High gene flow promotes the genetic homogeneity of arable weed populations at the landscape level

To determine whether weed populations growing in neighbouring fields were genetically isolated, we investigated the genetic contamination of Alopecurus myosuroides populations in organic fields by populations in conventional fields. Herbicide resistance was used as a marker for gene flow to organic populations, which are not under herbicide selective pressure. Organic fields contained on average 74.5% herbicide-resistant plants (80.1% in conventional fields). Identical resistance alleles were found in neighbouring organic and conventional fields. AFLP analysis revealed that populations from organic and conventional fields had similar neutral genetic diversity. Massive pollen flow from conventional fields is likely chiefly responsible for the genetic makeup of A. myosuroides populations from organic fields. Using a demo-genetic model, we propose that demographic collapses of populations due to effective weed control enhance gene flow towards these populations. Fields with a low weed density could act as ‘genetic sinks’ that would facilitate the diffusion of genes from neighbouring, dense weed populations. Populations of allogamous wind-pollinated weed species like A. myosuroides occurring in neighbouring fields are therefore clearly not independent units. Adaptive evolution and management of such weeds should thus be considered on a scale broader than the field.

ZusammenfassungUm zu bestimmen, ob Unkrautpopulationen, die in benachbarten Feldern wachsen, genetisch voneinander isoliert waren, untersuchten wir die genetische Kontamination der Alopecurus-myosuroides-Populationen in ökologisch bewirtschafteten Feldern durch die Populationen von konventionellen Felder. Die Resistenz gegenüber Herbiziden wurde als ein Maß für den genetischen Fluss in die ökologischen Populationen benutzt, die nicht unter dem selektiven Druck durch Herbizide standen. Die ökologischen Felder enthielten im Durchschnitt 74,5% herbizidresistente Pflanzen (80,1% in den konventionellen Feldern). In benachbarten ökologisch und konventionell bewirtschafteten Feldern wurden identische Resistenzallele gefunden. AFLP-Analysen ließen erkennen, dass die Populationen der ökologisch und konventionell bewirtschafteten Felder eine ähnliche neutrale genetische Diversität besaßen. Der massive Pollenflug von den konventionellen Feldern ist wahrscheinlich kurzfristig für die genetische Zusammensetzung der A. myosuroides Populationen in den biologischen Feldern verantwortlich. Unter Verwendung eines genetischen Demo-Modells sagen wir vorher, dass demografische Zusammenbrüche von Populationen aufgrund einer effektiven Unkrautkontrolle den Genfluss in diese Populationen verstärkt. Felder mit geringen Unkrautdichten könnten als genetische Senken funktionieren und dies würde die Diffusion von Genen aus den benachbarten Populationen mit hohen Unkrautdichten fördern. Die Populationen von allogamen, windbestäubten Arten wie A. myosuroides, die in benachbarten Feldern auftreten, sind damit deutlich keine unabhängigen Einheiten. Die adaptive Evolution und Management dieser Unkräuter sollten deshalb auf einer Skala betrachtet werden, die größer als die eines Feldes ist.