eller voksne individer. En mulig forklaring på den observerte innavlsdepresjonen i reproduksjon, kan være at innavl i større grad påvirker indre fysiologiske prosesser, slik som prosesser relatert til sperm- eller eggkvalitet. På den andre siden kan overlevelse i større grad være påvirket av ekstreme eksterne faktorer, slik at overlevelse mer eller mindre er stokastisk og uavhengig av nivå av innavl. Den generelle trenden er en variasjon i innavl mellom ulike år og på ulike øyer, og flere år bør inkluderes for å konkludere om også innavlsdepresjon varierer mellom år. Å estimere omfanget av innavlsdepresjon i en syklisk, fragmentert metapopulasjon er viktig og sentralt i bevaringsbiologi, ettersom innavl forventes å negativt påvirke levedyktigheten av fragmenterte populasjoner som jevnlig går gjennom biologiske flaskehalser.

Understanding how small and fragmented populations may be affected by inbreeding is of great importance in conservation biology. Inbreeding could lead to severe fitness consequences both at the individual and population level, and may increase the risk of extinction of small populations. When inbreeding lowers an individual’s fitness through for example reduced survival or reproduction, it is called inbreeding depression. In this study, inbreeding and inbreeding depression were investigated in a cyclic water vole (Arvicola amphibious) population on 13 different islands off the coast of Northern Norway. Little is known about the relationship between spatio-temporal variations in inbreeding and the strength of inbreeding depression in cyclic, subdivided populations. Here, a 5-year pedigree, constructed by using SNP-genotype data from 1311 individuals, was used to estimate the inbreeding coefficient of each individual with two full ancestral generations. The mean individual inbreeding coefficient was 0.0425, and the level of inbreeding differed between years and between the islands. A significant negative relationship between individual level of inbreeding and reproductive traits was found, but there appeared to be no inbreeding depression in juvenile or adult survival. A possible explanation for the observed inbreeding depression in reproductive traits might be that inbreeding affects mostly internal physiological processes, such as those related to sperm or egg quality. In contrast, survival might be driven by such extreme external environmental factors that the survival could be more or less stochastic and independent of the level of inbreeding. The overall trend is a variation in inbreeding in different years and on different islands, and more years should be included to conclude whether also inbreeding depression varies between years. To estimate the magnitude of inbreeding depression in a cyclic, fragmented metapopulation is important and central to conservation biology, as inbreeding is expected to negatively affect the viability of fragmented populations frequently going through bottlenecks.