The field of landscape genomics aims to infer how landscape features affect gene flow across space. Most landscape genomic frameworks assume the isolation-by-distance and isolation-by-resistance hypotheses, which propose that genetic dissimilarity increases as a function of distance and as a function of cumulative landscape resistance, respectively. While these hypotheses are valid in certain settings, other mechanisms may affect gene flow. For example, the gene flow of invasive species may depend on founder effects and multiple introductions. Such mechanisms are not considered in modern landscape genomic models. We extend dyadic models to allow for mechanisms that range-shifting and/or invasive species may experience by introducing dyadic spatially-varying coefficients (DSVCs) defined on source-destination pairs. The DSVCs allow the effects of landscape on gene flow to vary across space, capturing nonstationary and asymmetric connectivity. Additionally, we incorporate explicit landscape features as connectivity covariates, which are localized to specific regions of the spatial domain and may function as barriers or corridors to gene flow. Such covariates are central to colonization and invasion, where spread accelerates along corridors and slows across landscape barriers. The proposed framework accommodates colonization-specific processes while retaining the ability to assess landscape influences on gene flow. Our case study of the highly invasive cheatgrass (Bromus tectorum) demonstrates the necessity of accounting for nonstationarity gene flow in range-shifting species.


翻译:景观基因组学领域旨在推断景观特征如何影响基因在空间上的流动。大多数景观基因组学框架基于距离隔离假说和阻力隔离假说,这两个假说分别提出遗传差异随距离的增加而增加,以及随累积景观阻力的增加而增加。虽然这些假说在某些情境下是有效的,但其他机制也可能影响基因流动。例如,入侵物种的基因流动可能依赖于奠基者效应和多次引入事件。现代景观基因组学模型并未考虑此类机制。我们通过引入定义在源-目的地对上的二元空间变系数(DSVCs),扩展了二元模型以涵盖范围迁移和/或入侵物种可能经历的机制。DSVCs 允许景观对基因流动的影响在空间上发生变化,从而捕捉非平稳和非对称的连通性。此外,我们将明确的景观特征作为连通性协变量纳入模型,这些协变量定位于空间域的特定区域,并可能作为基因流动的屏障或廊道。此类协变量对于定殖和入侵过程至关重要,在这些过程中,扩散沿廊道加速,而跨越景观屏障时则减缓。所提出的框架在保留评估景观对基因流动影响能力的同时,也适应了定殖特有的过程。我们对高度入侵的旱雀麦(Bromus tectorum)的案例研究证明了在范围迁移物种中考虑非平稳基因流动的必要性。

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