Local hibridization in subtropical mountain habitats: Can cedrela (Meliaceae) maintain species’ identity in sympatry?

Abstract

Las especies congéneres con barreras reproductivas incompletas que coexisten a lo largo de un gradiente ambiental pueden ser proclives a la divergencia ecológica, a pesar del potencial de hibridación en simpatría. Estudiamos los patrones de distribución de isoenzimas y de secuencias de ADN nuclear y plastidial a escala local y regional en las tres especies de árboles del género Cedrela del subtrópico de noroeste de Argentina para analizar si las poblaciones de las distintas especies han divergido en sus hábitats montanos en relación a sus características ecológicas. Cedrela balansae y C. angustifolia pueden ser identificadas por alelos isoenzimáticos diagnósticos. Las secuencias nucleares del ITS mostraron polimorfismo intraindividual; bases ambiguas fueron compartidas entre C. balansae y C. saltensis, mientras que en C. angustifolia es parte de su polimorfismo intraespecífico. El ADN del cloroplasto consistió en un haplotipo compartido entre las especies de baja altitud C. balansae y C. saltensis y otro diferente para C. angustifolia el cual comparte con las otras dos especies cuando están en simpatría. Los análisis de UPGMA de isoenzimas y filogenético bayesiano de haplotipos del ITS muestran patrones concordantes. Las poblaciones de C. angustifolia se agruparon dentro de un mismo cluster y se separaron de las de C. saltensis y C. balansae que se mantuvieron agrupadas. Esto indica que existen barreras reproductivas entre C. angustifolia y los otros taxa de baja elevación C. saltensis y C. balansae, las cuales mantienen un continuo flujo génico. No obstante, bajo los distintos ambientes que ocupan, las tres especies hibridaron en algún momento en el pasado y más tarde comenzaron a diferenciarse a través de divergencia ecológica.

Congener species with incomplete reproductive barriers that coexist along environmental gradients may be prone to ecological divergence, in spite of the potential for hybridization in sympatry. We analyzed distribution patterns of isozymes, plastid, and nuclear DNA sequences at regional and local scales in three timber Cedrela species of the subtropics in the northern Argentina (Cedrela angustifolia, C. balansae, and C. saltensis), to test whether populations of distinct species have diverged in montane habitats in relation to their ecological characteristics. Cedrela balansae and C. angustifolia can be identified by diagnostic isozyme alleles. Nuclear ITS sequences yielded intraindividual polymorphism; ambiguous bases were shared between C. balansae and C. saltensis while those of C. angustifolia were part of its intraspecific polymorphism. Chloroplast DNA consisted mainly of a low-elevation haplotype present in C. balansae and C. saltensis and other found in C. angustifolia which in turn was shared locally by all species in sympatry. Multivariate UPGMA analysis of isozymes and Bayesian phylogeny of haplotype ITS yielded concordant patterns. Populations of C. angustifolia clustered in one group and were separated from the rest whereas those of C. saltensis and C. balansae were grouped together in one cluster. This indicates that stronger reproductive barriers exist between C. angustifolia and the low-elevation taxa C. saltensis and C. balansae which seem to maintain continuous gene flow. Nonetheless, under particular environmental settings, i.e., the three species hybridized sometime in the past and later became differentiated through ecological divergence.