Population genetic structure of Heracleum mantegazzianum SOMMIER & LEVIER in Central Germany indicates multiple introductions, recent gene flow and weak management impact

Abstract

Zusammenfassung Populationsgenetische Analysen sind ein wertvolles Instrument, um das Invasionspotenzial und die Ausbreitungshistorien invasiver Arten zu verstehen. Der Riesen-Bärenklau (Heracleum mantegazzianum) ist eine der problematischsten invasiven Pflanzenarten in Europa, doch bislang fehlen populationsgenetische Daten aus Deutschland. In dieser Studie haben wir die Populationsstrukturen von 28 Populationen in Mitteldeutschland mithilfe von Mikrosatellitenmarkern analysiert und untersucht, ob aktives Management die genetische Struktur beeinflusst. Die Ergebnisse zeigen eine schwache genetische Differenzierung mit vier genetischen Clustern. Diese Cluster sind unabhängig von der geografischen Entfernung zwischen Populationen, was darauf hindeutet, dass die Ausbreitung von H. mantegazzianum primär durch den Menschen erfolgt und dass es sogar auf regionaler Ebene zu mehreren Einführungsereignissen gekommen ist. Das Management hatte einen Einfluss auf die Populationsgröße, aber es wurden keine signifikanten Unterschiede in der genetischen Struktur zwischen aktiv und nicht aktiv gemanagten Populationen festgestellt, was vermuten lässt, dass die derzeitigen Maßnahmen entweder unwirksam sind oder uneinheitlich angewendet werden. Darüber hinaus stand die genetische Vielfalt in keinem Zusammenhang mit der Populationsgröße, was darauf hindeutet, dass kurzfristige demografische Schwankungen noch nicht zu Inzucht oder einer verminderten Fortpflanzungsfähigkeit geführt haben. Unsere Ergebnisse liefern den ersten genetischen Beweis für wiederholte Einführungen von H. mantegazzianum in Deutschland und unterstreichen die Notwendigkeit, eine Vermischung zwischen genetisch unterschiedlichen Ausgangspopulationen zu verhindern. Schlagwörter: Invasive Arten, Riesen-Bärenklau, Populationsgenetik, multiple Einführungen, Management Erfolg

Abstract Population genetic analyses are a valuable tool for understanding the invasion potential and dispersal history of invasive species. Giant hogweed (Heracleum mantegazzianum) is one of the most widespread and problematic plant invaders in Europe, but population genetic data from Germany have been lacking so far. In this study, we analyzed the genetic diversity and population structure of 28 populations across Central Germany using microsatellite markers and examined whether management status influences genetic variation. The results reveal weak genetic structure with four genetic clusters. These clusters did not correspond to geographic distance, which indicates that the spread of H. mantegazzianum is primarily human-mediated and that multiple introduction events occurred, even at regional scales. Management influenced population sizes, but no significant differences in genetic diversity were found between managed and unmanaged populations, suggesting that current control measures are either ineffective or inconsistently applied. In addition, genetic diversity was not related to population size, indicating that short-term demographic fluctuations have not yet led to inbreeding or reduced reproductive capacity. Our findings provide the first genetic evidence for repeated introductions of H. mantegazzianum in Germany and highlight the need to prevent admixture between genetically distinct source populations. Keywords: Invasive species, giant hogweed, population genetics, multiple introductions, management effectiveness