Application of a chloroplast DNA marker in seed orchard management evaluations of Douglas-fir

M. U. Stoehr, B. L. Orvar, T. M. Vo, J. R. Gawley, J. E. Webber, and C. H. Newton

Abstract: We evaluated pollen contamination, supplemental mass pollination efficacies, and natural selfing in a Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) clonal-row seed orchard using a genetic marker on the paternally inherited chloroplast (cp) genome. A primer pair for the polymerase chain reaction amplification of a variable region on the cpDNA in Douglas-fir was developed. The amplified DNA product was highly variable in size, yielding 13 different haplotype bands from 20 orchard genotypes growing in the clonal-row seed orchard. Observed band sizes ranged from 859 to 1110 base pairs (bp). To estimate variation levels in the orchard background pollen pool, 96 assayed genotypes from surrounding stands gave rise to 36 different haplotypes, ranging from 367 to 1119 bp in size, resulting in a gene diversity estimate of 0.91. Most orchard clones' haplotypes were also present in the background. After adjusting for the presence of orchard-type haplotypes in the background, contamination was found to be 40%. Natural selfing in six individual clones ranged from 0 to 19% with an average of 6%. Supplemental mass pollination efficacy was estimated to be 55%, ranging from 39 to 73%, depending on the maternal clone and flowering phenology. This DNA marker proved to be very useful in assessing seed orchard mating dynamics and orchard management efficacies for Douglas-fir.

Résumé : À l'aide d'un marqueur génétique découlant du génome chloroplastique transmis paternellement chez les conifères, les auteurs ont évalué la contamination pollinique, l'efficacité de la pollinisation de masse ainsi que le niveau d'autogamie naturelle chez des Douglas taxifoliés (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) réunis en un verger à graines formé de rangées clonales. Pour ce faire, les auteurs ont mis au point une paire d'amorces d'amplification de l'ADN par PCR. Cette paire d'amorces était spécifique à une région variable du génome chloroplastique du Douglas taxifolié. La taille du fragment d'ADN amplifié était très variable, permettant la détection de 13 fragments différents d'haplotype parmi les 20 génotypes utilisés pour établir le verger à graines formé de rangées clonales. La taille observée des fragments variait de 859 à 1110 pb. Afin d'estimer la diversité de fragments au sein du bassin de pollen présent dans le verger, 96 génotypes différents représentatifs des peuplements environnants furent analysés, ce qui a permis de détecter 36 haplotypes différents, qui variaient de 367 à 1119 pb. L'indice de diversité génétique découlant de cette analyse s'établissait à 0,91. La plupart des haplotypes détectés parmi les clones du verger furent également observés parmi les arbres environnants. La contamination pollinique à l'intérieur du verger fut évaluée à 40%, après avoir ajusté pour la présence des haplotypes du verger parmi les arbres environnants. Le niveau d'autogamie naturelle de six clones individuels étudiés variait de 0 à 19%, avec une moyenne de 6%. L'efficacité de la pollinisation de masse fut estimée à 55%, avec des valeurs variant de 39 à 73%, dépendemment du clone maternel analysé et de la phénologie de la floraison. Les auteurs concluent en mentionnant l'utilité manifeste de ce marqueur d'ADN chez le Douglas taxifolié pour évaluer la dynamique d'accouplement prenant place au sein des vergers à graines et éprouver les pratiques de gestion des vergers.

[Traduit par la Rédaction]