A quantitative framework for breeding and conservation of forest tree genetic resources in British Columbia

Alvin D. Yanchuk

Abstract: Over the last decade, forest tree breeders have become aware of the need for gene conservation, but have struggled with methods that would meaningfully integrate breeding and conservation populations. Gene Namkoong has provided the most guidance in this area by defining the role of in- and ex-situ populations in forest tree gene resource management and, particularly, the need for this to be dynamic in time and space. However, once conservation plans for individual species in British Columbia were considered, it became clear that more quantitative structure was needed to provide a framework for attaining practical management objectives. This paper attempts to provide such a framework and show how breeding and conservation populations can be integrated into a continuum of genetic resources. First, capturing only one copy of an allele is likely not satisfactory to meet conservation objectives, and sampling targets should be set higher (e.g., 20) so as to avoid potential problems of inbreeding at later stages in the program. Second, there seems to be a large problem with conserving very low frequency alleles that are recessive, but this occurs in nature as well. Third, in situ populations should be large enough and in a state to persist on their own over several generations, so the more recent effective population size numbers proposed by Lynch (1996) (i.e., ~1000) need to be considered. Fourth, while breeding populations of moderate size (~80) will contain adequate amounts of quantitative genetic variation, they will also contain 20 copies of dominant alleles at frequencies of ~0.20 or higher. Fifth, maintaining and rejuvenating strategic ex-situ test populations now seems to be the only way to conserve low- to mid-frequency alleles that will (i) be reduced in progressive breeding populations by drift and, (ii) over time, not be in desirable genetic backgrounds in in situ populations. Sixth, any reliance on locating mutants in production populations seems generally remote and cannot be relied upon except in a very few situations, although mutation will be important in breeding and in reserves in situ.

Résumé : Durant la dernière décennie, les responsables de l'amélioration des essences forestières ont pris conscience de la nécessité de conserver les ressources génétiques mais ils ont dû, en même temps, faire face à la problématique de mettre au point des méthodes permettant une intégration efficace des populations de sélection et de conservation. Gene Namkoong est celui qui, plus que tout autre, a montré la voie dans ce domaine, en définissant le rôle des populations in- et ex situ dans la gestion des ressources génétiques chez les arbres forestiers et, plus particulièrement, le besoin de réaliser ces activités de façon dynamique, tant dans le temps que dans l'espace. Cependant, lorsque les programmes de conservation ont été envisagés pour chacune des espèces de la Colombie Britannique, il est devenu évident qu'une structure davantage quantitative était nécessaire, afin de susciter un cadre permettant d'atteindre des objectifs de gestion pratiques. L'auteur présente un tel cadre et démontre comment les populations de sélection et de conservation peuvent être intégrées selon un continuum de ressources génétiques. En premier lieu, il apparaît que la conservation d'une seule copie d'un allèle n'est pas une mesure satisfaisante pour rencontrer les objectifs de conservation. Les objectifs d'échantillonnage devraient être plus grands (i.e., 20), afin d'éviter les problèmes potentiels reliés à la consanguinité à des stades ultérieurs des programmes d'amélioration. En second lieu, un problème énorme semble exister lorsqu'il s'agit de conserver les allèles récessifs à faible fréquence, mais ce problème est également rencontré dans la nature. En troisième lieu, les populations in situ devraient être assez grandes et dans un état tel qu'elles pourraient se maintenir par elles-mêmes pendant plusieurs générations. Ce faisant, on devra envisager des tailles effectives de population de l'ordre de celles suggérées par Lynch (1996) (i.e., ~1000). Quatrièmement, pendant que les populations de sélection de taille modérée (~80) pourront abriter un niveau adéquat de variabilité génétique quantitative, elles contiendront également 20 copies de chacun des allèles dominants montrant une fréquence de ~0,20 ou plus. Cinquièmement, le maintien et le rajeunissement de certains dispositifs de populations ex situ à valeur stratégique semble être la seule voie permettant de conserver les allèles de fréquence modérée à moyenne (i) qui verront leur effectif diminuer par effet de dérive dans les populations de sélection d'une génération à l'autre et (ii) qui pourraient avec le temps devenir absents du bassin génétique souhaité des populations in situ. Sixièmement, il apparaît improbable dans un futur proche de pouvoir détecter les mutants dans les populations de production sauf dans certains cas et ce, même si l'effet de mutation est important au sein des populations d'amélioration et des réserves in situ.

[Traduit par la Rédaction]