Summary
Plastic responses of plants to their environment vary as a result of genetic differentiation within and among species. To accurately predict rangewide responses to climate change, it is necessary to characterize genotype-specific reaction norms across the continuum of historic and future climate conditions comprising a species’ range.
The North American hybrid zone of Populus trichocarpa and Populus balsamifera represents a natural system that has been shaped by climate, geography, and introgression. We leverage a dataset containing 44 clonal genotypes from this natural hybrid zone, planted across 17 replicated common garden experiments spanning a broad climatic range. Growth and mortality were measured over 2 yr, enabling us to model reaction norms for each genotype across these tested environments.
Species ancestry and intraspecific genomic variation significantly influenced growth across environments, with genotypic variation in reaction norms reflecting a trade-off between cold tolerance and growth. Using modeled reaction norms for each genotype, we predicted that genotypes with more P. trichocarpa ancestry may gain an advantage under warmer climates.
Spatial shifts of the hybrid zone could facilitate the spread of beneficial alleles into novel climates. These results highlight that genotypic variation in responses to temperature will have landscape-level effects.
Resumen
Las respuestas plásticas de las plantas a su entorno varían como resultado de la diferenciación genética entre y dentro de las especies. Para predecir con exactitud las respuestas de una especie al cambio climático a lo largo de su rango de distribución, es necesario caracterizar las normas de reacción específicas de cada genotipo a lo largo del continuo de condiciones climáticas históricas y futuras que conforman su rango de distribución.
La zona híbrida norteamericana de Populus trichocarpa y Populus balsamifera representa un sistema natural que ha sido estructurado por el clima, la geografía y la introgresión. Utilizamos un conjunto de datos con 44 genotipos clonales de esta zona híbrida natural, establecidos en 17 jardines comunes replicados que cubren un amplio gradiente climático. El crecimiento y la mortalidad se midieron durante dos años, lo que nos permitió modelar las normas de reacción de cada genotipo en los distintos ambientes evaluados.
La ancestría de especie y la variación genómica intraespecífica influyeron significativamente en el crecimiento a través de los distintos ambientes, con la variación genotípica en las normas de reacción reflejando una compensación entre la tolerancia al frío y el crecimiento. A partir de las normas de reacción modeladas para cada genotipo, se predijo que los genotipos con mayor ascendencia de P. trichocarpa podrían tener una ventaja en climas más calientes.
Los cambios espaciales de la zona híbrida podrían facilitar la propagación de alelos beneficiosos hacia climas nuevos. Estos resultados destacan que la variación genotípica en las respuestas a la temperatura tendrá efectos a escala de paisaje.
