The role of reproduction in the emergence and evolution of polyploid plant

Abstract

La poliploidía es una condición hereditaria consistente en la existencia de más de dos juegos de cromosomas por núcleo, y es considerada un mecanismo de especiación importante y frecuente en la historia evolutiva de las angiospermas. Este fenómeno ha sido propuesto como un importante mecanismo de especiación simpátrica rápida, por el que nuevas entidades pueden surgir en la población y que, teóricamente, adquieren aislamiento reproductivo inmediato. La reproducción es crucial no solo como motor de aparición de nuevos citotipos, sino también en su mantenimiento en la población, y en su subsiguiente dispersión. La producción de gametos no reducidos es el mecanismo principal que permite la aparición de nuevos citotipos, aunque se desconoce su frecuencia en poblaciones naturales. En un escenario de cruzamiento aleatorio, el establecimiento de neopoliploides sufre una fuerte selección dependiente de frecuencia. Así, el éxito de los neopoliploides dependerá de un conjunto de características ecológicas que aumenten su éxito reproductivo y, consecuentemente, su probabilidad de persistir en la población con sus progenitores. Los modelos teóricos sugieren que ciertas características, tales como las tasas de formación de nuevos poliploides, su fecundidad, porte, capacidad competitiva, y diferenciación de nicho, son rasgos fundamentales que determinarán la persistencia de los neopoliploides en la población. No obstante, existen pocos estudios exhaustivos sobre la importancia de los efectos ecológicos generados por la duplicación del genoma, y los estudios que existen presentan limitaciones importantes. En este artículo proponemos realizar una revisión crítica del papel de la reproducción en la formación y establecimiento de nuevos citotipos, destacando aquellos aspectos que aún están por explorar.

Polyploidy, the heritable condition of having more than two sets of chromosome per nucleus, has long been recognized as a major mechanism in plant speciation, and is widespread in the evolutionary history of angiosperms. This phenomenon has been proposed as a mechanism of rapid sympatric speciation because new entities can arise in the population and theoretically achieve immediate reproductive isolation. Reproduction plays a central role being involved not only in the emergence of new cytotypes but also in their maintenance and subsequent dispersal. The production of unreduced gametes is currently considered as the main pathway for the emergence of new cytotypes despite the reduced information available about its frequency in natural populations. Under random mating, the establishment of neopolyploids is subjected to strong frequency-dependent selection; thus, their successful establishment will depend on a set of ecological features that increase the reproductive success and, consequently, the probability of the new formed polyploids to persist in the parental population. Theoretical models suggest that traits as the ability to (continuously) produce new cytotypes, their fecundity, life-history, competitive ability or niche differentiation are important features that determine the persistence of new formed polyploids. However, despite its importance, there are still few studies exploring ecological consequences of genome duplications. In this paper we review the role of reproduction in the emergence and establishment of new cytotypes, highlighting the questions that remain to be explored.