Genetic selection for cold hardiness in coastal Douglas-fir seedlings and saplings

Gregory A. O'Neill, Sally N. Aitken, and W. Thomas Adams

Abstract: Genetic control of cold hardiness in two-year-old seedlings was compared with that in 7-year-old saplings of 40 open-pollinated families in each of two breeding populations (Coast and Cascade) of coastal Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii var. menziesii (Mirb.) Franco) from western Oregon. In addition, the efficacy of bud phenology traits as predictors of cold hardiness at the two stages was explored. Fall and spring cold hardiness were assessed using artificial freeze testing. Similar genetic control of cold hardiness in seedlings and saplings is suggested by strong type-B genetic correlations (r_B) between the two ages for fall and spring cold injury traits (r_B

0.78) and by similar trends in individual tree heritability estimates (h_i²), e.g., h_i² was greater in spring (h^–_i² = 0.73) than in fall (h^–_i² = 0.36) and greater in the Coast population (h^–_i² = 0.69) than in the Cascade population (h^–_i² = 0.40) at both ages. Strong responses to direct selection are expected for spring cold hardiness at both ages and for fall cold hardiness in seedlings, even under mild selection intensities. Similar heritabilities in seedlings and saplings, and strong genetic correlations between ages for cold-hardiness traits, ensure that selection at one age will produce similar gains at the other age. Type-A genetic correlations (r_A) between fall and spring cold hardiness were near zero in the Cascade population (r_A = 0.08 and -0.14 at ages 2 and 7, respectively) but were moderate and negative in the Coast population (r_A = -0.54 and -0.36, respectively). Bud-burst timing appears to be a suitable surrogate to artificial freeze testing for assessing spring cold hardiness in both seedlings and saplings, as is bud set timing for assessing fall cold hardiness in seedlings, but bud set timing is a poor predictor of fall cold hardiness in saplings.

Résumé : Les auteurs ont comparé le contrôle génétique de la résistance au froid chez des semis de deux ans et des jeunes arbres de sept ans, représentatifs de 40 descendances issues de pollinisation libre pour chacune de deux populations d'élevage (zone côtière et zone des Cascades) de douglas de Menzies (Pseudotsuga menziesii var. menziesii (Mirb.) Franco) de l'ouest de l'Oregon. De plus, les auteurs ont étudié l'efficacité des caractères phénologiques associés aux bourgeons pour prédire la résistance au froid à ces deux stades de développement. La résistance printanière et automnale au froid a été évaluée à l'aide de tests de congélation artificielle. Les résultats suggèrent l'existence d'un contrôle génétique similaire de la résistance au froid chez les semis aussi bien que chez les jeunes arbres. Ainsi, de fortes corrélations génétiques de type B ont été observées entre les deux âges pour les caractères de dommages dus au froid automnal et printanier (r_B > 0,78) et par des tendances similaires au niveau des estimés d'héritabilité individuelle (h_i²) : par exemple, h_i² était plus grande au printemps (h^–_i² = 0,73) qu'à l'automne (h^–_i² = 0,36) et plus grande au sein de la population de la zone côtière (h^–_i² = 0,69) qu'au sein de la population de la zone des Cascades (h^–_i² = 0,40) et ce, pour chacun des deux âges. De fortes réponses à la sélection directe sont anticipées pour la résistance printanière au froid à chacun des deux âges, et pour la résistance automnale au froid chez les semis et ce, même pour des valeurs modérées d'intensité de sélection. Les héritabilités similaires entre semis et jeunes arbres ainsi que les fortes corrélations génétiques observées entre les deux âges pour les caractères de résistance au froid garantissent que la sélection à un âge donné produira des gains similaires à l'autre âge. Les corrélations génétiques de type A (r_A) entre la résistance printanière et automnale au froid étaient quasi nulles chez la population de la zone des Cascades (r_A = 0,08 et -0,14 aux âges de 2 et 7 ans, respectivement), mais elles étaient modérées et négatives chez la population de la zone côtière (r_A = -0,54 et -0,36). La date de débourrement des bourgeons semble être un substitut adéquat aux tests de congélation artificielle pour évaluer la résistance printanière au froid tant chez les semis que les jeunes arbres, tout comme l'est la date d'aoûtement des bourgeons pour évaluer la résistance automnale au froid chez les semis. Cependant, la date d'aoûtement des bourgeons n'est pas une mesure adéquate pour prédire la résistance automnale au froid chez les jeunes arbres.

[Traduit par la Rédaction]