Phenotypic and genomic diversity in Arabidopsis thaliana may be associated with adaptation along its wide elevational range, but it is unclear whether elevational clines are consistent among different mountain ranges. We took a multi-regional view of selection associated with elevation. In a diverse panel of ecotypes, we measured plant traits under alpine stressors (low CO2 partial pressure, high light, and night freezing) and conducted genome-wide association studies. We found evidence of contrasting locally adaptive regional clines. Western Mediterranean ecotypes showed low water use efficiency (WUE)/early flowering at low elevations to high WUE/late flowering at high elevations. Central Asian ecotypes showed the opposite pattern. We mapped different candidate genes for each region, and some quantitative trait loci (QTL) showed elevational and climatic clines likely maintained by selection. Consistent with regional heterogeneity, trait and QTL clines were evident at regional scales (c. 2000 km) but disappeared globally. Antioxidants and pigmentation rarely showed elevational clines. High elevation east African ecotypes might have higher antioxidant activity under night freezing. Physiological and genomic elevational clines in different regions can be unique, underlining the complexity of local adaptation in widely distributed species, while hindering global trait-environment or genome-environment associations. To tackle the mechanisms of range-wide local adaptation, regional approaches are thus warranted.
La diversidad fenotípica y genómica en Arabidopsis thaliana puede estar asociada con la adaptación a lo largo de su amplio rango de elevación, pero no está claro si la variación asociada a la elevación es consistente entre diferentes cadenas montañosas. Investigamos la selección asociada con la elevación tomando una visión multiregional. En un panel diverso de ecotipos, medimos fenotipos bajo condiciones estresantes alpinas (baja presión parcial de CO2, mucha luz y congelación nocturna) y realizamos estudios de asociación con el genoma. Encontramos evidencia de clinas de elevación regionales contrastantes. Los ecotipos del Mediterráneo occidental mostraron una eficiencia de uso de agua baja/floración temprana en elevaciones bajas y una eficiencia de uso de agua alta/floración tardía en elevaciones altas. Los ecotipos de Asia Central mostraron el patrón opuesto. Mapeamos diferentes genes candidatos para cada región, y algunos locus mostraron variación en elevación probablemente mantenida por selección. De acuerdo con heterogeneidad regional, las clinas de fenotipo y de frecuencia alélica fueron evidentes a escalas regionales (~2000 km) pero desaparecieron a nivel global. Los antioxidantes y la pigmentación rara vez mostraron clinas, aunque los ecotipos de alta elevación del este de África podrían tener una mayor actividad antioxidante bajo congelación nocturna. Las clinas de elevación fisiológicas y genómicas en diferentes regiones pueden ser únicas, lo que subraya la complejidad de la adaptación local en especies ampliamente distribuidas, al tiempo que obstaculiza las asociaciones globales fenotipo‐ambiente o genoma‐ambiente. Por lo tanto, para abordar los mecanismos de adaptación local a gran escala, se necesitan enfoques regionales.
Keywords: Arabidopsis thaliana; alpine stressors; elevational gradients; genome‐wide association studies; genomics; life‐history strategies; physiology; regional heterogeneity.
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