Conservation genetics of the protected moth "Graellsia isabellae" (Lepidoptera, Saturniidae)

Abstract

[Abstract] Evolutionary and molecular genetics provides valuable information for the efficient conservation of endangered species. In this thesis, I have used a combination of newly generated genetic and ecological data to assess the conservation status of the protected moth Graellsia isabellae. Firstly, I reconstructed the evolutionary history of this iconic insect by using genetic data obtained from samples obtained across the whole known distribution area: Iberia Peninsula and French Alps. Data from one mitochondrial gene (cox1) and nine nuclear microsatellites revealed a strong phylogeographic pattern represented by six main genetic clusters. The changes in distribution range of its primary host plant, Pinus sylvestris, during the Upper Quaternary climatic oscillations, is likely to have played an important role in the diversification of the moth. Those six clusters were defined as Evolutionary Significant Units, which broadly match the current intraspecific taxonomy of this species. Secondly, I combined molecular (microstaellites) and ecological (mark- release-recapture) data to estimate the contemporary effective and census population size. The comparison of these parameters in two contrasting localities of G. isabellae contributed to reveal the factors that influence the genetic diversity of the moth at population level. Both demographic history and habitat configuration were essential to explain the similarity of census size and the significant difference in effective population size between the two sites. The need for the re-categorisation of this species in national and sub-national red lists is therefore argued for. Lastly, the analysis of population structure at fine-scale in the Pyrenean National Park of Ordesa y Monte Perdido confirmed topography and host plant of source-sink dynamics involving subpopulations located off limits of the National Park highlighted the importance of buffer zones to conserve genetic diversity of endangered populations.

[Resumen] La genética molecular y evolutiva proporciona información sumamente valiosa para la eficiente conservación de especies amenazadas. En esta tesis, se han utilizado una combinación de datos ecológicos y genéticos con el fin de evaluar el estado de conservación del lepidóptero protegido Graellsia isabellae. En primer lugar se ha reconstruido la historia evolutiva de este emblemático insecto, utilizando datos genéticos obtenidos del muestreo en toda su área de distribución conocida: Península Ibérica y Alpes franceses. La secuenciación de un gen mitocondrial (cox1) y el genotipado con nueve marcadores microsatélites nucleares revelaron un fuerte patrón filogeográfico compuesto por seis grupos de poblaciones (clusters). Los cambios en el rango de distribución de su principal planta hospedadora, Pinus sylvestris, durante las oscilaciones climáticas del Cuaternario Superior parecen haber jugado un papel importante en la diversificación de G. isabellae. Estos seis clusters, definidos como Unidades Evolutivas Significativas (ESU), coinciden en gran medida con la taxonomía intraespecífica de esta especie. En segundo lugar, se han combinado datos genéticos (microsatélites) y ecológicos (marcaje-suelta-recaptura) con el fin de estimar los tamaños poblacionales contemporáneos censal y efectivo. La comparación de ambos parámetros en dos poblaciones de G. isabellae con notables diferencias en cuanto a su hábitat han permitido desvelar los factores subyacentes a la diversidad la configuración del hábitat han resultado clave para explicar la similitud hallada entre tamaño censal de ambas localidades y la diferencia significativa obtenida en cuanto a sus respectivos tamaños efectivos de población. Se argumenta la necesidad de recategorizar a esta especie en los catálogos nacionales y autonómicos de fauna amenazada. Por último, el análisis a fina escala de la estructura poblacional en el Parque Nacional de Ordesa y Monte Perdido ha confirmado que la topografía y la configuración de los parches de planta hospedadora son los principales condicionantes de la estructuración poblacional de G. isabellae. El hallazgo de una dinámica fuente-sumidero involucrando a subpoblaciones localizadas fuera de los límites del Parque Nacional resalta la importancia de las zonas de protección periférica en la conservación de la diversidad genética de las poblaciones amenazadas.

[Resumo] A xenética molecular e evolutiva proporciona información sumamete valiosa para a conservación de especies ameazadas. Nesta tese empregáronse unha combinación de datos ecolóxicos e xenéticos co gallo de avaliar o estado de conservación do lepidóptero protexido Graellsia isabellae. Primeiramente reconstruiuse a historia evolutiva deste emblemático insecto, utilizando datos xenéticos obtidos da mostraxe en toda a súa área de distribución coñecida: Península Ibérica e Alpes franceses. A secuenciación dun xene mitocondrial (cox1) e o xenotipado con nove marcadores microsatélites nucleares desvelaron un forte patrón filoxeográfico composto por seis grupos de poboacións (clusters). Os cambios no rango de distribución da súa principal planta hospedadora, Pinus sylvestris, durante as oscilacións climáticas do Cuaternario Superior semellan ter xogado un importante papel na diversificación de G. isabellae. Estes seis clusters, definidos como Unidades Evolutivas Significativas (ESU), cadran coa taxonomía intraespecífica desta especie agás no caso dunha das subespecies. En segundo lugar, combináronse datos xenéticos (microsatélites) e ecolóxicos (marcaxe-ceiba-recaptura) co gallo de estimar os tamaños poboacionais contemporáneaos censal e efectivo. A comparanza destes dous parámetros en dúas poboacións de G. isabellae con notables diferenzas en canto ao seu hábitat foron clave para explicar a semellanza atopada no tamaño censal de ámbalas dúas localidades e a diferenza significativa obtiva en canto aos seus respectivos tamaños efectivos de poboación. Arguméntase a necesidade de recategorizar esta especie nos catálogos nacional e autonómicos de fauna ameazada. Finalmente, a análise a fina escala da estrutura poboacional no Parque Nacional de Ordesa e Monte Perdido confirmou que a topografía e a configuración dos anacos de planta hospedadora son os principais condicionantes da estruturación poboacional de G. isabellae. O ter atopado unha dinámica fonte-vertedoiro abranguendo subpoboacións localizadas fóra das lindes do Parque Nacional salienta a importancia das zonas de protección periféricas na conservación da diversidade xenética de poboacións ameazadas.

[Resum] La genètica molecular i evolutiva proporciona informació summament valuosa per a l’eficient conservació de les espècies amenaçades. En aquesta tesi, s’ha utilitzat una combinació de dades ecològiques i genètiques amb l’objectiu d’avaluar l’estat de conservació del lepidòpter protegit Graellsia isabellae. En primer lloc, s’ha reconstruït la història evolutiva d’aquest emblemàtic insecte, utilitzant dades genètiques obtingudes del mostreig al llarg de tota l’àrea de distribució coneguda: la península Ibèrica i els Alps francesos. La seqüenciació d’un gen mitocondrial (cox1) i el genotipat amb nou marcadors nuclears microsatèl·lits revelaren un fort patró filogeogràfic compost per sis grups de poblacions (clusters). Els canvis en el rang de distribució de la seua principal planta hostatgera, Pinus sylvestris, durant les oscil·lacions climàtiques del Quaternari superior semblen haver jugat un paper important en la diversificació de G. isabellae. Aquests sis clusters, definits com a Unitats Evolutives Significatives (ESU), conicideixen en gran manera amb la taxonomia intraespecífica d’aquesta espècie. En segon lloc, s’han combinat dades genètiques (microstèl·lits) i ecològiques (marcatge-solta-recaptura) amb la finalitat d’estimar les grandàries poblacionals contemporànies censal i efectiva. La comparació d’ambdós paràmetres en dues poblacions de G. isabellae amb paleses diferències pel que fa al seu hàbitat han permès descobrir els factors subjacents a la diversitat genètica d’aquesta espècie a nivell poblacional. Tant la història demogràfica com la configuració de l’hàbitat han resultat clau per a explicar la semblança trobada entre la grandària censal d’ambdues localitats i la diferència significativa obtinguda pel que fa a les seues respectives grandàries efectives de població. S’argumenta doncs, la necessitat de recategoritzar aquesta espècie en els catàlegs nacionals i autonòmics de fauna amenaçada. Finalment, l’anàlisi a fina escala de l’estructura poblacional al Parc Nacional d’Ordesa i Monte Perdido ha confirmat que la topografia i la configuració dels fragments de planta hostatgera són els principals condicionants de l’estructura poblacional de G. isabellae. La descoberta d’una dinàmica font- embornal involucrant subpoblacions localitzades fora dels límits del Parc Nacional subratlla la importància de les zones de protecció perifèrica en la conservació de la diversitat genètica de les poblacions amenaçades.