Population sizes, Rhinocyllus conicus use, and patterns of genetic variation of Cirsium ownbeyi, a rare native thistle, in Wyoming

Authors

F. Leland Russell, Department of Biological Sciences, Wichita State University, Wichita, KS 67260-0026Follow
Robby L. McMinn, Department of Botany, University of Wyoming, Laramie, WY 82071Follow
Lauren A. Konrade, Division of Biology, Kansas State University, Manhattan, KS 66506Follow
James B. Beck, Department of Biological Sciences, Wichita State University, Wichita, KS 67260-0026; Botanical Research Institute of Texas, Fort Worth, TX 76107Follow

Abstract

Cirsium ownbeyi is a habitat-specific, endemic, polycarpic thistle in northwest Colorado, northeast Utah, and southwest Wyoming. In 1998, seven C. ownbeyi populations, which ranged from 4 to >30,000 plants, were known from Wyoming. The population genetics of C. ownbeyi and the threat posed by an exotic flower head–feeding weevil, Rhinocyllus conicus, in Wyoming are unknown. Between 2014 and 2016, we visited Wyoming C. ownbeyi populations to determine (1) changes in population sizes since 1998, (2) extent of R. conicus use, and (3) amount and distribution of genetic variation within and between populations. We quantified densities of plants within populations by life stage, population spatial extents, and, for 10 plants per population, proportion of flower heads with R. conicus ovipositions. Data at 6 simple sequence repeat loci were also collected. Three C. ownbeyi populations were <10% of their 1998 estimated size, 3 populations were unchanged, and one population was substantially larger than in 1998. We found Rhinocyllus conicus oviposition in all Wyoming C. ownbeyi populations, and we interpret increasing use by this weevil over our monitoring period as indicating recent colonization. Low F_ST and F_IS values suggest that levels of C. ownbeyi inbreeding were low and that there was considerable gene flow among populations. Genetic variation increased with popu lation size, although a small C. ownbeyi population was the most divergent. We conclude that C. ownbeyi was less abundant in Wyoming in 2015–2016 than was estimated in 1998. Causes of changes in population sizes are unknown and likely vary among populations. The positive relationship between population size and genetic diversity notwithstanding, protecting small populations can preserve unique local gene pools in this rare species.


El Cirsium ownbeyi es un cardo policárpico endémico, específico del hábitat del noroeste de Colorado, del noreste de Utah y del sudoeste de Wyoming. En 1998, se conocían en Wyoming siete poblaciones de C. ownbeyi, que oscilaban entre 4 y >30,000 plantas. La genética de la población de C. ownbeyi y la amenaza que representa el gorgojo de flores exóticas (Rhinocyllus conicus) en Wyoming, son desconocidas. Entre los años 2014 y 2016 visitamos las poblaciones de C. ownbeyi de Wyoming para determinar (1) los cambios en el tamaño poblacional desde 1998, (2) la frecuencia de uso de R. conicus, (3) la cantidad y la distribución de la variación genética dentro y entre poblaciones. Cuantificamos las densidades poblacionales de las plantas según su estadio de vida, su extensión espacial y la proporción de inflorescencias con ovoposiciones de R. conicus, en diez plantas por población. También, se colectaron datos de secuencias repetidas simples de seis loci. Tres poblaciones de C. ownbeyi fueron <10% menores respecto al tamaño estimado en 1998, tres poblaciones no presentaron cambios y una población fue sustancialmente mayor a la de 1998. Encontramos ovoposición de Rhinocyllus conicus en todas las poblaciones de C. ownbeyi de Wyoming, por lo que suponemos un mayor uso durante nuestro período de monitoreo, sugiriendo colonización reciente. Valores bajos de F_ST y F_IS sugieren que los niveles de endogamia fueron reducidos y que hubo un flujo genético considerable entre las poblaciones. La variación genética aumentó con el tamaño de la población, aunque una pequeña población de C. ownbeyi fue la más divergente. Concluimos que el C. ownbeyi fue menos abundante en Wyoming en los años 2015–2016 que lo que se estimó en el año 1998. Las causas de los cambios en el tamaño poblacional son desconocidas y es probable que varíen entre las poblaciones. A pesar de la relación positiva entre el tamaño de la población y la diversidad genética, la protección de poblaciones pequeñas puede ayudar a preservar la reserva genética local de estas especies exóticas.

Recommended Citation

Russell, F. Leland; McMinn, Robby L.; Konrade, Lauren A.; and Beck, James B. (2019) "Population sizes, Rhinocyllus conicus use, and patterns of genetic variation of Cirsium ownbeyi, a rare native thistle, in Wyoming," Western North American Naturalist: Vol. 79: No. 1, Article 2.
Available at: https://scholarsarchive.byu.edu/wnan/vol79/iss1/2