Repeated jumps from Northwest Africa to the European continent: the case of peripheral populations of an annual plant

Abstract

Las poblaciones periféricas (es decir, las que se encuentran en el límite del área de distribución de una especie) pueden tener orígenes y características genéticas diferentes, y pueden ser fundamentales para la conservación de la diversidad genética. Hemos investigado las poblaciones periféricas europeas de Scrophularia arguta, una planta anual muy extendida que se distribuye desde Arabia hasta el noroeste de África y la Macaronesia. En Europa sólo existen dos pequeños grupos de población disjuntos de esta especie, concretamente en el centro-oeste y sureste de Iberia. Para desvelar el origen de estas poblaciones y determinar su importancia para la conservación de la diversidad genética de S. arguta, analizamos secuencias de ADN de dos regiones nucleares y dos regiones plastidiales y marcadores de polimorfismo de longitud de fragmentos amplificados en poblaciones muestreadas principalmente a lo largo del área de distribución occidental de la especie, y modelizamos la distribución de la especie en condiciones cuaternarias actuales y tardías. Los análisis revelaron la presencia de tres linajes distintos de S. argutain Europa, como resultado de múltiples olas de colonización en diferentes momentos del Cuaternario. Dos de estos linajes, presentes en el sureste de Iberia, son el resultado de una dispersión más o menos reciente desde el noroeste de África. Por el contrario, las poblaciones del centro-oeste de la Península Ibérica están fuertemente diferenciadas del resto del área de distribución de S. arguta y pueden considerarse poblaciones relictas periféricas. Nuestro estudio es el primero en demostrar la existencia de al menos tres colonizaciones del continente europeo desde África por una especie de planta nativa. Las diversas historias y la composición genética de las poblaciones resultantes confirman la importancia de las poblaciones periféricas, y en particular de las antiguas poblaciones relictas, para la conservación de la diversidad genética global en especies muy extendidas.

Peripheral populations (i.e., those occurring on the edge of a species’distribution range) can have different origins and genetic characteristics, and they may be critical for the conservation of genetic diversity. We investigated European peripheral populations of Scrophularia arguta, a widespread, annual plant distributed from Arabia to Northwest Africa and Macaronesia. Only two small disjunct population groups of this species occur in Europe, specifically in West‐Central and Southeast Iberia. To disclose the origin of these populations and determine their importance for the conservation of S. argutagenetic diversity, we analyzed DNA sequences from wo nuclear and two plastid regions and amplified fragment length polymorphism markers in populations sampled mainly across the western distribution range of the species, and modeled the species distribution underpresent and late Quaternary conditions. The analyses revealed the presence of three distinct lineages of S. argutain Europe, as a result of multiple colonization waves at different times in the Quaternary. Two of these lineages, occurring in Southeast Iberia, are the result of more or less recent dispersal from Northwest Africa. In contrast, West‐Central Iberian populations are strongly differentiated from the remaining range of S. arguta and can beconsidered as peripheral relict populations. Our study is the first to demonstrate the occurrence of at least three colonizations of the European continent from Africa by a native plant species. The diverse histories and genetic makeup of the resulting populations confirm the importance of peripheral populations, and particularly of ancien trelict populations, for the conservation of global genetic diversity in widespread species