The Landscape Genomics of the Scandinavian Red Fox

Abstract

Som følge av globale endringer i miljø og arealbruk har man sett endringer i økosystemer og ekspansjon i boreale arter. Landskapsgenomikk er et spirende fagfelt som kombinerer økologi og genetikk. I sammenheng med globale endringer, er landskapsgenomikk et kraftig verktøy for å undersøke genetisk struktur og genflyt som formes av landskap og miljø. I denne avhandlingen studerte jeg den Skandinaviske rødreven (Vulpes vulpes), gjennom en tilnærming basert på landskapsgenomikk. Rødreven er en viktig generalist-art som har ekspandert lenger nord og høyere opp i fjellet. Den er også høyst relevant for viltforvaltning og folkehelse, for eksempel gjennom konkurranse med den truede fjellreven (Vulpes lagopus), og gjennom sin rolle som bærer av smittsomme sykdommer. Jeg brukte SNP-data fra hele genomet for å undersøke den genetiske strukturen hos Skandinavisk rødrev. I sammenheng med ekspansjon av rødrevens utbredelse, undersøkte jeg også om deler av genomet var assosiert med høyfjells- og nordlige områder.

Jeg har vist at rødreven er preget av svak genetisk struktur og begrenset genetisk differensiering i Skandinavia. Dette tydet på en høy grad av genflyt og forflytning av individer på tvers av landskap. Danmark var derimot mer genetisk forskjellig fra resten av Skandinavia, som antakelig kan forklares med at stredene som skiller Danmark fra den Skandinaviske halvøy utgjør en landskapsbarriere for rødreven. I tillegg ble lavere heterozygositet observert i Danmark sammenlignet med Norge og Sverige. Jeg fant signaler fra mulig fylogeografisk struktur, og at nord-til-sør og øst-til-vest gradienter bestemte deler av den genetiske strukturen på den Skandinaviske halvøy. På tross av dette, var Norske og Svenske rødrever svært like genetisk sett. Denne studien viser derfor at rødreven representerer en spredningsvei for sykdommer i Skandinavia. Det var ingen assosiasjon mellom deler av genomet og områder lengre nord og høyere opp i fjellet. Det virker derfor usannsynlig at noen få gener frembringer en fenotype gunstig for slike habitater. Selv om man ikke kan utelukke at det er et genetisk aspekt involvert i vandring og ekspansjon, har tidligere studier pekt på miljøforandringer og menneskelig påvirkning som de viktigste årsakene for ekspansjon av rødrevens utbredelse. Uten åpenbare sterke landskapsbarrierer som hindrer rødreven i å krysse den Skandinaviske halvøy, og sett i sammenheng med sin rolle som sykdomsbærer, er rødreven en art som er høyst relevant i forbindelse med folkehelse og for forvaltningen og bevaringen av Skandinavisk fauna.

Global environmental and land use change have brought about changes in ecosystems and induced range expansion in several boreal species. Landscape genomics is a growing field of study in the intersection between ecology and genetics. In the context of global change, this field provides powerful tools to investigate the genetic structure and gene flow shaped by the landscape and environment. In this thesis I applied a landscape genomics approach to study the Scandinavian red fox (Vulpes vulpes), an important generalist species which has undergone range expansion. The species is highly relevant for wildlife conservation and public health, for instance through its competition with the endangered arctic fox (Vulpes lagopus), and its role as a host species for infectious diseases. By using genome-wide SNP data, I explored the genetic structure of the Scandinavian red fox. In the context of red fox range expansion, I also investigated whether any genomic regions were associated with high elevational or northern areas.

I showed that the red fox is characterised by weak genetic structure and limited genetic differentiation in Scandinavia. This indicated high levels of gene flow and movement of individuals across the landscape. Denmark, however, was more genetically differentiated from the rest of Scandinavia, which might be explained by the landscape barrier represented by the straits that separate Denmark from the Scandinavian peninsula. I also observed lower genome-wide heterozygosity in Denmark relative to Norway and Sweden. Signals of phylogeographical structuring were detected, and north-to-south and east-to-west gradients determined some of the genetic structure on the Scandinavian peninsula. Despite this, Norwegian and Swedish red foxes were genetically highly similar. This study therefore shows that the red fox represents a channel for pathogen spread across Scandinavia. There was no significant association between genomic regions and high elevational or northern areas. It therefore appear unlikely that a few large-effect genes mediate a phenotype that makes red foxes relatively better adapted for dispersal to- and colonisation of such habitats. Although one cannot rule out the possibility for a genetic aspect involved in dispersal and range expansion, previous literature points towards environmental change and human impacts as the most important factors driving red fox range expansion. The red fox, with no apparent strong landscape barriers that prevents it from crossing the Scandinavian peninsula, seen in connection with its role as a pathogen vector, is a species highly relevant in the context of public health and for the management and conservation of Scandinavian fauna.