Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Phylogeography and population structure of the European tree frog (Hyla arborea) for supporting effective species conservation

Krug, Astrid

Many amphibian species around the world are threatened by consequences of habitat degradation and fragmentation. The European tree frog (Hyla arborea) has suffered from dramatic population declines in the last decades and has therefore been categorised as threatened in many Red Data lists. Conservation measures are conducted at many places. To support such measures I conducted molecular studies on two geographic levels to reveal phylogeographic structures and genetic diversity, which are important for effective species conservation management. In Lower Saxony in Germany the current distribution of the tree frog is very patchy with some main occurrences in the lowlands. In order to define management units I sampled 237 individuals at 14 sites (~ 3 ‑ 250 km apart from each other) across the tree frog distribution area in Lower Saxony and adjacent areas. All samples were genotyped with eight microsatellite loci and twelve sites were sequenced for an mtDNA cytochrome b fragment. While all but one of the microsatellite pairwise Dest and FST values showed significant genetic differentiation (Dest: 0 ‑ 0.46, FST: 0 ‑ 0.18), Bayesian analyses suggested seven distinct genetic clusters. The cytochrome b haplotype distribution highlights the former connection of the currently fragmented populations along the river Elbe. However, to reveal genetic structuring at higher geographic levels, as could have been generated e.g. by different postglacial colonisation routes, I conducted the second study with a sampling network of 31 sites across the tree frogs’ distribution area in Germany. 372 individuals were again analysed by mtDNA cytochrome b sequences and eight microsatellite loci. Sequence divergence between sample sites was low, varying between 0 and 0.4 % (overall 0.2 %), and no distinct genetic lineages were found. Nonetheless, a clear North-South partitioning was revealed by both molecular markers with the Central German Uplands as likely barrier. Furthermore, the influence of the major rivers such as Elbe, Rhine, and Danube on the phylogeographic structure was revealed. In general the genetic diversity was relatively high in both studies. Therefore, each of the sampled tree frog occurrences should have the potential to maintain or recover to a stable population size when applying appropriate local conservation measures. For new resettlement projects, the identified genetic structures should be considered when choosing source populations. Where possible, reconnection of originally linked occurrences that are now separated in different conservation units due to habitat fragmentation and genetic drift should be facilitated.

Weltweit sind viele Amphibienarten, hauptsächlich durch die Folgen von Habitat-Degradierung und Fragmentierung, gefährdet. Der Europäische Laubfrosch (Hyla arborea) hat in den letzten Jahrzehnten immense Bestandsrückgänge erfahren und wurde daher in vielen Roten Listen als gefährdet eingestuft. Naturschutzmaßnahmen werden bereits vielerorts durchgeführt. Um solche Maßnahmen zu unterstützen, habe ich molekulargenetische Studien auf zwei geografischen Ebenen durchgeführt zur Aufdeckung phylogeographischer Strukturen sowie der genetischen Diversität, welche für ein effektives Artenschutzmanagement wichtig sind. In Niedersachsen ist die aktuelle Verbreitung des Laubfroschs sehr verinselt mit einigen Schwerpunktvorkommen im Tiefland. Um Management Units zu beschreiben, habe ich 237 Individuen an 14 Probestellen (~ 3 ‑ 250 km voneinander entfernt) im niedersächsischen sowie angrenzenden Verbreitungsgebiet gesammelt. Alle Proben wurden mit acht Mikrosatelliten-Loci genotypisiert und zwölf Probestellen wurden für ein mtDNA Cytochrome b Fragment sequenziert. Während bis auf einen alle paarweisen Mikrosatelliten Dest und FST Werte signifikant unterschiedlich waren (Dest: 0 ‑ 0.46, FST: 0 ‑ 0.18), wiesen die Bayesischen Analysen sieben unterschiedliche genetischen Cluster auf. Die Verbreitung der Cytochrom b Haplotypen hebt die ehemalige Verbindung, zurzeit fragmentierter Populationen, entlang der Elbe hervor. Um übergeordnete genetische Strukturen aufzudecken, wie sie durch unterschiedliche nacheiszeitliche Besiedlungslinien entstanden sein können, habe ich die zweite Studie mit einem Netzwerk von 31 Probeorten im deutschen Laubfrosch Verbreitungsgebiet durchgeführt. 372 Individuen wurden wiederum mithilfe von mtDNA Cytochrome b Sequenzen und acht Mikrosatelliten-Loci analysiert. Sequenz Divergenzen zwischen Probeorten waren gering und variierten zwischen 0 und 0,4 % (gesamt: 0,2 %). Es wurden keine unterschiedlichen genetischen Linien gefunden. Dennoch konnte eine klare Nord-Süd Unterteilung mit den deutschen Mittelgebirgen als wahrscheinliche Barriere in beiden molekularen Markern aufgezeigt werden. Des Weiteren wurde der Einfluss von großen Flüssen wie z.B. Elbe, Rhein und Donau auf die phylogeographische Struktur deutlich. Im Allgemeinen war die genetische Diversität in beiden Studien relativ hoch. Daher sollte jedes der beprobten Laubfroschvorkommen das Potential besitzen, eine stabile Populationsgröße wieder zu erlangen bzw. sie zu erhalten, wenn geeignete Naturschutzmaßnahmen vor Ort durchgeführt werden. Im Fall von neuen Wiederansiedlungsprojekten sollten bei der Wahl der Spenderpopulation die gefundenen genetischen Strukturen berücksichtigt werden. Wo es möglich ist, sollte eine Wiedervernetzung von ursprünglich in Verbindung gewesener Vorkommen, welche heute durch Habitatfragmentierung und genetische Drift in unterschiedliche Conservation Units eingeteilt wurden, durchgeführt werden.

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Krug, Astrid: Phylogeography and population structure of the European tree frog (Hyla arborea) for supporting effective species conservation. Hannover 2012. Tierärztliche Hochschule.

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