Reduction in population size, with its predicted effects on population fitness, is the most alarming anthropogenic impact on endangered species. By introducing compatible individuals, genetic rescue (GR) is a promising but debated approach for reducing the genetic load unmasked by inbreeding and for restoring the fitness of declining populations. Although GR can improve genetic diversity and fitness, it can also produce loss of ancestry, hampering local adaptation, or replace with introduced variants the unique genetic pools evolved in endemic groups. We used forward genetic simulations based on empirical genomic data to assess fitness benefits and loss of ancestry risks of GR in the Apennine brown bear (Ursus arctos marsicanus). There are approximately 50 individuals of this isolated subspecies, and they have lower genetic diversity and higher inbreeding than other European brown bears, and GR has been suggested to reduce extinction risks. We compared 10 GR scenarios in which the number and genetic characteristics of migrants varied with a non-GR scenario of simple demographic increase due to nongenetic factors. The introduction of 5 individuals of higher fitness or lower levels of deleterious mutations than the target Apennine brown bear from a larger European brown bear population produced a rapid 10-20% increase in fitness in the subspecies and up to 22.4% loss of ancestry over 30 generations. Without a contemporary demographic increase, fitness started to decline again after a few generations. Doubling the population size without GR gradually increased fitness to a comparable level, but without losing ancestry, thus resulting in the best strategy for the Apennine brown bear conservation. Our results highlight the importance for management of endangered species of realistic forward simulations grounded in empirical whole-genome data.
Consecuencias en la aptitud y pérdida de ascendencia del oso pardo de los Apeninos después de un rescate genético simulado Resumen La reducción del tamaño poblacional, con los previsibles efectos sobre su aptitud, es el impacto antropogénico más alarmante sobre las especies amenazadas. Mediante la introducción de individuos compatibles, el rescate genético (RG) es una estrategia prometedora para reducir la carga genética revelada por la endogamia y restaurar la aptitud de las poblaciones en declive, aunque todavía se debate la eficiencia de esta. Aunque el RG puede mejorar la diversidad genética y la aptitud, también puede producir pérdida de ascendencia, lo que puede dificultar la adaptación local, o sustituir con variantes introducidas por los migrantes los acervos genéticos únicos que han evolucionado en grupos endémicos. En este trabajo realizamos simulaciones genéticas a futuro basadas en datos genómicos empíricos para evaluar los beneficios del RG en términos de aptitud y los riesgos de la pérdida de ascendencia en el oso pardo de los Apeninos (Ursus arctos marsicanus). Quedan aproximadamente 50 individuos de esta subespecie aislada que cuentan con una menor diversidad genética y un mayor nivel de endogamia comparado con otros osos pardos europeos y se ha sugerido que el RG podria reducir el riesgo de extinción de esta población. Comparamos 10 escenarios de RG en los que variaban el número y las características genéticas de los osos migrantes con un escenario sin RG con aumento demográfico causado por factores no genéticos. La introducción de 5 individuos procedentes de una población europea de oso pardo con mayor aptitud o niveles menores de mutaciones deletéreas que el oso pardo de los Apeninos produjo un rápido aumento de la aptitud del 10-20% en la subespecie y hasta un 22.4% de pérdida de ascendencia durante 30 generaciones. En las simulaciones sin un aumento demográfico, la aptitud empezó a disminuir de nuevo después de unas pocas generaciones. La duplicación del tamaño de la población sin RG aumentó gradualmente la aptitud hasta un nivel comparable al de algunos escenarios de RG, pero sin pérdida de ascendencia, por lo que parece ser la mejor estrategia para la conservación del oso pardo de los Apeninos. Nuestros resultados resaltan la importancia que tienen las simulaciones realistas a futuro basadas en datos empíricos del genoma completo para la gestión de especies amenazadas.
Keywords: Ursus arctos; endangered species; endemics; endemismo; especie en peligro; forward simulations; genomics; genómica; simulaciones a futuro.
© 2023 The Authors. Conservation Biology published by Wiley Periodicals LLC on behalf of Society for Conservation Biology.