Ann. For. Sci. 65 (2008) 403
DOI: 10.1051/forest:2008014

What sampling is needed for reliable estimations of genetic diversity in Fraxinus excelsior L. (Oleaceae)?

Naoko Miyamoto^{1, 2}, Juan F. Fernández-Manjarrés¹, Marie-Elise Morand-prieur^{1, 3}, Paola Bertolino^{1, 4} and Nathalie Frascaria-Lacoste<sup>1, 3

1</sup>  Université Paris-Sud 11, Laboratoire Écologie, Systématique et Évolution, UMR 8079, 91405, Orsay, France
²  Present address: Forest Tree Breeding Center, Forestry and Forest Products Research Institute, 3809-1, Ishi Juo Hitachi Ibaraki 319-1301, Japan
³  AgroParisTech, 91405, Orsay, France
⁴  CNRS, 91405, Orsay, France

Received 10 July 2007; accepted 29 January 2008; published online 21 May 2008

Abstract - Sample size is a critical issue for genetic diversity studies and conservation programs. However, sample size evaluation requires previous knowledge of allele frequencies estimated with precision and this is not often the case. Here, we evaluated sample size requirements for accurate genetic diversity in adult trees and family arrays in a 12 ha plot of Fraxinus excelsior L. (Oleaceae) in a community forest in central France. Data consisted of 579 adult trees and 480 offspring from 24 families genotyped at four nuclear microsatellites. Mean square errors (MSE) estimates performed on Monte Carlo simulations of resampled data indicated that several adult individuals (> 300) are necessary for accurate measures of allele richness. However, expected heterozygosity requires smaller samples (< 30). Seeds captured about 90% of adult allelic diversity requiring a sampling effort roughly 50% larger than that of adult trees (480 seeds vs. 300 adults) suggesting that seed sampling is heavily penalized for allele counts. Nevertheless, gene diversity of seeds was essentially identical to that of the adult population. Extrapolation of these results to other ash tree populations appears feasible because of similar levels of diversity reported in the literature but it is not granted for species with significant selfing or high genetic structure.

Résumé - Quel échantillonnage pour des estimations fiables de la diversité génétique chez Fraxinus excelsior L. (Oleaceae)?. La taille d'un échantillonnage est un paramètre difficile à estimer a priori pour les études de diversité génétique ainsi que pour les programmes de conservation. En général, l'évaluation de cette taille nécessite au préalable une connaissance fine des fréquences alléliques ce qui n'est pas toujours le cas. Dans cette étude, nous avons évalué sur une parcelle de 12 ha de Fraxinus excelsior L. (Oleaceae), dans un forêt domaniale, la taille de l'échantillonnage nécessaire pour estimer de façon fiable la diversité génétique des arbres adultes ainsi que de leurs descendants. Un échantillon de 579 individus adultes et 480 graines issues de 24 arbres-mères ont été génotypés grâce à quatre marqueurs microsatellites nucléaires. Des analyses d'erreurs quadratiques moyennes obtenues dans le cadre de simulations de type Monte Carlo indiquent que plus de 300 individus adultes sont nécessaires pour obtenir des mesures alléliques fiables. Par contre, l'hétérozygotie espérée est obtenue pour des échantillons plus petits (< 30). Les graines capturent 90 % de la diversité allélique des adultes indiquant que l'échantillonnage des graines doit être deux fois celui des adultes pour obtenir la même information (480 graines vs. 300 adultes). Par ailleurs, la diversité génétique est identique pour les deux échantillonnages. L'extrapolation de ces résultats à d'autres espèces de frêne est possible compte tenu des niveaux de diversité observés dans la littérature mais n'est pas garantie pour des espèces qui s'autofécondent et qui ont des populations très structurées génétiquement.

Key words: Fraxinus excelsior / microsatellite / genetic variation / sampling

Mots clés : Fraxinus excelsior / microsatellite / diversité génétique / échantillonnage

Corresponding author: juan.fernandez@u-psud.fr

© INRA, EDP Sciences 2008