in situ of crop wild relatives: a methodology for -...

47
An Integrated European In Situ Management Workplan: Implementing Genetic Reserve and Onfarm Concepts In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites Tested with case studies for Avena, Beta, Brassica and Prunus By S. Kell, N. Maxted, L. Frese, J.M. Iriondo, B. FordLloyd, K. Kristiansen, A. Katsiosis, C. Teeling and F. Branca http://aegro.jki.bund.de/

Upload: doxuyen

Post on 20-Apr-2018

218 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

An Integrated European In Situ Management Workplan: Implementing Genetic Reserve and On‐farm Concepts 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

Tested with case studies for Avena, Beta, Brassica and Prunus 

By  S.  Kell, N. Maxted,  L.  Frese,  J.M.  Iriondo,  B.  Ford‐Lloyd,  K.  Kristiansen, A.  Katsiosis, C. Teeling and F. Branca 

http://aegro.jki.bund.de/

 

 

 

 

AEGRO 

An Integrated European In Situ Management Workplan: Implementing Genetic Reserve and On‐farm Concepts 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

Tested with case studies for Avena, Beta, Brassica and Prunus

 

 

By S. Kell, N. Maxted, L. Frese, J.M. Iriondo, B. Ford‐Lloyd, K. Kristiansen, A. Katsiosis, C. Teeling and F. Branca 

Front cover: Avena prostrata growing in southern Spain 

Photographer: Andreas Katsiotis 

 

 

 

Funded by the European Commission’s Community programme on the conservation, characterization, collection and utilization of genetic resources in agriculture as a targeted 

action in accordance with Council Regulation (EC) no. 870/2004 

Agreement no. 057 AGRI GEN RES 

Contract no. AGRI‐2006‐0396 

 

 

Contents   

1.0  Introduction ....................................................................................................................... 3 

1.1  Background ..................................................................................................................... 3 

1.2  Approaches to in situ CWR conservation ....................................................................... 4 

1.3  The genetic reserve concept .......................................................................................... 4 

1.4  Identifying  priority  sites  for  in  situ  CWR  conservation:  developing  a  common   methodology .................................................................................................................. 6 

2.0  Methodology for identifying CWR genetic reserve sites for a target crop gene pool ...... 7 

2.1  Step 1: Taxon delineation ............................................................................................... 7 

2.2  Step 2: Selection of target taxa ...................................................................................... 8 

2.3  Step 3: Diversity analysis .............................................................................................. 12 

2.4  Step 4: Selection of target sites ................................................................................... 14 

3.0  Application of the methodology to four crop case studies ............................................. 17 

3.1  Crop case studies: overview and purpose ................................................................... 17 

3.2  Application of the methodology in the Avena case study ........................................... 18 

3.3  Application of the methodology in the Beta case study .............................................. 21 

3.4  Application of the methodology in the Brassica case study ........................................ 25 

3.5  Application of the methodology in the Prunus case study .......................................... 28 

4.0  Discussion ......................................................................................................................... 32 

5.0  Conclusion ........................................................................................................................ 35 

References .................................................................................................................................. 36 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

1.0  Introduction 

1.1  Background 

Crop  wild  relatives  (CWR)  are  species  closely  related  to  crops  and  are  defined  by  their potential ability to contribute beneficial traits to crops (Maxted et al., 2006); they have been used in plant breeding since the early 20th century and have provided vital genetic diversity—for example, to confer resistance to pests and diseases,  improve tolerance to environmental conditions  such  as  extreme  temperatures,  drought  and  flooding  and  to  improve  nutrition, flavour,  colour,  texture  and handling qualities  (Maxted  and Kell, 2009).  In monetary  terms, CWR have contributed significantly to the agricultural and horticultural industries, and to the world economy (Maxted et al., 2008a; Maxted and Kell, 2009).  

Today, agricultural production  is  challenged by  climate  change  (e.g.,  see  Jones et al., 2003; Duveiller et al., 2007; Deryng et al., 2011; Li et al., 2011; Luck et al., 2011). The International Panel on Climate Change (IPCC, 2007) estimates that by 2100, crop yields will be reduced by as much as 40%  in some  regions unless climate change mitigation  is undertaken. Breeders will therefore  have  to  provide  varieties  able  to  cope  with  the  impacts  of  changing  growing conditions. Due  to  the breadth of genetic diversity  inherent  in CWR populations, which are adapted to a wide range of environmental conditions, they are likely to be needed more than ever before to maintain the adaptability of crops. Thus, CWR are a critical component of plant genetic  resources  for  food  and  agriculture  (PGRFA)  and  are  vital  for  future  food  security; however,  despite  their  recognized  value,  they  have  historically  received  relatively  little systematic conservation attention.  

There are two primary techniques for CWR conservation: in situ, primarily in natural habitats managed  as  genetic  reserves  (GRs)  (see  section  1.3)  and  ex  situ  as  seed  in  gene  banks. Historically, CWR conservation has focused almost entirely on ex situ collection and storage, but  it  can  be  argued  that  in  situ  conservation  is  more  appropriate  because  the  genetic diversity inherent in and between wild CWR populations is constantly changing in response to their environment; therefore, CWR populations are a component of natural ecosystems that cannot effectively just be maintained ex situ (Maxted et al., 2008a). 

A  number  of  recent  initiatives  have  raised  the  profile  of  CWR  and  put  them  on  the international  conservation  agenda.  However,  conservationists  and  policy‐makers  are  faced with  the  difficult  challenge  of  how  to  conserve  the  large  number  of  CWR  species  and  the genetic diversity that they contain. If a broad definition of a CWR is used (i.e., all the species in the same genus as a cultivated plant), there are more than 16,000 crop and CWR species  in the  territories of  the EU Member States—13,875 of  these are native and at  least 2665 are endemic (Kell et al., 2008). CWR are under threat from habitat loss, agricultural intensification, over‐collection,  climate  change  and  lack  of  conservation  attention,  yet  only  9%  of  PGR accessions  in  European  gene bank  collections  are CWR  (Dias  et al.,  2011), while most wild populations  in  situ  are  not  actively monitored  and managed  in  or  outside  protected  areas (PAs)  (Maxted et al., 2008b). There  is  therefore a  real challenge  to  the nature conservation and PGRFA sectors to conserve these valuable resources. 

The  AEGRO  project  was  initiated  to  fill  some  knowledge  gaps  and  to  provide  a  range  of practical  tools  for  in  situ  CWR  conservation  as  a  contribution  to  an  integrated  EU  PGRFA conservation strategy. This report presents a methodology for the development of a CWR  in situ conservation strategy for target crop gene pools that can be applied both within Europe and elsewhere  in the world. The methodology has been tested and applied  in four crop case 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

studies  (Avena, Beta, Brassica and Prunus) by partners  in the AEGRO project and this report presents an analysis of the application of the methodology to each case study with the aim of illustrating  how  such  a  generic methodology  can  be  successfully  applied  across  a  range  of different crop gene pools.  

1.2  Approaches to in situ CWR conservation 

There  are  various  approaches  to  achieving  the  systematic  conservation  of  CWR  diversity; however,  two distinct but complementary approaches may be characterized as  floristic and monographic (Maxted et al., 2011). These approaches relate to the breadth of coverage of the CWR  conservation  strategy—a  floristic  approach  involves  the  development  of  a  CWR conservation strategy for CWR diversity that occurs in a defined geographical area (which may be a sub‐national area such as an administrative unit or protected area, a whole country, a supra‐national region, or even the whole world), while a monographic approach  is restricted to  certain  crop  gene  pools,  but  like  the  floristic  approach  may  be  carried  out  at  any geographical scale (Maxted et al., 2011).  

The  floristic approach  is comprehensive because  it attempts to encompass all CWR diversity that  occurs  within  a  geographical  unit;  however,  while  being  comprehensive  for  the geographical  unit,  the  full  geographic  range  of  an  individual  taxon  may  or  may  not  be included,  depending  on whether  it  is  endemic  to  that  geographical  unit.  The monographic approach focuses on CWR diversity within target crop gene pools which are usually identified on  the  basis  of  their  perceived  value  for  food  security  and/or  economic  stability.  Both approaches will ultimately conclude with the systematic conservation of priority CWR diversity via a network of  conservation  sites and genetic  reserves, with backup  in ex  situ  collections (Maxted et al., 2011).  

Whether a  floristic or monographic approach  is taken  is  likely to depend on: a) the quantity and  quality  of  existing  data  and  b)  the  resources  available  to  prepare  the  conservation strategy. The scope of the parent organization undertaking the conservation may also impact the  approach;  for  example,  an  international  cereal  research  institute  is  likely  to  focus monographically  on  cereal  crops, while  a  national  biodiversity  institute  is  likely  to  adopt  a more floristic approach.   It  is worth noting that  if the goal  is to maximize CWR diversity,  it  is likely that both approaches need to be combined (Maxted et al., 2011). In Europe, a combined floristic and monographic approach is being promoted and taken forward in the context of the EU‐funded  project,  PGR  Secure  (www.pgrsecure.org).  The  development  of  national  CWR conservation  strategies  (taking  the  floristic  approach)  and  a  European  strategy  (taking  the monographic approach  for high priority crop gene pools) will contribute  towards an overall European strategy for PGRFA conservation. 

1.3  The genetic reserve concept 

A genetic reserve is defined as ‘the location, management and monitoring of genetic diversity in natural populations within defined areas designated for long‐term conservation’ (Maxted et al., 1997a). The concept combines  in situ conservation with active management and a  long‐term approach. The rationale for this type of conservation is that it is a) applicable to all plant species,  b)  allows  for  continued  evolution  and  c)  allows  for  multiple‐taxon  conservation. Moreover, it conserves the genetic diversity of the target taxon in a dynamic way, as well as its habitat and all existing biotic and abiotic interactions (including humans). 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

Several  approaches  to  GR  conservation  can  be  identified,  each  with  different  aims  and strategies, depending on the approach (see Maxted and Kell, 2009). For example, the aims for CWR GRs in Europe are to conserve genetic diversity in the widest range of priority CWR taxa at the European scale; therefore, the aim  is to design a network of reserves that adequately and  efficiently  maintains  the  genetic  diversity  of  the  target  taxa.  When  we  talk  about ‘adequately’ maintaining  the  genetic  diversity  of  target  taxa, we mean  conserving  a  good representation of the genetic diversity of adaptive and agricultural value present in such taxa. Similarly, by ‘efficiently’ we mean to obtain this goal using the minimum number of GRs. 

Coordination with  ex  situ  holdings  and  crop  databases  is  an  important  part  of  the  genetic reserve concept (Maxted et al., 1997a). Ex situ seed banks can be a relevant component in the functioning  of GRs  as  they  provide  a  back‐up  of  genetic  diversity  in  case  any  catastrophe should  occur.  Furthermore,  they  facilitate  information  exchange,  access  for  breeding  and other research, and promote use. 

The end point of the methodology described and discussed in this report is the identification of ideal GR sites. However, it is useful to briefly review the steps that follow, once the location of a GR has been decided. Firstly, it is necessary to consider the design of the reserve. Some of the  factors  to  take  into  account  are  a)  the  shape  and  size  of  the  reserve,  b)  target  taxon population size, c) political and socio‐economical factors and d) the possibility of establishing networks  and  corridors  with  other  neighbouring  reserves.  Secondly,  a  genetic  reserve management plan needs to be developed. A management plan is a planning tool that contains a  set  of  prescriptions  and  interventions  to meet  the  objectives  of  the  GR  (Heywood  and Dulloo, 2005). The minimum elements of a management plan have been described in detail by Maxted et al. (2008c). Essentially, a management plan is composed of three basic elements: i) assessment of the taxon, population and site, ii) establishment of management targets, and iii) prescription of conservation actions. 

Evaluation is an essential component for management success. The purpose is to identify and determine the factors that affect population viability and the maintenance of genetic diversity in  the  populations.  The  establishment  of  clear,  precise management  targets  is  needed  to obtain  and  evaluate  the  desired  results  and  to  measure  success  (Elzinga  et  al.,  1998). Management  and monitoring  approaches depend on  the definition of  specific  targets  (e.g., what  status do we want  to achieve  in  the population, or under what circumstances are we going  to  take  a  particular  action?)  Some  examples  of management  targets  can  be  to  keep population size over a certain number of individuals, not to allow a decline in population size over a  certain percentage  in one  year, or  to  keep a  specific allele  that  is  key  for pathogen tolerance in a gene at a frequency above a certain percentage. 

Finally, management prescription  includes  all  types of  actions  that  can be executed on  the target  population,  its  habitat  and  the  surrounding  community  to  maintain  ecological conditions  and  processes  that  are  compatible  with  and  necessary  for  the  survival  and maintenance  of  the  genetic  diversity  in  the  target  population  (Maxted  et  al.,  2008c). Management prescription also includes monitoring, which is a procedure to assess the effects of the management actions that are implemented. Since as a result of monitoring we may be able  to  conclude  that  our management  actions  are  not  producing  the  results we wanted, management prescription must also consider what actions to take when things do not go the way they are supposed to. 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

1.4  Identifying priority sites for in situ CWR conservation: developing a common methodology 

The establishment of GRs for CWR  is a priority  in order to maintain a broad range of genetic diversity  within  and  between  populations;  however,  with  a  large  number  of  species  to conserve,  a  systematic  approach  to  the  identification  of  GR  sites  is  needed  to maximize resource use.  In this report, we present a generic methodology that can be used to prioritize taxa on the basis of their potential use for crop improvement and relative threat status, gather the necessary data to undertake diversity and gap analysis for target taxa, and select the most appropriate CWR GR sites. The methodology  is built on those proposed by Maxted et al.  (in prep.),  Maxted  et  al.  (2008d)  and  Maxted  and  Kell  (2009),  which  address  floristic  and monographic approaches to CWR conservation. Although  it may be necessary to adjust parts of the methodology according to the specific biological, ecological and geographical attributes of individual crop complexes, it provides a generic framework for the conservation of any crop gene pool.

There  are  four  basic  steps  in  the methodology:  a)  taxon delineation,  b)  selection  of  target taxa, c) diversity analysis and d) selection of target sites. Within each of the four steps, precise instructions are provided on how to develop the strategy. The end point of the methodology is the  identification of  ‘ideal’ CWR GR sites. The political and  legal steps that need to be taken beyond this point to establish the GRs are not part of the methodology. The next step beyond the methodology for identification of GRs is to make recommendations for site and population management (see Maxted et al., 2008c). 

The methodology was first made available to AEGRO project partners via the project intranet as part of the ‘AEGRO Helpdesk’. After testing and further development, the methodology was made  available  in  the public domain  (see http://aegro.jki.bund.de/aegro/index.php?id=188) as part of the  ‘CWR  In Situ Strategy Helpdesk’, which is provided as a guide and  information facility  for  national  programmes,  research  institutes,  NGOs,  protected  area  managers or individuals  involved  in  the  development  of  a  CWR  in  situ  conservation  strategy.  The methodology  is presented  in  the next  section.  For more detailed  step by  step  guidance on implementing the methodology,  including a  list of data sources, the reader  is referred to the Helpdesk. 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

2.0  Methodology for identifying CWR genetic reserve sites for a target crop gene pool 

2.1  Step 1: Taxon delineation 

Background 

The  starting  point  for a  crop  gene  pool  CWR  conservation  strategy  is  a  list  of  target  taxa; therefore, for the target crop gene pool it is necessary to:  

1. Generate a  list of taxa that occur  in the crop gene pool. Although not all the taxa  in the gene pool will necessarily be immediately included in the CWR conservation strategy, the complete  list of taxa provides a reference point for future potential conservation actions of lower priority taxa. 

2. Generate a list of taxa that occur within the defined geographic range of the conservation strategy (i.e., national, regional or global). These may be both native and  introduced, but the conservation strategy is most likely to focus on native species. 

To achieve these two steps, online  information sources and/or  literature (monographs, crop‐specific studies etc.) need to be consulted (see Maxted and Guarino, 2003). 

At this stage, it is necessary to adopt an accepted taxonomy to form the basis of the taxon list and  the subsequent conservation strategy.  The  list of  taxa should show  the accepted  taxon name  and  authority  and  list  primary  synonyms with  authorities.  This  is  important  because different  information systems use different accepted taxonomies; therefore, when searching for  information  on  a  specific  taxon  it  could  be  possible  to miss  important  information  if synonymy is not taken into account.  

Step 1 actions – list the taxa in the crop gene pool 

1. Produce a list of all taxa within the crop gene pool, including both accepted names and synonyms  with  authorities.  To  achieve  this,  consult  available  online  information sources and/or consult the literature (monographs, crop‐specific studies etc.).  

2. If  applicable,  list  the  taxa  that  occur  within  the  geographic  range  (i.e.,  national  or regional) of the CWR conservation strategy.  Several online data sources can be consulted to provide  information on the distribution of the taxa. However, good starting points are the Crop Wild Relative Catalogue  for  Europe  and  the Mediterranean,  accessible  via  the Crop  Wild  Relative  Information  System  (CWRIS  – http://www.pgrforum.org/cwris/cwris.asp) and the Global Biodiversity Information Facility (GBIF – http://data.gbif.org/welcome.htm). For national‐level data, the same data sources can be consulted, as well as national Floras and databases, as applicable.  To access these online data sources,  further  information on other sources of national‐level data, and  for advice on how to use CWRIS, GBIF and other online  information sources, visit the online Helpdesk data sources web page at http://aegro.jki.bund.de/aegro/index.php?id=193.  

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

2.2  Step 2: Selection of target taxa 

Background 

In general, it is not practical to attempt to actively conserve all the taxa within the crop gene pool due to resource limitations; therefore, we need to prioritize and select taxa from the list that will be proposed for active conservation. Factors that can be used to ascribe ‘value’ and establish conservation priorities include (Maxted et al., 1997a):  

Current conservation status  

Socio‐economic use  

Threat of genetic erosion  

Genetic distinctiveness  

Ecogeographic distribution  

Biological importance  

Cultural importance  

Cost, feasibility and sustainability  

Legislation  

Ethical and aesthetic considerations  

Priorities of the conservation agency 

For CWR, an initial, simple prioritization on the basis of socio‐economic use of the associated crop  (a step which will already have been  taken  in selecting  the  target crop gene pool) and relative threat has been proposed (e.g., Ford‐Lloyd et al., 2008; Magos Brehm et al., 2008). In addition, Maxted and Kell (2009) proposed that within each crop gene pool, the closest wild relatives  should  be  afforded  higher  conservation  priority  over  the more  distantly  related species because these are the taxa that can more easily be used  in crop  improvement using conventional breeding methods. However,  the  literature on  the  taxa within  the  target  crop gene pool should be thoroughly searched to check  for cases where a more distantly related taxon has been highlighted as a gene donor (or potential gene donor), and these taxa should also be afforded conservation priority. Of these prioritized taxa, those in most urgent need of conservation action (i.e., those with a very  limited geographic range—often rare or endemic taxa—and/or known to be under threat), are given precedence.  

This methodology therefore primarily targets the taxa that are most closely related to the crop species (or that have shown promise in crop improvement programs) and that are threatened or have restricted distribution ranges.  However, ideally, national and regional in situ networks of  CWR  GRs  should  in  the  long  term  be  expanded  to  ensure  that  all  taxa  of  potential importance for crop  improvement are actively conserved.   In particular, selected populations of  the  primary  and  secondary wild  relatives  that  are widespread  and  common  should  be actively  conserved  throughout  their  range,  ensuring  that  populations  representing  the extremes  of  the  range  (both  geographically  and  topographically)  are  conserved.   Individual populations of these taxa may harbour important genes adapted to particular environmental conditions—genes  that  may  confer  important  traits  to  improve  crops  in  the  future.  Populations of  these  taxa  that already occur within PAs  should also be monitored.  In many 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

cases,  if  a  floristic  approach  is  taken,  it  is  possible  to  establish  a  reserve  that  conserves multiple CWR taxa, which, when possible, has obvious advantages. 

There are  two  stages  to  the  selection of  target  taxa: a)  creation of a  level 1 prioritized  list based on actual or potential use as gene donors, and b) creation of a  level 2 prioritized  list based  on  threat  and/or  distribution.   In  this  methodology,  the  two  steps  are  presented sequentially  (i.e.,  the  level  2  prioritized  list  is  based  on  the  level  1  prioritized  list).   The advantage  of  this  approach  is  that  in  cases  where  there  is  limited  information  on  the distribution of the taxa and/or for gene pools containing a very large number of taxa, the level 1 prioritization narrows the list of taxa down to those that are likely to be most important as gene donors for crop improvement and further information is only sought for that list of taxa.  The disadvantage of this approach is that some of the more distantly related taxa in the gene pool that are threatened or have restricted distributions may be missed  in the conservation planning process.  Therefore, in cases where a gene pool contains a relatively small number of taxa or where distribution data are readily available for all the taxa, it is desirable to undertake the prioritization  in  the reverse order by collating  threat and distribution data on all  taxa  in the gene pool first, then applying the second  level of prioritization based on potential use as gene donors.  Using  this approach, more distantly  related  taxa  that are  threatened or have restricted distributions can be highlighted as a conservation priority on that one criterion, and even  though  they  may  still  not  be  given  the  highest  level  of  priority  for  immediate conservation action,  they may be promoted as candidates  for conservation at a  later date.  Furthermore, if it is not immediately possible to put in place in situ conservation measures for these taxa, they can be earmarked for collection and storage in ex situ collections. 

Step 2 actions – a) create a level 1 prioritized taxon list At this stage, the aim  is to prioritize the taxon  list on the basis of value or potential value as gene donors for crop improvement, as follows: 

1. Organize  the  list  of  all  taxa within  the  crop  gene  pool  according  to  their  degree  of relationship  to  the  crop.   To  achieve  this,  search  the  available  literature  on  the  crop complex.  Taxa  should  be  organized  into  a  table  showing  primary,  secondary  or  tertiary wild relatives using one of the following three methods:  

a) Where genetic information is available and taxa have been classified using the Gene Pool concept (Harlan and de Wet, 1971), organize the taxa into the table listing those in GP1B as primary wild  relatives,  those  in GP2 as  secondary wild  relatives and  those  in GP3 as tertiary wild relatives. The Gene Pool concept works like this:  

GP1A: cultivated forms of the crop  

GP1B: wild or weedy forms of the crop  

GP2: the coenospecies (less closely related species) from which gene transfer to the crop is possible but difficult using conventional breeding techniques  

GP3: the species from which gene transfer to the crop is impossible, or if possible, requires sophisticated techniques, such as embryo rescue, somatic fusion or genetic engineering. 

b) Where genetic  information  is not available,  if possible, substitute the Gene Pool concept with  the  Taxon Group  concept  (Maxted  et al.,  2006), which provides  a proxy  for  taxon genetic relatedness. Organize the taxa into the table listing those in TG1b as primary wild 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

10 

relatives, those  in TG2 as secondary wild relatives, and those  in TG3 and TG4 as  tertiary wild relatives. The Taxon Group concept works like this:  

TG1a: crop  

TG1b: same species as crop  

TG2: same series or section as crop  

TG3: same subgenus as crop  

TG4: same genus. 

c) For crop genera that have not been classified using the Gene Pool concept and not sub‐classified  into  sections  and  subgenera,  the  available  information  on  genetic  and/or taxonomic  distance must  be  analysed  to make  reasoned  assumptions  about  the most closely related taxa.  

Whichever  system  is  used,  ensure  that  references  are  provided  to  substantiate  the assumptions made about taxon relatedness. 

2. Select the taxa from the categorized  list that occur within the geographical area of the CWR  conservation  strategy by matching against  the geographically defined  list of  taxa created under Step 1.   You will now have two tables, both categorized according to their degree  of  relationship  to  the  crop—one  showing  all  taxa  in  the  crop  genus,  the  other showing the taxa that occur within the geographical area defined by the CWR conservation strategy.  

3. In both tables, flag the taxa that have been identified as gene donors or potential gene donors.  To  achieve  this,  consult  online  information  sources,  such  as  GRIN  Taxonomy and/or carry out literature searches using online library databases. Specialist libraries can also  be  consulted,  such  as  those  housed  in  gene  banks,  botanic  gardens  and  other research institutes.  Consult the online Helpdesk data sources page for further information (http://aegro.jki.bund.de/aegro/index.php?id=193).   Provide  references  for  any  taxa flagged as gene donors or potential gene donors in the table.  These may be in the tertiary list, as well and the primary and secondary lists.   

4. Make a separate  list of the primary and secondary wild relatives and any tertiary wild relatives that have been identified as gene donors or potential gene donors from the list of taxa within the geographical area defined by the CWR conservation strategy.  This list (level 1 priority  list) now forms the basis for the second  level of prioritization under Step 2b. 

Step 2 actions – b) create a level 2 prioritized taxon list 

At this stage, the aim is to prioritize the level 1 priority taxon list on the basis of threat status.  However, as already noted, this  level of prioritization can be applied to all taxa  listed under Step  1,  followed  by  prioritization  on  the  basis  of  actual  or  potential  value  for  crop improvement, depending on the size of the gene pool and on the availability of distribution and/or  threat  data.   Therefore,  it  is  also  possible  to  carry  out  the  prioritization  process  in reverse order (i.e., by carrying out Step 2b followed by Step 2a).  

There are two steps to this selection process:  

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

11 

1. Select  the  taxa  in  the  level  1 priority  list  (or  Step  1  list)  that  are  known  to be under threat.  Where  existing  evidence  is  available  to  show  that  a  taxon  in  the  list  is  under threat, these taxa should automatically be prioritized for conservation action.  To find out whether a taxon is known to be under threat:  

Search the IUCN Red List of Threatened Species to find out if any of the taxa are listed. 

Where possible, consult national or regional Red Lists to see whether a taxon in the list is considered threatened at national or regional level.   

If a taxon is not included in the IUCN Red List, or in a regional or national Red List (i.e., it has not been formally assessed using a set of Red List criteria), it does not mean that it is not  threatened.   A  literature  search  may  reveal  important  information  about  the threatened status of a  taxon.  To achieve  this, carry out  literature  searches using online library databases.  Specialist libraries can also be consulted, such as those housed in gene banks, botanic gardens and other research institutes.   

Consult  the  online  Helpdesk  data  sources  page (http://aegro.jki.bund.de/aegro/index.php?id=193)  for  further  information and advice on how to carry out these searches.   

2. Select the taxa in the level 1 priority list (or Step 1 list) that are not known to be under immediate  threat, but are known  to have  limited distribution  ranges.  At  this  stage, a degree of objectivity is required, since there is no clear dividing line between a taxon with a  limited distribution  range and one with a distribution  range  that  is deemed  to enable ‘classification’ of  the  taxon as one not  in  immediate need of conservation action, unless very detailed  information  is already available about the taxa.  However, where the range of a taxon  is known, the methodology proposed by Ford‐Lloyd et al. (2008, 2009) can be used  as  a  guide when  establishing  taxon  conservation  priorities  at  regional  level  (e.g., across Europe).  Generally speaking,  taxa  that are known  to be endemic  to a country or subnational unit or those that occur in only a few countries or subnational units are more likely  to  be  under  threat  at  regional  level.   Similarly,  at  national  or  subnational  level, available  information must  be  gathered  on  the  range  of  the  taxa  in  order  to  establish which  are most  likely  to  be  threatened  by  their  limited  distribution  range.  To  find  the distribution range of the taxa: 

At European  level,  the Crop Wild Relative Catalogue  for Europe and  the Mediterranean (Kell et al., 2005)—which can be accessed via the Crop Wild Relative  Information System (CWRIS – www.pgrforum.org/cwris/cwris.asp)—provides  a  list of  country or  subnational occurrences for taxa throughout Europe.  

At national or subnational level, a good starting point is GBIF, which provides known taxon occurrences  through data provided by organizations managing biodiversity data  around the world  (e.g., ex  situ germplasm  collections and herbarium data).   For a  finer  level of detail,  search  available  national  databases  and  literature  sources.   Taxon  specialists, conservation  agencies  and  protected  area managers  are  further  important  sources  of information.  

Consult  the  online  Helpdesk  data  sources  page (http://aegro.jki.bund.de/aegro/index.php?id=193)  for  further  information and advice on how to carry out these searches. 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

12 

After carrying out Step 2, you now have a reduced list of taxa that have been selected on the basis of their value as gene donors and relative threat.  This list of target taxa now forms the basis for immediate conservation planning for the crop gene pool.  

2.3  Step 3: Diversity analysis 

Background 

Once the priority list of CWR species has been identified (Step 2), the next step is to collate the available ecogeographic information to assist in further formulation of the CWR conservation strategy1. This involves the collation and analysis of geographic, ecological, environmental and genetic data. These data are predictive and aid the location of the CWR taxonomic (inter‐taxa) and genetic (intra‐taxon) diversity that can then be targeted for conservation. As the goal is to maximize  conserved  genetic  diversity,  information  on  the  partitioning  of  genetic  diversity across  the  ecogeographic  distributions  of  the  target  taxa  is  useful  for  identifying  sites  or combinations of sites of maximum diversity. However, even with rapidly decreasing costs of analysing genetic diversity, this information may be extremely limited; in which case, analysis of ecological and environmental data associated with the sites at which the populations occur can be used as a proxy for genetic diversity. The culmination of the diversity analysis should be a set of areas with high concentrations of the priority CWR species and populations of CWR taxa containing or thought to contain complementary and/or unique genetic diversity.  

Step 3 actions2 – a) carry out an ecogeographic diversity analysis At this stage, the aim is to collate all available ecogeographic data associated with the target taxa. Assuming the taxonomic data has already been collated in Step 1, the remaining data are of three main types: 

Geographic  

Genetic 

Ecological/environmental  

1. Gather  geographic  (distribution)  data  on  the  target  taxa.   Data  are  of  two  types—coordinate and descriptive. Ideally, coordinate data should be used for accuracy (however, even  coordinate  data  can  sometimes  be  misleading,  depending  on  the  accuracy  and quality  of  the  original  data).  Descriptive  data  can  be  converted  to  coordinate  data  by consulting gazetteers.  A good starting point for the collation of geographic data  is GBIF.  Data downloaded  from GBIF  can  then be  supplemented by  consulting  a  range of other data sources, such as EUNIS (for Europe) and national or specialist taxonomic databases.   Consult  the  data  sources  page  in  the  Helpdesk  for  further  information  on  collating distribution data. At this stage in the analysis, issues of data quality have to be taken into account and steps may need to be taken to improve the accuracy of the distribution data to  remove any erroneous entries. For example, a  criterion used  in  the AEGRO project  is that only population occurrences with geographic coordinates that have two decimal digits 

                                                       1  Note  that  if  distribution  data  are  readily  available  for  the  entire  gene  pool  (i.e.,  not  just  the  target  taxa identified under step 2), diversity analysis can be undertaken for all taxa. 

2 Although the actions are presented sequentially, it is not necessary to carry out ecogeographic diversity analysis before undertaking a complementarity analysis. 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

13 

or more are used  in the analysis. Another  limitation  is that the availability of occurrence data may be very heterogeneous across the range of the target taxon—this needs to be taken into account when making decisions on the selection of target sites (Step 4). Where distribution  data  are  too  sketchy  or  otherwise  incomplete  or  inaccurate,  it  may  be necessary  to  recommend  that  a  detailed  ecogeographic  survey  is  undertaken  before further analysis.  

2. Gather genetic data on the target taxa.  Genetic diversity analysis  is only possible where the  necessary  information  already  exists  or where  resources  permit  the  generation  of novel genetic diversity  information.  There are two types of genetic diversity  information of interest for the establishment of genetic reserves and for backup in ex situ collections: intra‐population and inter‐population diversity.  The precise method of generating genetic diversity information is taxon‐specific.  Decisions regarding the type of genetic analysis to undertake can be based on existing studies of related taxa or taxa sharing similar biological attributes. Literature  searches  can  be  undertaken  to  obtain  this  information,  as well  as consulting specialist databases and taxon experts.  

3. Gather  ecological  and  environmental  data  on  the  target  taxa.   Ecological  and environmental data associated with the target taxa can be of two types: actual (i.e., data directly  linked  to  a  taxon)  or  secondary  (i.e.,  data  indirectly  linked  to  a  taxon  via  the attributes of the site  in which  it  is found).  Actual ecological and environmental data can be  sourced  by  obtaining  characterization  and  evaluation  data  associated  with  ex  situ accessions, and/or by consulting the available literature on the target taxon—for example, there may be published or grey literature as a result of ecological studies of the taxon or of associated taxa that occur  in the same habitats—or by collecting  fresh data  in the  field.  Secondary data are obtained by gathering data associated with known locations of a taxon (e.g., climate, soil type, geological substrate, habitat type, altitudinal range and land use).  Some of these data are readily available  in the form of Geographical  Information System (GIS) files, which are overlaid with the distribution data, and from which inferences can be made  about  the  ecological  preferences  of  a  taxon.   Consult  the  data  sources  page  for further information on gathering ecological and environmental data.  

4. Analyse  the  ecogeographic  data.   The  data  collated  is  now  analysed  to  build  detailed taxon ecogeographic profiles.  GIS programs  such as ArcGIS or DIVA GIS  can be used  to create  distribution maps  overlaid with  ecological,  environmental  and  genetic  data,  and locate complementary genetic reserve  locations.  The analysis may be simple to complex, depending on availability of data, expertise, time and resources. The data should also be imported into an appropriate information management system from which standard taxon data  sheets  can  be  extracted  to  form  the  basis  of  genetic  reserve  proposals  and management plans. 

 

Step 3 actions – b) carry out a complementarity analysis 

Complementarity analysis may also be undertaken. This aims to maximize taxonomic diversity conservation  in  the minimum  number  of  sites  and may  be  useful when  dealing with  gene pools containing a large number of taxa or for multiple gene pools. The GIS program, DIVA GIS (see Hijmans et al., 2001)  is useful for undertaking complementarity analysis and  is available for download free of charge. 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

14 

2.4  Step 4: Selection of target sites 

Background In some cases, the range of the target taxon will define the precise site or sites where active in situ conservation is needed. Obviously, a taxon that is known only to occur at one location and is  considered  a  high  priority  as  a  potential  gene  donor,  then  that  single  location must  be targeted  for  reserve  establishment.  Where  the  geographic  range  of  the  target  taxon  is broader,  sites  should  be  selected  that  represent  the  widest  range  of  ecogeographic characteristics as possible.  

Once  the  target  taxon  distribution  has  been  identified  and mapped,  and  diversity  analysis undertaken  (Step 3), protected area  (PA) overlays are used  to ascertain whether  the  target taxon populations occur within the boundaries of an existing PA. CWR, like any other group of wild  plant  species,  are  located  both  within  and  outside  existing  PAs;  however,  the most efficient approach in the first instance (to avoid purchase of sites to establish genetic reserves) is to establish CWR genetic reserves within existing PAs (Maxted et al., 2007). Therefore, the most appropriate PAs  (e.g., national parks and heritage sites) within which to  locate genetic reserves should be identified.  

GIS analysis using PA shape  files provides an  indication of which PAs contain populations of the  target  taxa.  In  addition,  this method  can  be  used  to  predict  which  PAs  contain  high concentrations of CWR diversity. To be certain that the populations do exist within the PA(s), it  is  necessary  to  confirm  their  presence  before  genetic  reserve  establishment  is recommended. This  information  is not always easy to obtain; however,  it may be possible to contact the agency responsible for the management of the PA to see if they have an inventory of taxa available at the site or whether  it  is possible for site staff to confirm the presence of the taxon. If possible, ground truthing by visiting the site(s) personally should be undertaken.  This is of course subject to available time and resources.  

Where  target  taxon  populations  are  found  to  already  occur  within  existing  PAs,  these populations  should  be  prioritized  for  inclusion  in  the CWR  genetic  reserve  network  on  the basis that they have already been afforded some degree of protection, even if only by default. However,  it  is  important  to  stress  that  even  though  a  target  taxon  population may  occur within the boundaries of a PA, this does not automatically mean that the population is actively conserved. On  the  contrary,  few  PAs  are  established  to  conserve  specific  target  taxa,  and those that have often tend to focus on animal conservation. To conserve the range of genetic diversity inherent in CWR populations, active site management and monitoring is needed (see Iriondo et al., 2011)—some PAs do not even have management plans, and those that do are often limited by financial resources and lack of capacity to put the plan into practice.  

In cases where a few to several PAs are found to contain populations of a target taxon, results of  the  diversity  analysis  can  be  used  to  select  sites  that  best  represent  the  ecogeographic diversity within the target taxon. A further consideration for the selection of PAs is the option for multiple taxa genetic reserves. Analysis of all target taxa within the crop gene pool  (and preferably across several crop gene pools) may reveal that some PAs contain populations of more  than  one  taxon.  In  terms  of  expediency  of  resource  use,  multi‐taxa  reserves  have obvious advantages over those that only contain a population of one taxon.  

Where  target  taxon populations do not already occur within existing PAs,  these populations should also be prioritized for  inclusion  in the CWR genetic reserve network on the basis that 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

15 

they  have  not  already  been  afforded  any  degree  of  protection;  especially  for  rare  or threatened species. Obviously,  justifying  the need  for and actually establishing new PAs will involve a significant  initial  injection of time and resources. Nomination of genetic reserves at the  target  locations may of course be hindered by a range of socio‐political  factors, such as legal issues, land use conflicts, issues of land ownership, or lack of local support.  Therefore, if possible a  range of alternative sites should be  recommended and  ranked according  to  their suitability based on ecogeographic considerations.   

Step 4 actions – select and prioritize target sites This  is  the  final  stage  in  the process,  leading  to  the  identification of CWR genetic  reserves, which should ideally be assigned a priority ranking so that if for some reason a genetic reserve cannot be established at the best site (e.g., due to land use conflict or legal complications), the next best site is promoted, and so on. 

1. Ascertain  whether  one  or  more  populations  of  the  target  taxa  occur  within  the boundaries of existing PAs.   To achieve  this, overlay  target  taxon distribution data with protected area shape files.  A GIS program such as ArcGIS can be used for this purpose.  PA data are available  free of charge  for use  for scientific  research, which are  imported  into the GIS program, along with the coordinate data collated under Step 3.  

If one or more populations of a target taxon appear to fall within the boundaries of one or more existing PAs, follow up the analysis by verifying the presence of the taxon at the site.  This is not always easy or possible, but it is important to try.  If it is not possible to visit the site personally, contact the agency responsible  for the management of the PA and ask  if they have a recent taxon inventory available.  If no recent inventory is available, ask if site staff are available  to verify  the presence of  the  taxon.   If verification  is undertaken by a third party it will be necessary to arrange for voucher specimens or at least photographs of the plants to be sent to ensure the correct identification has been made. 

2. Select  sites  for  the  establishment of  CWR  genetic  reserves.  At  this  stage,  there  are  a number of different variables  to  take  into consideration, depending on  the  range of  the target taxon and other factors:  

For  taxa  that  occur  in  only  one  location,  it  is  obvious  that  this  location  must  be recommended  for  genetic  reserve  establishment,  regardless  of whether  the  population exists within or outside an existing PA.  

For taxa that occur in more than one location, the results of the diversity analysis carried out  under  Step  3  need  to  be  added  into  the  equation.   There  is  no  one  fixed way  of decision‐making  at  this  stage,  but  first  and  foremost,  since  the  aim  is  to  conserve  the maximum genetic diversity within and between populations of the target taxa as possible, then sites that are most likely to represent that diversity should be selected.  For advice on site selection based on diversity analysis, see Maxted et al. (2004, 2008b) and Iriondo et al. (2008).  

For taxa that occur both within and outside PAs, existing PAs should ideally be selected for inclusion  in  the CWR genetic  reserve network.  However, a balance will have  to be met between  ecogeographic  suitability  of  sites  and  feasibility.   In  other words,  if  very  little intra‐taxon genetic diversity  is  likely  to be  conserved by enacting active  conservation of populations within existing PAs, it may also be necessary to recommend that new genetic reserves are established for other genetically distinct populations.  

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

16 

When possible, a range of taxa should be assessed all together to try to ascertain whether it  is  feasible  to  establish  multi‐taxa  reserves.  When  focusing  on  a  crop  gene  pool conservation strategy, this may not always be possible, depending on whether the target taxa  are  found  at  the  same  locations.  The  identification  of multi‐taxa  reserves  is most likely to be achieved through the development of national CWR strategies which target a country's entire CWR flora. Therefore, during the development of a crop gene pool in situ

conservation  strategy,  collaboration  with  organizations  responsible  for developing national CWR conservation strategies is advised in countries where the target crop gene pool taxa are to be conserved.  

The potential effects of climate change on populations of the target taxa also need to be taken  into  account.  Considerations  include the particular  vulnerablity  of  populations  in coastal  and  high altitude  areas,  whether  there  is  sufficient  intra‐population  genetic diversity and reproductive success  in populations to allow adaptation to new conditions, and whether small,  fragmented populations with  little migration will be able  to  colonize new sites (Veteläinen et al., 2007). In the absence of detailed studies on  individual target taxa, it will not be possible to predict exactly where sites need to be established because a) we will not know whether populations of a taxon will have the ability to adapt to new conditions at current sites, b) whether populations will have the ability to migrate to new sites,  and  c)  if migration  occurs,  how  quickly  it  will  take  place  and  in  what direction. However, greater emphasis on habitat protection to prevent and reduce habitat fragmentation and the  establishment  of  corridors  between  habitat  patches  to  facilitate range shifts of mobile species  is  likely  to be  important  for many CWR  taxa  (Jarvis et al., 2008).  

3. Prioritize  the  selected  sites.   The main  criterion  for  allocating  priorities  to  sites  is  the conservation of  the maximum genetic diversity possible.  When assigning priorities  for a particular target taxon, the diversity analysis will form the basis of the priority ranking of sites.  When the aim is to conserve multiple taxa within the same sites, a balance has to be met  between  prioritizing  those  sites  that  contain  the  greatest  taxonomic  diversity  and those  that  contain  less  taxonomic  diversity,  but  more  genetic  diversity  specific  to particular target taxa.  Other factors to take  into account when assigning priority ranking to selected sites  include:  land use, potential development pressures  (e.g., sites closer  to towns  and  cities  may  be  less  secure),  presence  of  invasive  species  (particularly  on islands), level and quality of site management, legal status, potential conflict with existing site management  aims  and  social  unrest.   A  thorough  assessment  of  all  factors,  both scientific and socio‐political, must be made and considered when selecting the ideal sites. 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

17 

3.0  Application of the methodology to four crop case studies 

3.1  Crop case studies: overview and purpose 

The overarching aim of  the AEGRO project  is  the development and promotion of CWR and landrace  conservation  strategies  as  a  contribution  to  an  integrated  EU  agrobiodiversity conservation strategy. To develop and test the CWR in situ conservation strategy methodology and to kick‐start the integrated EU conservation strategy for CWR, four crop case studies were selected  for detailed analysis and  subsequent conservation  strategy planning—Avena  sativa (oat),  Beta  vulgaris  subsp.  vulgaris  (cultivated  beets),  Brassica  spp.  (cabbage  and  other brassicas) and Prunus avium (cherry). The selection of crops was endorsed by experts who are members of the European Cooperative Programme for Plant Genetic Resources (ECPGR) crop networks.  Each  of  these  crops  is  a  high  priority  in  economic  terms  for  Europe  (Kell  et  al., 2011), as well as being nutritionally  important. Further,  in addition to providing a vehicle for illustrating how to achieve in situ CWR conservation, these case studies represent four diverse crops  with  differing  habits,  life  cycles  and  reproductive  biology—a  grain,  root  and  leafy vegetable crop and broad‐leaved tree species; therefore, the  lessons  learned  in conservation planning  for  these case  studies can be applied  to other crops  sharing  similar characteristics within each of these biological and use groups. 

For each of the crop case studies, an  in situ CWR conservation strategy has been developed which  has  resulted  in  the  identification  of  CWR  genetic  reserve  sites  for  high  priority  taxa within each crop gene pool throughout their European range, with a more detailed strategy developed  at  national  level  for  Portugal  for  the  Beta  case  study.  Each  strategy  has  been developed in the framework of the standard protocol presented in section 2.0.  

The  following  sections  are  an  analysis  of  the  application  of  the  methodology  for  each individual crop case study. The purpose of the analysis is to provide a brief commentary on the practical application of each of the four steps of the methodology with the aims of:  

Revealing different perspectives on  the  application of  the protocol by each of  the  crop case study experts; 

Investigating ways in which the application of the individual steps may differ between the four crop groups; 

Scrutinizing the methodology to confirm its applicability to a range of crop groups; 

Refining the methodology to ensure that it is widely applicable to any crop gene pool and easily understood by all those involved in CWR in situ conservation strategy planning. 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

18 

3.2  Application of the methodology in the Avena case study 

Introduction to the Avena case study  

The  cultivated  oats  (Avena  sativa  and  A.  byzantina)  rank  sixth  among  cereals  in  world production. Oats are more nutritious  in some respects, than other EU grown cereals. The oil (8% in the seed), protein (16–18% in groats) and beta‐glucan content of oat grains are unique in  composition  and  quality  amongst  cereal  grains.  They  are  also  an  intrinsically  low  input cereal crop, since their nutrient requirements are  less than those  for wheat or corn and are among the least demanding in regard to suitable soil type for growing.  World oat production has halved in the last 30 years and now stands at about 25 million tonnes (22.7 million tonnes in  2008).  While  more  than  75%  of  oat  grain  production  is  used  as  animal  feed,  human consumption  of  oats  has more  than  doubled  during  the  last  decade  due  to  its  nutritional effects. 

The genus Avena  L. belongs  to  the  tribe Aveneae and  is  comprised of a polyploid  series of wild,  weedy  and  cultivated  series  at  the  diploid  (2n=2x=14),  tetraploid  (2n=4x=28)  and hexaploid (2n=6x=42) levels. Cultivated types are present at all ploidy levels (A. strigosa at the diploid  level, A. abyssinica at the tetraploid  level, A. sativa and A. byzantina at the hexaploid level).  All  Avena  species  are  autogamous  annuals,  except  for  A. macrostachya, which  is  a perennial, allogamous autotetraploid (Baum and Rajhathy, 1976), and are distributed mostly in the northern hemisphere and mainly around the Mediterranean Sea and the Canary Islands. The  highest  diversity  is  found  in  northern  Africa  (Tunisia,  Algeria  and Morocco),  southern Spain and Sicily (Italy). All major biological species are found in Morocco except A. canariensis, A. ventricosa, A.  insularis and A. macrostachya. A. agadiriana, A. atlantica and A. maroccana are endemic to Morocco. A. canariensis is unique to the Canary Islands, A. damascena to Syria and Morocco and A.  insularis  to Tunisia and Sicily  (Italy). Avena murphyi, A.  longiglumis, A. prostrata  are  found  in  restricted  areas  in  southern  Spain.  Finally, A.  ventricosa  is  found  in Cyprus, while A. insularis was first discovered in Sicily (Figure 1). 

The  classification  of  Avena  species  has  been  approached  either  by  the  biological  or  the taxonomic  concept.  Baum’s  monograph  (1977)  (taxonomic  approach),  based  on micromorphological characters, divides Avena species into seven sections and 27 species, and this classification was  later revised to also  include the newly discovered species and  increase the number to 31 (Legget and Thomas, 1995). The biological classification by Ladizinsky (1988) on  the  other  hand  includes  only  14  species  and  nine  synonyms.  However,  under  this classification  the hexaploids A.  sterilis, A.  fatua, A. byzantina, A. hybrida, A. atherantha, A. occidentalis, A. trichophylla and A. sativa are classified as A. sativa. Online databases differ in the numbers of species that are presented (e.g., in EURISCO 43 species are identified, in GBIF 71 species,  in GRIN Taxonomy 83 species).  It was decided  in the present study to adopt the biological species classification with modifications. 

European  genebanks  hold  34,512  accessions  of  Avena  (EURISCO  Catalogue,  2011),  162  of which  are  tetraploids  and 194 diploids  (excluding A.  strigosa).  Thus, wild  species  represent only about 1% of the total ex situ collections of Avena species, highlighting an urgent need for surveying populations and identifying sites for their in situ conservation, as well as an increase in sampling for back‐up in ex situ collections.   

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

19 

  

Figure 1. Avena species distribution 

Analysis of the application of the methodology in the Avena case study 

Step 1: Taxon delineation 

The taxonomy of Avena  is either based on the morphological (Baum, 1977) or the biological species (Ladizinsky, 1988) concept. Thirty‐three species are described using the morphological concept and only fourteen using the biological concept. At the diploid  level A and C genome species are present, at the tetraploid AB  (AA') and AC, and at the hexaploid ACD  (ACA''). All species at the hexaploid level are included in the primary oat gene pool. Most of those species are  well  represented  in  the  genebanks  (2456  accessions  of  A.  sterilis,  A.  fatua  and  A. ludoviaciana) and have been used for breeding purposes. The secondary gene pool comprises three  tetraploid AC genome species: A. murphyi, A. marocanna and A.  insularis  (totalling 58 accessions).  Finally,  the  tertiary  gene  pool  includes  all  diploid  species  (194  accessions, excluding A. strigosa entries) as well as the AB (AA') genome tetraploids (395 accessions).  

During  the  Avena  experts meeting  in  Athens  (March  26–27,  2008)  taxonomy  and  species geographical distribution within Europe was extensively discussed,  in order  to prioritize and select the target taxa (see Step 2).     

Step 2: Selection of target taxa 

Prioritization  of  species  for  in  situ  conservation  can  only  be  accomplished  if  genomic  and species  relationships  are  known.  In  recent  years, molecular  techniques  have  been  used  to reveal these relationships (Drossou et al., 2004; Nikoloudakis and Katsiotis, 2008; Nikoloudakis et al. 2008). Furthermore, gene introgression and ease of crosses between wild and cultivated material  also  needs  to  be  considered.  Gene  flow  using  the  secondary  gene  pool  is  partly restricted  since  the  F1 hybrids  are pentaploids  and backcrossing  to  the  cultivated parent  is 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

20 

needed.  Also,  restricted  distribution  and  threat  of  specific  species  was  taken  into consideration, as well as presence of species within the boundaries of the EU.     

Selection of  target  taxa was based on all of  the above‐mentioned  factors and  the  following species were included (in no specific order): 

1. Avena murphyi  (AC genome  tetraploid). This species shows weaker genetic  ties with  the common oat than Avena insularis but is still a member of the common oat secondary gene pool. 

2. Avena  insularis  (AC  genome  tetraploid).  This  is  a  recently  discovered  species  which appears  to  be  the  tetraploid  progenitor  of  all  the  hexaploid  oat  types,  including  the common oat. 

3. Avena ventricosa  (Cv genome diploid, present  in Cyprus). Molecular data revealed that  it could be the C genome donor of the hexaploids. 

4. Avena hirtula  (As genome diploid). This species  is  the wild progenitor of  the slim oat, A. strigosa, present in south Europe. 

5. Avena  longiglumis  (Al genome diploid). This species  is widespread  from  the Middle East, through north Africa to southern Spain and  is the possible donor of the A genome to the evolution of the hexaploids. 

Step 3: Diversity analysis 

For  the diversity  analysis  an updated  version of  the  European Avena DataBase  (EADB) was used,  containing  23,889  accessions  (duplicates excluded) which  is  the  representation of  34 Avena taxa in 81 countries. However, a number of obstacles were encountered, such as non‐consistent  taxonomy, misspellings  of  species  names, wrong  coordinates  and  above  all  the poor representation of the prioritized species in ex situ collections. In the EURISCO database, which  contains  the  EADB,  there  are  16  accessions  of  A. murphyi,  seven  accessions  of  A. insularis,  21  accessions  of    A.  ventricosa  (19  of  which  have  been  obtained  through  the collection organized by AEGRO in collaboration with the Avena Working Group of ECPGR), 30 accessions of A. hirtula (seven of which have been obtained through the collection organized by AEGRO in collaboration with the Avena Working Group of ECPGR, and four are duplicates), and 15 accessions of A.  longiglumis; most of  them  rarely  include coordinates. Furthermore, identification of Avena species is difficult and within species genetic variation can be revealed only by using molecular markers. In our study, ten RAPD primers were used to screen genetic diversity  of  A.  ventricosa  (34  individual  plants  originating  from  14  sites),  A.  insularis  (19 individual plants from five sites) and A. murphyi (27 individual plants from 15 different sites). Genetic  similarities  among  entries  within  A.  ventricosa  ranged  from  0.72  to  0.99,  for  A. insularis from 0.80 to 0.95, and for A. murphyi from 0.75 to 0.96.   

Step 4: Selection of target sites 

In order to identify and select candidate sites for in situ conservation several criteria had to be fulfilled. One of the most  important criteria  is to recommend a site with the highest possible amount  of within  species  genetic  diversity  and  a  good  population  size. Unfortunately,  the information provided by the databases for the prioritized species is restricted with incomplete passport data.  It was thus decided to visit three geographic areas (Cyprus, Sicily  in  Italy, and Andalusia  in  Spain) where  all  of  the  prioritized  species  are  present,  in  order  to  survey  the population sizes and propose conservation sites. The second most important criterion was to 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

21 

identify areas with  the prioritized  species  lying within already protected  sites  (Natura 2000, National Parks, etc.). Cyprus was visited  in 2009, and Sicily (Italy) and Andalusia (Spain) were visited  in 2010.  In Cyprus,  three  species  (A. ventricosa, A. hirtula and  the non‐prioritized A. eriantha) were  surveyed and  seeds were collected. Three  sites with good  sized populations were  identified and selected as conservation sites; two sites are under Natura 2000 and the third one  is a National Park protected by  the Forest  law of Cyprus.  In Sicily A.  insularis was collected  and  surveyed.  This  is  a  recently  discovered  species  (Ladizinsky,  1998)  and  thus additional  sites  with  A.  insularis  were  recorded  for  the  first  time.  Two  sites  (West  Lake Comunelli and Mountain Giase) monitored by the Regione Siciliana, Assessorato Agricolotura e  Foreste,  with  restricted  activities,  had  good  sized  populations  of  A.  insularis  and  are proposed  as  conservation  sites.  Finally,  the  other  three  prioritized  species,  A. murphyi,  A. longiglumis and A. hirtula, are present in southwest Spain. Sites were surveyed and good sized populations of A. longiglumis and A. hirtula were found within the boundaries of the National Park of Donaña and the National Park of la Breña y Marismas del Barbate. All sites with good sized populations of A. murphyi are privately owned pasture  land, although  they are  found inside  or  very  close  to  the  boundaries  of  two  Natura  2000  sites—Los  Alcornocales  and Estrecho.  In most cases scattered A. murphyi plants are  found within  fields because there  is not proper management.  In order  to conserve  this species, action needs  to be  taken at  the regional government level by informing farmers about proper management of their fields and monitoring the population sizes.         

3.3  Application of the methodology in the Beta case study 

Introduction to the Beta case study 

Sugar beet covered 2.1 million hectares with the EU 25 and provided approximately 1.8% of the  value of  agricultural production output.  The  reform of  the EU  sugar market  foresees  a price reduction at producer level from 631.90 €/t in 2006/2007 to 404.40 €/t from 2010/2011 onwards  (European Commission, 2006). As a  result of  this policy  sugar beet production will concentrate  even more  around  processing  plants  (Isermeyer  et  al.,  2005).  In  Switzerland  a maximal  share of 25% beets  in  the  farmer’s  crop  rotation  system  is considered ecologically sound (Anonymous, 2010). However, because the choice of economically  interesting crops  is limited to a few, a relatively wide rotation system composed of winter canola, winter wheat, sugar beet and corn or winter barley may still cause yield  losses  in sugar beet stands by cyst nematode  (Heterodera  schachtii)  attack or Rhizoctonia  solani  root  rot.  There  is  therefore  a constant need for breeding of resistant varieties. The traits required by farmers depend on the specific  growing  conditions  and  vary widely.  The wild  relatives  of  sugar  beet  harbour  the appropriate genetic variation (Frese et al., 2001a); they have been used to develop resistant varieties in the past and will be needed as donors of novel genetic variation in future to cope with resistance breaking pathotypes as well pest and diseases not yet known. 

The gene pool as defined by Harlan and de Wet  (1971)  consists of  the genus Beta  (section Beta with three species and section Corollinae with four species and two hybrid species), and the genus Patellifolia with three species. The centre of diversity of Beta section Beta and the genus Patellifolia  is  located  in Europe while Beta  section Corollinae mainly occurs  in Turkey and  the  eastern  Caucasus  area,  except  for  Beta  nana,  which  is  endemic  to  Greece. Occurrences of Beta and Patellifolia species can be encountered in areas adjacent to Europe. All wild species are thus native to Europe and Turkey. The crop species, Beta vulgaris subsp. 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

22 

vulgaris was  domesticated  in  Europe  and  is  composed  of  the  four  cultivar  groups,  sugar, fodder, garden, and leaf beet and is nowadays distributed worldwide. 

European genebanks hold 7965 accessions of Beta / Patellifolia of which 1767 accessions are grouped into the sample status category ‘wild’ (EURISCO Catalogue, 2010). The fraction of wild beet species accessions managed ex situ  is 22.2%, which  is a much higher percentage when compared with total PGRFA holdings in European genebanks—c. 9% (Dias et al., 2011).  

Sugar beet breeding scientists and geneticists working in the public research sector as well as commercial sugar beet breeders are the main users of Beta / Patellifolia germplasm and the main driving force. The systematic collection of genetic resources of wild and cultivated beets started  with  the  IBPGR  funded  Beta  plant  exploration  in  Greece  conducted  by  Crombie, Cortessi  and  Denton  in  1979.  Between  1979  and  1993  various  institutions  conducted germplasm acquisition missions to capture genetic variation required for breeding of resistant varieties.  In  total,  1513  accessions  were  collected  (Doney  et  al.,  1995).  Several  collecting missions followed to close geographic gaps in germplasm holdings (Frese, 2000; El Bahloul et al., 2009). As most of the geographic distribution area of wild beets has been sampled since 1979, genebanks will phase out wild beet collecting activities. 

At the last meeting of the ECPGR working group on Beta (Frese et al., 2009), the conservation objectives were directed  towards  in  situ management of wild beets  for  four  reasons.  First, evolution of useful novel genetic variation for resistance will not occur in seed samples frozen in  genebanks.  Second,  all  species  of  Beta  section  Corollinae  and  all  Patellifolia  species  are hard‐seeded—their regeneration requires hand labour and is thus expensive. Third, all species of Beta section Corollinae are not well adapted to the environmental conditions of genebank locations. The least adapted plants do not reach flowering stage and do not contribute to the next generation. This kind of site‐specific selection causes loss of genetic variation at the first reproduction  cycle.  Fourth,  specific  occurrences  of  Corollinae  species  such  as  Beta lomatogona  in  Azerbaijan  and  Iran  (Frese,  2001b),  B. macrorhiza  in  the  Daghestan  region (Frese, 2000) and B. nana on the Taygetos mountain in Greece (Frese et al., 2009) are already known to be threatened. There is therefore an urgent need to organize and establish an in situ management programme for wild beets which is complemented by ex situ backup collections. 

Analysis of the application of the methodology to the Beta case study 

Step 1: Taxon delineation 

The beet genepool consists of two genera: Beta and Patellifolia. The genus Beta is divided into section Beta with  three  species  and  two  subspecies,  the  section Corollinae  is  composed of three basic species and two hybrid species as well as B. nana (the only species of the former section  Nanae).  The  genus  Patellifolia  encompasses  three  species.  This  information  was available  beforehand  (Frese,  2010)  and  no  further  information  sources  had  to  be  used  to produce the species list. 

Due to the detailed expert knowledge on the geographic distribution of the species, Step 1(2) was readily achieved. It was known which taxa exist within Europe and Turkey (i.e., within the geographic  range of  the European  level of  the Beta case  study). For  the national  level case studies,  the  identification  of  taxa  that  occur  in  Portugal  (three  Beta  and  two  Patellifolia species) and Germany (one Beta species) was straightforward. 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

23 

Step 2: Selection of target taxa 

The species were organized according to their degree of relationship to cultivated beets (Step 2a(1)).  Step 2a(2) was  skipped as all  taxa occur  in Europe, as was  (3) and  (4)  since all wild species are either known as potential donors of useful genes or have been used already  in crop enhancement programmes.  

It was not possible to create the priority level 2 list (Step 2b) on the grounds of IUCN Red List information.  None  of  the  Beta  and  Patellifolia  species  were  Red  Listed  at  the  time  of producing  the  Beta  case  study.  Instead  Step  2b(2) was  performed  and  eight  species were included in the priority list of the European level Beta crop case study. 

Step 3: Diversity analysis 

The  implementation of Step 3  in a  systematic way was  found  to be more difficult.  It would have required additional scientific project staff which was not available in the AEGRO project. Sufficiently detailed information required for the implementation of Step 1 could be found in the International Data Base for Beta (IDBB – http://eadb.bafz.de/CCDB_PHP/idbb/). However, this  system  holds  information  on  genebank  accessions  only  and  excludes  distribution  data recorded for  ‘observations’  in the terminology of GBIF. GBIF, GRIN Taxonomy and  IDBB data were collated and the data processed. The main obstacles to a straightforward use of these data were: 

Many different  taxonomic names were provided by GBIF whereby  the  term  ‘name’ here describes  any  string  indicating  a  Beta  /  Patellifolia  species.  The  processing  of  the taxonomic  information  started with  the collation of distinct strings  in a  table which was expanded  by  taxonomic  names  found  in  other  information  systems  and  in  literature. Obvious typing mistakes such as  in “Beta vulgaris var. macrorrhiza Stev.” were corrected after checking literature. Then the information contained in the string was partitioned and transferred to the appropriate descriptors such genus “Beta”, species “vulgaris”, varietas “macrorhiza”, varietas author name  “Steven”. At  the end of  this process a  table of 701 rows existed containing the original and the processed taxonomic  information. This table was then used to build the three taxonomic systems offered to users of CWRIS PLIS. 

The geographic information was processed in a similar way. However, the amount of data was much  higher  and  the  processing was  very  time  consuming.  The  following  ciphers provide an  idea of  the amount of work: 51,289 entries of which 24,626 are  considered distinct  entries;  10,096  sites  descriptions  of which  7413  had  geographic  coordinates  in different  formats. As  for  the  taxonomic data  the geographic data had  to be normalized. The processing capacity per day is about 200 entries. 

This part of the work was supported by a biolology/ bioinformatic student for one month who mainly assisted  in  collating data  sources and  in building  the  software  tool  “site  converter”.  One month was  far  from sufficient and more  importantly,  the production of useful datasets requires  detailed  expert  knowledge  and  experience.  Hence,  the  majority  of  the  data processing work was done by the permanently employed scientific staff. 

The normalized and harmonized data were later used to locate collecting sites or observation sites within Natura 2000 protected areas. 

Step 3(2) (gather genetic data on the target taxa) was used to establish the geographic pattern of genetic diversity within species. This was achieved by referring to publications on genetic 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

24 

marker  studies  (e.g.,  Letschert, 1993; Villain, 2007; Panella  et al., 2010).  Steps 3(3)  and  (4) were  skipped  knowing  that  the  University  of Madrid  (Universidad  Rey  Juan  Carlos) would provide thematic data, GIS tools and GIS knowledge required for a systematic ecogeographic analysis at a later stage of the AEGRO project. 

Step 4: Selection of target sites 

Finally,  candidate  sites were  identified  using  genetic  distance  and  genetic  diversity  data  as well as geographic data. Sites were recommended for  immediate action  if (i) the occurrence was known to be distributed  in a Natura 2000 protected site and/or  (ii) the occurrence of a species was known to represent a unique or specific fraction of the species’ genetic diversity. A summary of the sites recommended for the priority taxa is provided in Table 1. 

Table 1. Number of  target genetic reserve sites  identified  for the Beta gene pool (priority sites recommended for immediate conservation actions are shown in brackets).  

Taxon  Country  No. of sites (no. of priority sites) 

B. patula  Portugal  1 (1) 

B. macrocarpa (tetraploid form)  Spain  6 (6) 

B. macrocarpa (diploid form)  Spain  2 (0) 

Portugal  1 (1) 

B. vulgaris subsp. adanensis  Greece  2 (1) 

B. vulgaris subsp. maritima  Denmark  1 (0) 

France  1 (0) 

Germany  2 (0) 

Italy  1 (0) 

Portugal  1 (0) 

B. nana  Greece  3 (3) 

Patellifolia procumbens  Spain  4 (3) 

Portugal  2 (1) 

Patellifolia webbiana  Spain  1 (1) 

  Totals 28 (17) 

 

As  one  of main  objectives  of  the  in  situ management  strategy  is  the maintenance  of  the highest possible amount of genetic diversity of a gene pool in nature which is prerequisite for the evolutionary processes generating novel genetic variation  (Jain, 1975; Namkoong et al., 1996),  candidate  genetic  reserve  sites  for B.  vulgaris  subsp. maritima were  also  suggested, although the taxon was not  included  in the  list of prioritized species.  It concerns one site  in Denmark, one  in France, one  in  Italy, one  in Portugal, and  two  in Germany. All six sites are known to harbour genetic variation for traits useful for plant breeding. As this taxon is widely distributed  there  is no  immediate need  for active management; however, as  little  is known about the geographic distribution pattern of traits useful for plant breeding the establishment of genetic reserves could be seen as a precautionary measure to secure these resources. 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

25 

Additional comments about the application of the methodology 

After the CWRIS AEGRO PLIS for Beta had been established it took about one week of work in total to search for occurrences and sites. This work was performed by a person knowing the crop and CWR in detail. A student was employed for one month to compile taxonomic names from  existing  databases,  to  complete  this  list  from  literature  sources  and  harmonize  the names. This kind of preparatory work took three months. 

3.4  Application of the methodology in the Brassica gene pool 

Introduction to the Brassica case study 

The  genus  Brassica  consists  of  annual,  biennial  and  perennial  species  (the  latter  can  be suffrutescent  or  grow  as  shrubs).  Severe  self‐incompatibility  has  been  reported  in  several species (e.g., Glemin et al., 2005; Edh et al., 2009). For some Mediterranean species reports of conservation  strategies have been made  (Noël et al., 2010). Most  species closely  related  to one of  the  economically most  important brassica  crops, B.  oleracea,  are  found  around  the Mediterranean basin; thus, only Mediterranean species have been selected as target species in  the Brassica case study, as suggested by  the ECPGR Brassica Working Group  (Branca and Bas, 2009). These species often grow at altitudes below 1000 m and are frequently found  in coastal regions. Several species grow on limestone cliffs and rocks, in screes, gorges, quarries, scrubs or waste places.  

Brassica  contains major  crop  species  such as B. napus  (oilseed  rape), B. oleracea  (cabbage, kale, Brussels  sprout, broccoli etc.)  and B.  rapa  (turnip),  as well  as  the minor economically important  species  like  B.  carinata  (Ethiopian  or  Abyssinian mustard),  B.  juncea  (Indian  or Chinese mustard) and B. nigra (black mustard) (FitzJohn et al., 2007). B. nigra, B. oleracea and B. rapa are the ancestral parents of the other three mentioned brassica crops according to the triangle of U (U, 1935). According to Warwick and Sauder (2005), B. oleracea and B. rapa are closely related, whereas B. nigra is more distantly related to the two other species. Further, a number of species in the tertiary gene pool are wild‐harvested and used locally as vegetables or  edible/industrial  oils.  Brassica  crops  are  genetically  very  diverse  but  by  including  wild relatives  in  breeding  programs,  cultivars  improved  for  a  large  number  of  specific characteristics can be developed. Warwick et al.  (2009) mention male sterility, resistance to diseases, C3‐C4 photosynthetic activity, as well as tolerance to adverse abiotic conditions as potential traits that could be transferred from wild relatives to  improve brassica crops. They also list wild Brassicaceae species as sources of agronomic traits such as chemical metabolites.  

Brassica  is  included  in  the  tribe  Brassiceae  that  contains  50  genera  and  ca.  240  species; however,  the  inclusion  of  the  number  of  genera  in  Brassiceae  is  debated  (Warwick  and Sauder,  2005).  Sub‐tribal  divisions  have  also  been  suggested  but  this  is  rather  problematic (Warwick and Sauder, 2005). Based on three molecular data sets, Warwick and Sauder (2005) concluded that the genus Brassica is not monophyletic; thus, some species in other genera are more  closely  related  to  brassica  crops  than  other  Brassica  species.  Within  the  Euro‐Mediterranean region, there are 137 species within genera in the tribe Brassiceae that contain at least one species that has produced hybrids with brassica crops (Table 2). 

FitzJohn  et  al.  (2007)  noted  that  out  of  21  Brassica  species  included  in  hybridization experiments with crop brassicas, B. balearica was the only one not producing hybrids, and for that species only a single experiment was performed. Warwick et al. (2009) also review inter‐specific and  inter‐generic hybridizations. From these two review papers, species of Capsella, 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

26 

Coincya,  Crambe,  Diplotaxis,  Enarthrocarpus,  Eruca,  Erucastrum,  Hirschfeldia,  Moricandia, Ochryphragmus,  Physaria,  Raphanus,  Rapistrum,  Rorippa,  Sinapidendron  and  Sinapis  have produced  hybrids  after  hybridizations  with  crop  brassicas.  In  some  of  the  hybridization experiments,  in vitro culture of  immature embryos was necessary to obtain hybrids—hybrids with  further  genera  (Arabidopsis,  Armoracia,  Barbarea,  Camelina,  Descurainia  and Trachystoma) have been produced by protoplast fusion (Warwick et al., 2009).  

Table 2. Brassiceae species found within the Euro‐Mediterranean region in genera in which at least one species has produced hybrids with brassica crops (FitzJohn et al., 2007; Warwick et al., 2010). Occurrences compiled from Kell et al. (2005). 

Genus  Within Europe and Macaronesia  Outside Europe but within the Mediterranean region 

Brassica   balearica, barrelieri, cadmea, cossoniana, cretica, elongata, incana, gravinae, hilarionis, incana, insularis, juncea, macrocarpa, maurorum, montana, nigra, nivalis, oxyrrhina, procumbens, rapa, repanda, rupestris, souliei, tournefortii, villosa 

deflexa, desertii, desnottesii, dimorpha, loncholoma, setulosa, spinescens  

Capsella  bursa‐pastoris, grandiflora, heegeri, orientalis, rubella 

 

Crambe  abyssinica, arborea, cordifolia, filiformis, fruticosa, gigantea, gomerae, hispanica, laevigata, maritima, microcarpa, pritzelii, scaberrima, scoparia, strigosa, sventenii, tataria 

alutacea, armena, aspera, auch‐eri, gibberosa, glaberrima, gran‐diflora, juncea, koktebelica, kra‐likii, orientalis, parviflora, steveni‐ania,  

Diplotaxis 

 

catholica, erucoides, gomez‐campoi, harra, ibi‐censis, ilorcitana, muralis, parvula, siettiana, sii‐folia, tenuifolia, vicentina, viminea, virgata, wirt‐geni 

acris, assurgens, berthautii, cretacea, duveyrieriana, ollivieri, pitardiana, simplex, tenuisiliqua 

Eruca  pinnatifida, vesicaria   

Erucastrum  canariense, cardaminoides, gallicum, nasturtiifolium, palustre, varium, virgatum 

arabicum, armoracioides, brevirostre, elatum, ifniense, leucanthum, littoreum, rifanum 

Raphanus  raphanistrum, sativus  rapinastrum 

Rorippa  amphibia, anceps, armoracioides, astyla, austri‐aca, barbareoides,  erythrocaulis, hispanica, hun‐garica, islandica, kerneri, lippizensis, palustris, prolifera, pyrenaica, sylvestris, thracica, valdes‐bermejoi 

aurea, dogadovae, hayanica, indica, integrifolia 

Sinapis  alba, arvensis  allioni 

 

It has been possible  to make  successful  crosses between  species and genera with different chromosome  numbers  and  a  large  proportion  of  attempted  combinations  have  been successful even under natural conditions. The gene pool of Brassica is therefore very large and 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

27 

all Brassica species seem  to be within  the primary gene pool of at  least one of  the brassica crops. Further, a number of other Brassicaceae genera could be included in the primary gene pool of brassica crops; for example, genera successfully hybridized with brassica crops include Diplotaxis, Eruca, Erucastrum, Raphanus, Rapistrum, Rorippa and Sinapis.  

Analysis of the application of the methodology in the Brassica case study 

Step 1: Taxon delineation 

Brassica  crops  include  several  species  (e.g.,  B.  juncea,  B.  napus,  B.  oleracea,  B.  rapa,  B. carinata and B. nigra) and by consulting  the  literature—especially FitzJohn et al.  (2007) and Warwick et al. (2009)—it is found that the number of genera and species in the crop gene pool is  very  large  and may  consist  of  the whole  tribe  Brassiceae  (50  genera  and  240  species).  Further, the number of synonyms  is also very  large. Warwick et al. (2009)  list approximately 900 taxa epithets within Brassiceae and the Crop Wild Relative Catalogue for Europe and the Mediterranean includes 250 Brassica epithets. 

In this case study, only species within the genus Brassica were selected as they are the ones that are most closely related to the target crop, B. oleracea. Within the EU, 26 Brassica species occur and including the EU and Mediterranean area, a further seven species occur.  

For determination of  relevant  taxa, CWRIS, GBIF,  Snogerup  et al.  (1990), Kell  et al.  (2005), FitzJohn et al. (2007) and Warwick et al. (2009) were consulted. 

Step 2: Selection of target taxa 

Very little and scattered information of relevance with respect to the use of specific species in breeding programs of brassica crops is available, although Warwick et al. (2009) report a list of characters  in specific genera and species that might be of  interest  in future breeding. Within Europe a number of species could be selected as target taxa due to limited distribution areas; these  are:  B.  cretica  subsp.  cretica,  B.  cretica  subsp.  laconica,  B.  incana,  B.  insularis,  B. montana, B. balearica, B. bourgeaui, B. cadmea, B. gravinae, B. hilarionis, B. macrocarpa, B. nivalis,  B.  procumbens  and  B.  tyrrhena.  As  examples  for  the  case  study,  B.  cretica  subsp. cretica, B. cretica subsp. laconica, B. incana, B. insularis, B. montana were selected. The main reasons for the selection were limited distribution areas and available literature with respect to genetic diversity. 

Step 3: Diversity analysis 

CWRIS‐AEGRO, GBIF and Snogerup et al. (1990) were used to source distribution data of the selected  target  species. Within GBIF  some of  the occurrences of  some  species had obvious wrong  coordinates  (e.g.,  occurrences  of  B.  bourgeaui  and  B.  balearica were  placed  in  the Atlantic  and  Mediterranean  Sea,  respectively).  Thus,  other  occurrences  may  also  be questionable. Snogerup et al. (1990) was mainly used for area descriptions and data from the Danish Metrological  Institute  are  used  for  climate  data.  For  some  taxa,  papers  describing distribution  and  diversity  within  and  between  populations  also  included  relevant ecogeographic and genetic data. Snogerup et al. (1990) include morphological descriptions of the species and thus also data indicating genetic variation within species.  

Step 4: Selection of target sites 

The very  thoroughly but  relatively old paper by Snogerup et al.  (1990)  indicates  interesting target  sites.  Already  at  that  time  some  interesting  and  large  sites  were  threatened  by urbanization and introgression from garden plants. More recent papers indicate limited gene 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

28 

flow between populations  for several species and self‐incompatibility; thus, many sites have to be selected to secure a large proportion of the genetic diversity.  

For each of the selected target taxa the number of target sites are here given in parentheses: B. cretica subsp. cretica (3), B. cretica subsp. laconica (4), B. incana (4), B. insularis (3) and B. montana (5). 

3.5  Application of the methodology in the Prunus case study 

Introduction to the Prunus case study 

Prunus avium has great economic importance as a crop and in its wild form also has value for crop  improvement and  for breeders of  forest,  fruit and ornamental  trees. The wood of wild cherry has an attractive pattern, and is second only in value to walnut (CABI, 2005). It is hard, close‐grained, solid and durable (Hedrick, 1915). For several centuries, it dominated the style of furniture making (CABI, 2005) and this trade is still the main user of the timber. As a noble hardwood,  it  is still valued today  for panelling and cabinet making  (Diaz et al., 2007), but  in Britain, wild cherry has variable demand and is thought inferior compared to other hardwoods such as oak and ash (Nicoll, 1993). 

P. avium  is  increasingly planted  in Europe, both  in afforestation of abandoned farmland and enrichment of  forests, due  to  its  fast growth  (rotation of 50  to 60 years)  (Santi et al., 1998; Kleinschmit et al., 2006). Kobliha  (2002) described  the beginnings of a wild cherry breeding program  for Czech  forestry  for example, where progeny and clonal tests, seed orchards and clone archives were established.  

P.  avium  also  has medicinal  value—it  can  be  used  as  an  antitussive  (prevents  or  relieves cough), astringent, diuretic, and tonic  (PFAF, 2008). Other uses  include: alcoholic beverages, honey, digestive aid, sedative, antihistamine, haemorrhoid treatment, bladder infection relief, rheumatism  treatment  and  antispasmodic drugs  (Vivero  et al., 2001). P. avium  stems have been used by herbalists  in Europe for diuretic and astringent purposes; other medicinal uses include treatment for cystitis, nephritis and urinary retention, and arthritic problems, notably gout (NHM, 2007). 

Wild cherry  is native  to Europe, western Asia and northern Africa, and has been  introduced into many countries (Vivero et al., 2001). Its latitudinal range is from approximately 30°– 61° N and  is  thought  to have originated  in  the Caucasus and surrounding area  (Faust and Suranyi, 1997) with the centre of origin being Asia with Europe as a secondary centre (Watkins, 1995). Sub‐fossil evidence indicates that it is native to northwest and central Europe (Russell, 2003), and  fossil  remains  in  Britain  confirm  the  existence  of  preglacial  populations,  natural populations having established  in the southern half of Britain around 8000 years ago (White, 1995), after oak and ash. It is found growing freely almost throughout Britain (Rackham, 1980) but wild populations have a scattered distribution and extended natural populations are rare (Russell, 2003). 

P. avium occurs abundantly on forest slopes of southern, central and western Europe (OECD, 2006), has  long grown spontaneously over a wide area, and may have been domesticated  in several widely  separated  regions  (Hedrick,  1915).  In  their  study  of  eight  Prunus  species  in Andalusia, Vivero et al. (2001) suggested that the Iberian Peninsula was probably a refugium for  the  species  and  for  this  reason,  the  scattered  populations  are  considered  relict  and declining; it is common in the north of the Peninsula and rarer in the south. 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

29 

P.  avium  can  be  found  growing  across  the  temperate  zones  of  Europe  with  a maximum altitude  of  about  1900 m  reported  in  France;  in  Britain  it  is  essentially  a  lowland  species (Russell, 2003) and in Central Europe it is generally found at lower altitudes (Gomory, 2004). In Andalusia,  Vivero  et  al.  (2001)  found  scattered  populations  of  wild  cherry  over  several mountains at elevations of 1300–1800 m. Due to summer drought in this region, it is found in wet ravines of mountain ranges where the effects of the drought are lessened. A combination of already  long, dry summers and  increasing  temperatures may  further restrict  the range of the species (Vivero et al., 2001). 

Reproduction in P. avium occurs asexually via suckering, and sexually through insect‐mediated pollination and subsequent seed dispersal by birds and mammals (Vaughan et al., 2007). It is a typical pioneer plant favouring plenty of light and little competition (Bratberg and Vestrheim, 2004)  and  is  a  colonizing  species of  early  forest  successional  stages  due  to  its  capacity  for rapid  vegetative  propagation  (Gomory,  2004)  and  when  large  gaps  appear,  such  as  after disturbance. 

This  species’  asexual  reproduction  is  a  complementary  adaptational  strategy;  it  does  not reproduce  easily  from  seed  (Holtken  and Gregorius,  2006)  and  seed dispersal  is  somewhat limited  (Vaughan  et  al.,  2007),  despite  its  importance  in  gene  flow.  Pollination  is entomophilous  and  seeds  are  ingested  and  dispersed  by  animals  (Mariette  et  al.,  1997), especially birds, such as pigeons, thrushes, starlings and jays, and by small mammals (Russell, 2003).  

A  working  group  for  Prunus  was  established  in  1983,  emanating  from  the  European Cooperative Programme for Crop Genetic Resources Networks (ECP/GR)3. A paper by Zanetto et  al.  (2002)  details  the  Group’s  activities  over  the  previous  20  years,  describing  Prunus genetic resources management and the establishment of the European Prunus Collection. One of the Group’s first objectives was to produce a database documenting Prunus accessions of European  collections.  The  European  Prunus  database  (EPDB)  is maintained  by  the National Institute  for Agronomical Research (INRA)  in Bordeaux, France. The broader Prunus National Network in France  includes 13 partners under the direction of the Genetic Resources Office, BRG  (Bureau  des  Ressources  Génétiques),  including  INRA,  the  Conservatoire  Botanique National Méditerranéen de Porquerolles, Centre  Technique  Interprofessionnel des  Fruits  et Légumes  (CTIFL)  and  Association  Française  pour  la  Conservation  des  Espèces  Végétales (AFCEV).  The  Prunus  European  Network  consists  of  32 Member  States  implied within  the framework of the ECPGR, of which Unité de Recherches sur les Espèces Fruitières (UREF) is in charge of the database development and management (Dosba and Zanetto, 2004). 

Analysis of the application of the methodology in the Prunus case study 

Step 1: Taxon delineation 

The initial part of this step was followed in that a formal taxonomy was selected and a list of taxa within the genus Prunus was compiled as part of an MS Access database produced by C. Germeier (AEGRO workpackage 10). The genus Prunus is large and complex and estimated to contain between 200  (NHM, 2007) and 430 species    (Campbell et al., 2002). However,  little agreement  could  be  found  regarding  the  taxonomic  position  of  Prunus  avium.  In  older classifications,  where  emphasis  was  placed  upon  fruit  or  stone  instead  of  flower 

                                                       3 Now the European Cooperative Program for Plant Genetic Resources (ECPGR – www.ecpgr.cgiar.org/). 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

30 

characteristics, both sweet and sour cherries were located in the genus Cerasus; however, the ‘true’  cherries  are  now  considered  by most  botanists  to  be  in  the  genus  Prunus  (Webster, 1996). An exception to this is in countries such as Russia and China where P. avium is known as Cerasus avium. However, a general confusion over the habit of suckering arises; the Flora of China (eFloras, 2003) describes C. avium, with P. avium L. as its synonym, but as a “tree to 25 m tall, producing no suckers”.  

Some closely related species were considered for more in‐depth study at this stage but, due to taxonomic  complexity,  as  indicated  above,  the  decision was  taken  to  continue working  on Prunus avium only, as defined in the AEGRO workplan. 

Step 2: Selection of target taxa 

As  the  taxon  focused upon  in  this workpackage,  the prioritization of wild Prunus avium  for active conservation can be explained as follows:  

P. avium is one of three parent species of the commercially valuable sweet cherry and for this  reason  is also under pressure  from  introduction of genetic material  from  cultivated forms.  

It is a European native and maintains a broad distribution across the wider continent. 

The species has a long and complex socio‐economic and cultural history. 

It is a valuable component of mixed broadleaved woodland and is an important element of biodiversity in its habitat—particularly for insects. 

The taxon under consideration in this case is not under immediate threat in Europe, except by way of the increased introduction of cultivated material in the south of Spain, this species has been Red Listed as Vulnerable (VU) (Gavira, 2006). 

Step 3: Diversity analysis 

The  same process  as  that outlined  in  Step  3  of  the methodology was  used but with  some differences.  Passport  data  were  downloaded  from  GBIF,  EURISCO,  and  PC‐GRIN.  When downloading  information  from GBIF, many synonyms were already  included within a Prunus avium search, but when downloading from EURISCO, it was also necessary to include Cerasus avium specifically. The initial Prunus database, which contained 129,788 records, was queried to exclude cultivated forms and non‐European countries; taxa were also included when found to be synonymous with Prunus avium. Data were then extracted from the initial database and transferred to a new database specifically for Prunus avium. 

An  initial distribution map was produced to highlight any outliers, which were then checked and amended. Some of the database records were only partially complete and approximately 400 were without coordinates. When only partial location data are available, it is still possible to allocate a set of coordinates, to a certain accuracy, using a variety of methods.  

A  range of webpages was used  to  georeference  those  accessions without  coordinates  (see Table 2). Initially, approximate coordinates were obtained using a bulk geocoder, such as GPS Visualizer (Schneider, 2009). These were then used to locate the site in Google Earth (Google, 2009).  If  this  was  incorrect,  and  also  to  confirm  the  location,  the  National  Geospatial‐Intelligence Agency (NGA) (2009) website was used to check how many places had the same name;  if more  than one place existed,  the  information  for the next administrative  level was used.  

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

31 

 

Table 2. Sources used for georeferencing incomplete accessions 

Source  URL 

BatchGeo  http://batchgeo.com/ 

Falling Rain  www.fallingrain.com/world/ 

GeoNames (GNA)  www.geonames.org/ 

Google Earth  earth.google.co.uk 

Google translate  http://translate.google.co.uk/?hl=en# 

GPS Visualizer  www.gpsvisualizer.com/ 

Herbaria United (collector information)  herbariaunited.org/ 

Ordnance Survey  www.ordnancesurvey.co.uk/ 

Gazetteer for Scotland  www.scottish‐places.info/ 

Wikipedia  http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page 

 

There were  some  intrinsic errors  in  the data which meant  that  in  some  cases,  coordinates could not be confidently applied—some records did not have any information below country level  and  for others  the  site  converter had wrongly  applied  location  information—so  these records were manually georeferenced in the same way as the other accessions. Altitudes were calculated using  coordinate data  through  the GPS Visualizer website  (Schneider,  2009)  and then a selection of these were cross‐checked using Google Earth (Google, 2009).  In order to remove duplicates, a query was written to remove records which had the same coordinates along with the same collection date.   

Coordinates were extracted from the database and entered into a GIS; the data were analysed based primarily on their geographic distribution using ArcGIS v 9.3  (ESRI, 2009). Points were imported from a text file and plotted, and a mask was produced to delimit the area of Europe under  consideration  on  a map  of  the world;  this was  used  to  display  all maps.  DIVA  GIS (Hijmans et al., 2009) was also used  to map and analyse spatial data, providing a predicted species distribution based on the climatic envelope of the point data provided. The coordinate system  used  was  WSGS84  and  all  data  were  converted  to  this  before  mapping.  Further observational  and  historical  records  have  been  incorporated  into  the  database  and  a  sub‐sample  of  the  resulting  approximately  18,000  accessions  were  selected  using  the  R programming language (R Development Core Team, 2010) to obtain a more spatially balanced sample for use in species distribution modelling. 

The species distribution modelling work is in addition to the suggested methodology, but is a direct  result  of  the  problems  of  using  historical  data.  A  niche‐based  model  provides  an approximation of the species’ niche. When, as in this project, only incomplete occurrence data are  available,  a  model  that  only  requires  partial  occurrence  information  is  very  valuable (Graham et al., 2004). Historical collections only record locations where the species has been observed and contain no information on absences (Mateo et al., 2010). Although hard to find, reliable absence data can be used to  identify the effects of any constraints of environmental variables;  restricting model predictions, preventing  inclusion of  sites where  it  is known  that the species does not occur  (Jiménez‐Valverde et al., 2008).  It  is also possible  to  incorporate 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

32 

pseudo‐absences  or  target  group  background  points  when  using  presence‐only  methods (Mateo et al., 2010). The data were then combined with environmental variables that describe some  of  the  influences  on  the  species  in  that  environment.  These  samples  of  the  realised niche (where a species lives) are a portion of fundamental niche (where a species could live), actually  occupied,  and may  be  smaller  than  its  fundamental  niche  due  to  human  or  biotic factors). Combined with the model, samples were used to predict environmental suitability as a  function  of  the  examined  environmental  variables  (Phillips  et  al.,  2006).  Information  on environmental  variables  was  obtained  from  a  variety  of  sources,  such  as  the  European Environment Agency  (EEA,  2010),  the National Geosphysical Data Centre of  the US  (NGDC, 2011) and Geonetwork (Geotnetwork, 2011); raster files were downloaded and manipulated for use in the modelling software. Despite being geographically biased to certain countries and species,  historical  and museum  data  are  still  the most  useful  source  of  information  in  the majority of cases and with broad temporal coverage, species distribution models can be used to infer changes over time, particularly with changing climate conditions (Newbold, 2010).  

In terms of how the diversity analysis informs the conservation strategy, the biased nature of a subset selected from the Prunus database highlights the need for a more detailed modelling approach in order to fully incorporate ecogeographic diversity.  

Step 4: Selection of target sites 

In  the  case of Prunus avium, protected  sites  containing  this  species have  already been  the subject of genetic research  in particular and were already known  to  the group  (AEGRO);  for the initial recommendations for reserves, therefore, these locations were obvious first choices for genetic reserves, notwithstanding  the  fact  they had not been selected using  the current protocol. 

The outcomes of the Prunus case study are two‐fold. Firstly, using SDM, sites can be selected as  genetic  reserves  for  P.  avium  and  given  priority  because  they  have  the  optimum combination  of  suitable  variables  affecting  the  species’  distribution,  then  potential distribution of  this species can be modelled with a view  to predicting sites  for  introduction, where  other  factors  are  favourable  for  the  long‐term  conservation  of  this  (and  potentially incorporating other) species (e.g., as influenced by climate or land use change). Secondly, the predictor variables influencing the distribution of Prunus avium can be elucidated, apropos of the samples selected.  

SDM  provides  an  approach  that  can  help  extend  the  usefulness  of  direct  observation  and improve  our  interpretation  and  understanding  of  species  distributions.  In  addition  to  final suggestions  made  for  reserve  site  selection,  an  important  outcome  of  this  study  is  the recognition of the need  for data quality checking, and the  importance of acknowledging the limitations of the chosen variables and field data, and their spatial attributes. 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

33 

4.0 Discussion 

In this report, we have proposed a methodology for the identification of genetic reserves for a target crop gene pool which addresses the need to conserve the maximum range of genetic diversity  in  the  highest  priority  taxa  in  terms  of  their  known  or  potential  value  for  crop improvement and relative  threat. This approach has now been applied  to  the gene pools of four crops  important for food security and economic stability  in Europe—Avena sativa (oat), Beta  vulgaris  subsp.  vulgaris  (cultivated beets), Brassica  spp.  (cabbage and other brassicas) and Prunus avium  (cherry). The methodology has also been applied outside of Europe  for a number  of  globally  important  crops  (see Maxted  and  Kell,  2009). We  have  found  that  the model  is relevant  to a range of crop gene pools; however,  it  is clear  that  its application will necessarily be slightly adapted according to the different cases to which it is applied. 

With  regard  to  target  taxon  selection,  firstly,  the number of  species  in  the  gene pool may affect  the  chosen method  because when  dealing with  a  large  number  of  species  it  is  not always possible  to obtain distribution data  for  all  taxa  in  the  gene pool, depending on  the availability  of  data  and  resources  for  the  actual  research.  For  example,  Brassica  is  a  large genus compared with Avena, Beta and Patellifolia and  species  in a number of closely allied genera may also be  important gene donors to brassica crops. This means that when dealing with a relatively large crop gene pool, it is likely that the target taxa will initially be selected on the  basis  of  their  degree  of  relationship  to  the  crop  and  known  potential  as  gene  donors rather than on relative distribution or threat. On the other hand, when dealing with smaller gene pools such as sugar beet and oats (which are also well‐studied gene pools), both relative threat and potential as gene donors can be used  in parallel  to  select  target  taxa. Secondly, knowledge of the genetic relationship between taxa varies between crop gene pools and this means that in cases where genetic information is lacking, it is not possible to apply the Gene Pool  (GP)  concept.  For  example,  there  is  better  knowledge  about  the  genetic  relationship between taxa in the beet and oat gene pools than for the brassica gene pool. In the absence of genetic data, the Taxon Group concept can however be applied as a proxy for the GP concept. Thirdly, knowledge of the breeding potential of species varies between crop gene pools;  for example, there is better knowledge for the beet and oat gene pools than for the brassica gene pool. This  implies that  in cases where there  is good knowledge of breeding potential, target taxa can be selected on the basis of their potential use for crop improvement with a degree of confidence, while for gene pools where this knowledge  is  lacking,  important taxa with as yet unknown potential could be missed  in conservation planning. This highlights the  importance of using relative threat as a criterion for target taxon selection as taxa with limited distribution ranges  or  otherwise  threatened  but  with  unknown  potential  as  gene  donors  will  still  be included in the conservation strategy. 

The number of crops  in the gene pool  is also  likely to affect the selection of target taxa  if a multi‐crop  approach  is  taken.  For  example,  the  genus  Brassica  contains  several  crops  and therefore the delineation of the gene pools of the different crops will vary. While one taxon may be a primary wild  relative of one brassica crop,  it may be a  secondary or  tertiary wild relative of another. However, this does not affect the application of the methodology as  it  is based on  the premise of developing an  in  situ  conservation  strategy  for a  single  crop gene pool. If multiple crops are targeted at the same time, whether or not these species are within the  same  genus,  the  methodology  has  to  be  applied  to  individual  crop  gene  pools independently of one another. However,  if dealing with multiple crops  in the same genus or 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

34 

closely allied genera, it will be beneficial to synthesize the results of each gene pool analysis to identify overlapping target taxa and sites. This approach was already taken to some degree in the AEGRO project  under Workpackage  9  as  a  detailed  ecogeographic  analysis  of  the  beet gene  pool  was  undertaken  and  then  the  results  were  synthesized  to  identify  multi‐taxa reserves,  including  target  taxa  from  the other crop gene pools  that were  the subject of  this project (see Parra‐Quijano et al., 2011). 

The means of selecting target sites also varies from one gene pool to another, depending on existing  knowledge  of  intra‐  and  inter‐specific  genetic  diversity  of  target  taxa  and  of  the localities of target species (e.g., population size, threats and suitability of the site to establish a GR).  Obviously,  the  better  the  knowledge  base,  the  more  sound  a  basis  there  is  for conservation planning. However, even without genetic diversity knowledge, the methodology can be applied by using other  types of ecogeographic data as a proxy  for genetic data;  for example,  this  has  been  successfully  demonstrated  in  the  Beta  crop  case  study  (see  Parra‐Quijano et al., 2011). Furthermore, both genetic knowledge and ecogeographic analysis can be used  in tandem to  identify target sites—this  is  likely to result  in the most comprehensive  in situ conservation strategy plan for a target crop gene pool. 

The application of the methodology also highlighted the difficulty of dealing with taxonomic data (i.e., different nomenclature in different information systems) and occurrence data (e.g., lack of coordinates, problems of data quality, and evenness of data availability or knowledge of  distribution  across  Europe);  however,  these  are  challenges  that we  face  in  conservation planning  in general and are not specific to this model. Means of overcoming these problems were  applied  in  this  project  at  different  stages.  Firstly,  the  site  converter  software  was developed  to  improve  the  usability  of  descriptive  location  data  and  applied  to  distribution data  collated  for  all  of  the  crop  case  studies.  Secondly,  in  the  Prunus  case  study,  spatially balanced sampling was used to reduce the effect of the bias in the data; this was followed by species distribution modelling to  interpolate new data points within the range of the known distribution data. Thirdly, a method of improving coordinate data accuracy was applied in the Beta case study by filtering out coordinates with less than two decimal digits. 

The Avena case study also highlighted  the  importance of  fresh data collection  through  field visits to carry out population surveys. While this is not always possible when planning genetic reserve conservation, it is highly recommended when resources permit.  

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

35 

5.0  Conclusion 

Crop wild relatives contain a wide pool of genetic diversity that is important to maintain for its use  in plant breeding  for crop  improvement. The highest priority CWR  for  food security are not  adequately  conserved,  either  in  situ  or  ex  situ,  and  we  cannot  rely  only  on  ex  situ conservation  of  these  resources  as  it  does  not  maintain  the  evolutionary  process  of adaptation  found  in  wild  populations—this  can  only  be  achieved  by  managing  in  situ populations  in CWR genetic  reserves. The value of CWR  for  food  security and  the need  for their conservation has recently been placed firmly on the  international conservation agenda, but due  to  the  large number of  taxa  that exist, coupled with  limited  resources, a means of setting  priorities  for  their  conservation  is  needed.  Further,  as  CWR  have  largely  been neglected by  the  conservation  community, we  face  the  challenge of  identifying where  and how  to  conserve  them  in  situ. A  logical and  systematic  framework  for CWR  conservation  is needed that is applicable to any country or region and to any crop gene pool. This may involve both the floristic and monographic approaches, but in order to conserve the maximum range of genetic diversity  in the highest priority crop gene pools for global, regional and  local food security, a crop gene pool approach is needed that can be applied in tandem with the floristic approach at national level.  

In this report, we have presented a methodology for the identification of genetic reserves for a target crop gene pool which addresses the need to conserve the maximum range of genetic diversity  in  the  highest  priority  taxa  in  terms  of  their  known  or  potential  value  for  crop improvement and relative threat. By applying the methodology to the gene pools of a range of different crop types—a cereal,  leafy vegetable, root crop and broad‐leaved tree,  it has been possible to a) reveal different perspectives on its application by several experts, b) investigate ways  in  which  the  application  of  the  individual  steps  may  differ  between  different  crop groups, c) scrutinize the methodology to confirm its applicability to a range of crop groups and d)  refine  the methodology  to ensure  that  it  is widely applicable  to any  crop gene pool and easily understood by all  those  involved  in CWR  in situ conservation strategy planning. Most importantly,  it was  found that the methodology  is relevant to all the crop gene pools  it was applied  to,  although  the  approach  to  each  step  varied  slightly  according  to  the  specific characteristics of the gene pool  (e.g., number of species) and the extent and quality of data available (e.g., distribution, genetic diversity and potential use).  

The methodology  can  now  be  applied  to  develop  conservation  strategies  for more  priority crop gene pools with  the aim of eventually ensuring  that  the genetic diversity  that we may rely on in years to come is secured in a network of national, regional and global CWR genetic reserves.  In Europe,  this work  is being  taken  forward  in  the context of  the EU Framework 7 project, PGR Secure. The case studies themselves have resulted in the identification of target genetic reserves for four crop gene pools which are socio‐economically  important  in Europe. The next step will be to put in place the practical and legal requirements to establish the sites and ensure their long‐term sustainability. 

 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

36 

References 

Baum, B.R. (1977) Oats, Wild and Cultivated: A Monograph of the Genus Avena L. (Poaceae). Biosystematics Research Institute, Canada Department of Agriculture. 463 pp. 

Baum,  B.R.  and  Rajhathy,  T.  (1976)  A  study  of  Avena macrostachya.  Canandian  Journal  of Botany 54, 2434–2439. 

Branca, F. and Bas, N.  (2009) Working group on Brassica.  In: Astley, D., Bas, N., Branca, F., Daunay, M.C., Díez, M.J., Keller,  J., Van Dooijeweert, W., van Treuren, R., Maggioni, L. and  Lipman,  E.  (compilers),  Report  of  a  Vegetables Network,  Second Meeting,  26–28 June 2007, Olomouc, Czech Republic. Bioversity International, Rome, Italy. Pp. 14–19. 

Bratberg,  E.  and Vestrheim,  S.  (2004)  Sweet  cherries  in Norway.  In: Dille,  L.L.  (ed.), Nordic Gene Resources 2004. Nordic Council of Ministers, Copenhagen, 22–23. 

CABI (2005) Prunus avium. Forestry Compendium. CAB International, Wallingford, UK. 

Campbell,  C.S.,  Kellogg,  E.A.,  Stevens,  P.F.  and Donoghue, M.J.  (2002)  Plant  Systematics:  a Phylogenetic Approach (2nd ed.). Sinauer associates, Inc., Massachusetts, USA. 

Deryng,  D.,  Sacks, W.J.,  Barford,  C.C.  and  Ramankutty, N.  (2011)  Simulating  the  effects  of climate  and  agricultural  management  practices  on  global  crop  yield.  Global Biogeochemical Cycles, 25, GB2006, doi:10.1029/2009GB003765. 

Dias,  S.,  Dulloo,  M.E.  and  Arnaud,  E.  (2011)  The  role  of  EURISCO  in  promoting  use  of agricultural biodiversity. In: Maxted, N., Dulloo, M.E., Ford‐Lloyd, B.V., Frese, L., Iriondo, J.M. and  Pinheiro de Carvalho, M.A.A. (eds.) Agrobiodiversity Conservation: Securing the Diversity of Crop Wild Relatives and Landraces. CAB International, Wallingford. 

Diaz,  R.,  Zas,  R.  and  Fernandez‐Lopez,  J.  (2007)  Genetic  variation  of  Prunus  avium  in susceptibility to cherry  leaf spot (Blumeriella  jaapii)  in spatially heterogeneous  infected seed orchards. Annals of Forest Science 64, 21–30. 

Doney, D.L., Ford‐Lloyd, B.V., Frese, L. and Tan, A. (1995) Scientists worldwide rally to rescue the native beet of the Mediterranean. Diversity 11(1 and 2), 124–125. 

Dosba, F. and Zanetto, A.  (2004) The Prunus European Cooperative Programme  for Genetic Resources: a networking actitvity for the European Prunus Database and the challenge for European collections. Journal of Fruit and Ornamental Plant Research 12, 77–85. 

Drossou, A., Katsiotis, A., Leggett, J.M., Loukas, M. and Tsakas, S. (2004) Genome and species relationships  in genus Avena based on RAPD and AFLP molecular markers. Theoretical and Applied Genetics 109, 48–54. 

Duveiller,  E.,  Singh,  R.P.  and  Nicol,  J.M.  (2007)  The  challenges  of  maintaining  wheat productivity: pests, diseases, and potential epidemics. Euphytica 157, 417–430. 

Edh, K., Widen, B. and Ceplitis, A.  (2009) Molecular population genetics of  the SRK and SCR self‐incompability genes in the wild species Brassica cretica (Brassicaceae). Genetics 181, 985–995. 

EEA  (2011)  Data  and Maps  [web  document].  European  Environment  Agency.  Available  at:   http://www.eea.europa.eu/data‐and‐maps/ (accessed 10 March 2010). 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

37 

 

eFloras  (2003)  Flora  of  China  Vol.  9.  Rosaceae,  Subfam.  Prunoideae  [web  document]. http://www.efloras.org/florataxon.aspx?flora_id=2&taxon_id=20512  (accessed  24  June 2011). 

El Bahloul, Y., Van Cutsem, P. and Sadiki, M. (2009) Survey of wild Beta genetic resources. In: L. Frese and L. Maggioni (compilers), Report of a Working Group on Beta and World Beta Network, Third Joint Meeting, 8–11 March 2006, Puerto de  la Cruz, Tenerife, Spain. Pp. 105–106. 

Elzinga,  C.L.,  Salzer,  D.W.  and  Willoughby,  J.W.  (1998)  Measuring  and  Monitoring  Plant Populations.  BLM  Technical  Reference  1730–1.  Bureau  of  Land Management, Denver, Colorado. 

ESRI  (2009)  Overview.  What  is  GIS?  [web  document].  Environmental  Systems  Research Institute. http://www.esri.com/what‐is‐gis/index.html (accessed 24 June 2011). 

EURISCO Catalogue (2010) http://eurisco.ecpgr.org (accessed 08 July 2010) 

EURISCO Catalogue (2011) http://eurisco.ecpgr.org (accessed 01 February 2011) 

European Commission (2006) The European Sugar Sector. A long‐term competitive future. 

Faust, M. and Surányi D. (1997) Origin and dissemination of cherry. Horticultural Reviews 19, 263–317. 

FitzJohn, R.G., Armstrong, T.T., Newstrom‐Lloyd,  L.E., Wilton, A.D. and Cochrane, M.  (2007) Hybridization within  Brassica  and  allied  genera:  evaluation  of  potential  for  transgene escape. Euphytica 158, 209–230. 

Ford‐Lloyd, B.V., Maxted, N. and Kell, S.P. (2008) Establishing conservation priorities for crop wild relatives.  In: Maxted, N., Ford‐Lloyd, B.V., Kell, S.P., Iriondo, J., Dulloo, E. and Turok, J. (eds.), Crop Wild Relative Conservation and Use. CABI Publishing, Wallingford. Pp. 110–119.  

Ford‐Lloyd,  B.V.,  Maxted,  N.  and  Kell,  S.  (2009)  Prioritization  of  wild  Beta  species  for conservation:  the  PGR  Forum  experience.  In:  L.  Frese  and  L.  Maggioni  (compilers), Report of a Working Group on Beta and World Beta Network, Third Joint Meeting, 8–11 March 2006, Puerto de la Cruz, Tenerife, Spain. Pp. 27–30. 

Frese,  L.  (2000)  Expedition  in  den Kaukasus:  Sammelreise  zu  den Vorfahren  der  Zuckerrübe Forschungs Report 1. Pp. 13–17. 

Frese, L. (2010) Conservation and access to sugarbeet germplasm. Sugar Tech 12 (3/4), 207–219. 

Frese,  L.,  Desprez,  B.  and  Ziegler,  D.  (2001a)  Potential  of  genetic  resources  and  breeding strategies  for  base‐broadening  in  Beta.  In:  Cooper, H.D.,  Spillane,  C.  and Hodgkin,  T. (eds.), Broadening  the Genetic Base of Crop Production. FAO,  IBPRGI  jointly with CABI Publishing, Rome, Italy. Pp. 295–309. 

Frese, L., Akbarov, Z., Burenin, V.I., Arjmand, M.N. and Hajiev, V. (2001b) Plant exploration in the Talysch Mountains of Azerbaijan and  Iran. Plant Genetic Resources Newsletter 126, 21–26. 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

38 

Frese, L., Maggioni, L. and Lipman, E. (eds.) (2009) Report of the ECPGR Beta Working Group and World  Beta  Network.  Third  joint meeting  8–11 March  2006,  Puerto  de  la  Cruz, Tenerife, Spain. Bioversity International, Rome, Italy. 

Gavira, O.N.  (2006) Análisis de un  corredor  florístico  entre  los Parques Naturales  Sierra de Grazalema y Sierra de las Nieves (Cádiz y Málaga, España). Anales de Biología 28, 45–72. 

Geonetwork  (2011)  Dataset  Collections  [web  document]. http://www.fao.org/geonetwork/srv/en/main.home (accessed 11 August 2009). 

Glemin S., Petit C., Maurice S. and Mignot A. (2008) Consequences of low mate availability in the rare self‐incompatible species Brassica insularis. Conservation Biology 22, 216–221. 

Gomory,  D.  (2004)  Mutual  links  of  demographic  and  genetic  processes  in  a  wild  cherry population during the colonization. Biologia 59(4), 493–500. 

Google  (2009)  Google  Earth  [web  document].  http://earth.google.co.uk/  (accessed  10 February 2008). 

Graham,  C.  H.,  Ferrier,  S.,  Huettman,  F.,  Moritz,  C.  and  Peterson,  A.T.  (2004)  New developments  in museum‐based  informatics  and  application  in  biodiversity  analysis, Trends in Ecology and Evolution 19, 497–503. 

Harlan J. and de Wet J. (1971) Towards a rational classification of cultivated plants. Taxon 20, 509–517.  

Hedrick, U.P. (1915) The Cherries of New York. J.B. Lyon Company Albany, Albany, USA. 

Heywood,  V.H.  and  Dulloo,  E.  (2005)  In  Situ  Conservation  of Wild  Plant  Species:  a  Critical Global Review of Good Practices. IPGRI Technical Bulletin No. 11. 

Hijmans, R.J., Guarino, L., Cruz, M. and Rojas, E. (2001) Computer tools for spatial analysis of plant genetic resources data: 1. DIVA‐GIS. Plant Genetic Resources Newsletter 127, 15–19. 

Hijmans, R., Guarino,  L., Mathur, P.  and  Jarvis, A.  (2009) DIVA‐GIS: Geographic  Information System  for  Biodiversity  Research  [web  document].  http://www.diva‐gis.org/  (accessed 24 June 2011). 

Holtken,  A.M.  and  Gregorius,  H.R.  (2006)  Detecting  local  establishment  strategies  of  wild cherry (Prunus avium). BMC Ecology 6, 13. 

IPCC  (2007)  Fourth  Assessment  Report  Climate  Change  2007:  Synthesis  Report. Intergovernmental Panel on Climate Change, Geneva, Switzerland. 

Iriondo, J.M., Maxted, N. and Dulloo, M.E. (eds.) (2008) Conserving Plant Genetic Diversity  in Protected Areas. CABI Publishing, Wallingford, UK. Pp. 212.  

Iriondo, J.M., Maxted, N., Kell, S.P., Ford‐Lloyd, B., Lara‐Romero, C., Labokas, J. and Magos Brehm, J. (2011) Identifying quality standards for genetic reserve conservation of CWR. In: Maxted, N., Dulloo, M.E., Ford‐Lloyd, B.V., Frese, L., Iriondo, J.M. and  Pinheiro de Carvalho, M.A.A. (eds.) Agrobiodiversity Conservation: Securing the Diversity of Crop Wild Relatives and Landraces. CAB International, Wallingford, UK. 

Isermeyer, F., Gocht, A., Kleinhanß, W., Küpker, B., Offermann, F., Osterburg, B., Riedel J. and Sommer,  U.  (2005)  Vergleichende  Analyse  verschiedener  Vorschläge  zur  Reform  der 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

39 

Zuckermarktordnung.  Eine  Studie  im  Auftrag  des  Bundesministeriums  für Verbraucherschutz, Ernährung und Landwirtschaft. Braunschweig, im April 2005. 

Jain,  S.K.  (1975)  Genetic  reserves.  In:  Frankel,  O.H.  and  Hawkes,  J.G.  (eds.),  Crop  Genetic Resources  for Today and Tomorrow.  International Biological Programme 2, Cambridge University Press. Cambridge. Pp. 379–396. 

Jarvis, A., Lane, A. and Hijmans, R.J. (2008) The effect of climate change on crop wild relatives. Agriculture, Ecosystems and Environment 126(1–2), 13–23.  

Jones, P.D., Lister, D.H., Jaggard, K.W. and Pidgeon, J.D. (2003) Future climate change impact on the productivity of sugar beet  (Beta vulgaris L.)  in Europe. Climatic Change 58, 93–108. 

Kell, S.P., Knüpffer, H., Jury, S.L., Maxted, N., Ford‐Lloyd, B.V.  (2005) Catalogue of Crop Wild Relatives for Europe and the Mediterranean. Available online via the Crop Wild Relative Information  System  (CWRIS  –  http://www.pgrforum.org/cwris.htm)  and  on  CD‐ROM. University of Birmingham, UK. 

Kell,  S.P.,  Knüpffer,  H.,  Jury,  S.L.,  Ford‐Lloyd,  B.V.  and Maxted,  N.  (2008)  Crops  and  wild relatives of the Euro‐Mediterranean region: making and using a conservation catalogue. In: Maxted, N., Ford‐Lloyd, B.V., Kell, S.P., Iriondo, J., Dulloo, E. and Turok, J. (eds.) Crop Wild Relative Conservation and Use. CABI Publishing, Wallingford. Pp. 69–109. 

Kell,  S.P., Maxted,  N.  and  Bilz, M.  (2011)  European  crop  wild  relative  threat  assessment: knowledge  gained  and  lessons  learnt.  In: Maxted,  N.,  Dulloo, M.E.,  Ford‐Lloyd,  B.V., Frese,  L.,  Iriondo,  J.M.  and    Pinheiro  de  Carvalho,  M.A.A.  (eds.)  Agrobiodiversity Conservation:  Securing  the  Diversity  of  Crop  Wild  Relatives  and  Landraces.  CAB International, Wallingford, UK. 

Kleinschmit,  J.,  Stephan,  R.  and  Wagner,  I.  (2006)  Wild  fruit  trees  (Prunus  avium,  Malus sylvestris and Pyrus pyraster) genetic resources conservation strategy [web document]. http://www.bioversityinternational.org/Networks/Euforgen/networks/Scattered_Broadleaves/NHStrategies/WildFruitConsStrategy.htm (accessed 14 March 2008). 

Kobliha, J. (2002) Wild cherry (Prunus avium L.) breeding program aimed at the use of this tree in the Czech forestry. Journal of Forest Science 48(5), 202–218. 

Ladizinsky, G. (1988) Biological species and wild genetic resources  in Avena.  In: Mattsson, B. and  Lyhagen,  R.  (eds.),  Proceeding  of  the  3rd  International  Oat  Conference,  Lund, Sweden. Pp 76–86. 

Ladizinsky, G. (1998) A new species of Avena from Sicily, possibly the tetraploid progenitor of hexaploid oats. Genetic Resources and Crop Evolution 45, 263–269. 

Leggett, J.M. and Thomas, H. (1995) Oat evolution and cytogenetics. In: Welch, R.W. (ed.), The Oat Crop: Production and Utilization. Chapman and Hall, London. Pp.121–149. 

Letschert,  J.P.W.  (1993)  Beta  section  Beta:  biogeographical  patterns  of  variation  and taxonomy. 1–155. Wageningen Agricultural University Papers, 93–1. 

Li, X., Takahashi, T., Suzuki, N. and Kaiser, H.M. (2011) The impact of climate change on maize yields in the United States and China. Agricultural Systems 104, 348–353. 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

40 

Luck, J., Spackmand, M., Freemand, A. ,Trębicki, P., Griffiths, W., Finlay, K. and Chakraborty, S. (2011) Climate change and diseases of food crops. Plant Pathology 60, 113–121. 

Magos  Brehm,  J., Maxted,  N.,  Ford‐Lloyd,  B.V.  and Martins‐Loução, M.A.  (2008)  National inventories  of  crop wild  relatives  and wild  harvested  plants:  case‐study  for  Portugal. Genetic Resources and Crop Evolution 55, 779–796.  

Mariette,  S.,  Lefranc, M.,  Legrand,  P.,  Taneyhill,  D.,  Frascaria‐Lacoste,  N.  and Machon,  N. (1997)  Genetic  variability  in  wild  cherry  populations  in  France.  Effects  of  colonizing processes. Theoretical and Applied Genetics 94, 904–908. 

Mateo, R.G., Croat, T.B., Felicisimo, A.M. and Munoz, J. (2010) Profile or group discrimintaive techniques? Generating reliable species distribution models using pseudo‐absences and target‐group  absences  from natural history  collections. Diversity and Distributions  16, 94–94. 

Maxted, N. and Guarino, L. (2003) Planning plant genetic conservation. In: Smith, R.D., Dickie, J.B., Linington, S.H., Pritchard, H.W. and Probert, R.J. (eds.), Seed Conservation: turning science into practice. Royal Botanic Gardens, Kew. Pp. 37–78. 

Maxted, N. and Kell, S. (2009) Establishment of a Network for the In Situ Conservation of Crop Wild  Relatives:  Status  and  Needs.  Background  Study  Paper  No.  39.  Commission  on Genetic Resources  for Food and Agriculture. Food and Agriculture Organization of  the United Nations, Rome, Italy. 211 pp. 

Maxted, N., Hawkes, J.G., Ford‐Lloyd, B.V. and Williams, J.T. (1997a) A practical model for  in situ genetic conservation. In: Maxted, N., Ford‐Lloyd, B.V. and Hawkes, J.G. (eds.), Plant Genetic Conservation: the In Situ Approach. Chapman and Hall, London. Pp. 339–367. 

Maxted, N., Mabuza‐Dlamini, P., Moss, H., Padulosi, S.,  Jarvis, A. and Guarino,  L.  (2004) An Ecogeographic  Survey:  African  Vigna.    Systematic  and  Ecogeographic  Studies  of  Crop Genepools 10. IPGRI, Rome. Pp. 1–468. 

Maxted, N., Scholten, M.A., Codd, R. and Ford‐Lloyd, B.V. (2007) Creation and use of a national inventory of crop wild relatives. Biological Conservation 140, 142–159.  

Maxted,  N.,  Ford‐Lloyd,  B.V.,  Jury,  S.L.,  Kell,  S.P.  and  Scholten,  M.A.  (2006)  Towards  a definition of a crop wild relative. Biodiversity and Conservation 15(8), 2673–2685. 

Maxted, N., Ford‐Lloyd, B.V. and Kell, S.P. (2008a) Crop wild relatives: establishing the context. In: Maxted, N., Ford‐Lloyd, B.V., Kell, S.P., Iriondo, J., Dulloo, E. and Turok, J. (eds.), Crop Wild Relative Conservation and Use. CABI Publishing, Wallingford. Pp. 3–30. 

Maxted, N.,  Iriondo,  J., Dulloo, E., and Lane, A.  (2008b)  Introduction:  the  integration of PGR conservation with protected area management. In: Iriondo, J.M., Maxted, N. and Dulloo, E.  (eds.), Plant Genetic Population Management. CABI Publishing, Wallingford, UK. Pp. 1–22. 

Maxted, N., Iriondo, J.M., De Hond, L., Dulloo, E., Lefèvre, F., Asdal, Å., Kell, S.P. and Guarino, L.  (2008c) Genetic  reserve management.  In:  Iriondo,  J.M., Maxted, N.  and Dulloo,  E. (eds.),  Conserving  Plant  Genetic  Diversity  in  Protected  Areas.  CABI  Publishing, Wallingford, UK. Pp. 65–87. 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

41 

Maxted, N., Dulloo, E., Ford‐Lloyd, B.V., Iriondo, J. and Jarvis, A. (2008d) Genetic gap analysis: a  tool  for more effective  genetic  conservation  assessment. Diversity and Distributions 14, 1018–1030. 

Maxted, N., Kell, S. and Magos Brehm,  J.  (2011) Options  to promote  food  security: on‐farm management  and  in  situ  conservation  of  plant  genetic  resources  for  food  and agriculture. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome, Italy. 

Maxted, N., Kell. S.P., Magos Brehm, J. and Ford‐Lloyd, B.V. (in prep.) Systematic strategies for crop wild relative conservation.  

Namkoong, G., Boyle, T., Gregorius, H.‐R., Joly, H., Savolainen, O., Ratnam, W. and Young, A. (1996)  Testing  Criteria  and  Indicators  for  Assessing  the  Sustainability  of  Forest Management: Genetic Criteria and Indicators. CIFOR Working Paper No 10. 

Newbold, T. (2010) Applications and limitations of museum data for conservation and ecology, with particular attention to species distribution models. Progress in Physical Geography 34(1), 3–22. 

NGA  (2009)  OGC  Viewer  GNS  Search  [web  document].  National  Geospatial‐Intelligence Agency.  http://geonames.nga.mil/ggmaviewer/MainFrameSet.asp  (accessed  21  August 2009). 

NGDC  (2011)  Data  and  Information  [web  document].  National  Geophysical  Data  Centre. http://www.ngdc.noaa.gov/ (accessed 10 March 2009).  

NHM  (2007)  Seeds  of  Trade  [web  document].  Natural  History  Museum. http://www.nhm.ac.uk/jdsml/nature‐online/seeds‐of‐trade/ (accessed 10 August 2009). 

Nicoll,  F.J.  (1993) Genetic  improvement of  cherry  for  farm woodlands. Quarterly  Journal of Forestry 87, 187–194. 

Nikoloudakis, N. and Katsiotis, A. (2007) The origin of the C‐genome and cytoplasm of Avena polyploids. Theoretical and Applied Genetics 117, 273–281. 

Nikoloudakis,  N.,  Skaracis,  G.  and  Katsiotis,  A.  (2008)  Evolutionary  insights  inferred  by molecular  analysis  of  the  ITS1‐5.8S‐ITS2  and  IGS  Avena  sp.  sequences.  Molecular Phylogenetics and Evolution 46, 102–115. 

Noël, F., Maurice, S., Mignot, A., Glemin, S., Carbonell, D.,  Justy, F., Guyot,  I., Olivieri,  I. and Petit,  C.  (2010)  Interaction  of  climate,  demography  and  genetics:  a  ten‐year  study  of Brassica  insularis, a narrow endemic Mediterranean species. Conservation Genetics 11, 509–526. 

OECD (2006) Safety Assessment of Transgenic Organisms. OECD Consensus Documents Vol. 1. Organization  for  Economic  Co‐operation  and  Development,  OECD  Publishing,  Paris, France. 

Panella,  L.,  Fenwick,  A.L.,  Hellier,  B.,  Frese,  L.  and  Richards,  C.M.  (2010)  Genetic  diversity within and among occurrences of Beta nana. Proceedings of the 72nd IIRB Congress, 22–23/06/2010, Copenhagen, Denmark. 

Parra‐Quijano, M., Iriondo, J.M., Frese, L. and Torres, E. (2011) Spatial and ecogeographic approaches for selecting genetic reserves. In: Maxted, N., Dulloo, M.E., Ford‐Lloyd, B.V., Frese, L., Iriondo, J.M. and  Pinheiro de Carvalho, M.A.A. (eds.), Agrobiodiversity 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

42 

Conservation: Securing the Diversity of Crop Wild Relatives and Landraces. CAB International, Wallingford, UK. 

PFAF  (2008)  Prunus  avium  L.  [web  document].  Plants  For  A  Future http://www.pfaf.org/database/plants.php?Prunus+avium (accessed 20 October 2008). 

Phillips, S.J., Anderson, R.P. and Schapire, R.E. (2006) Maximum entropy modeling of species geographic distributions. Ecological Modelling 190, 231–259.  

R Development Core Team  (2010) The R Project  for  Statistical Computing  [web document]. http://www.r‐project.org/ (accessed 10 May 2010). 

Rackham, O.  (1980) Ancient Woodland:  its History, Vegetation and Uses  in England. Edward Arnold, London. 

Russell, K. (2003) EUFORGEN Technical Guidelines for Genetic Conservation and Use for Wild Cherry  (Prunus avium).  International Plant Genetics Resources  Institute, Rome,  Italy. 6 pp. 

Santi, F., Muranty, H., Dufour, J. and Paques, L.E. (1998) Genetic parameters and selection in a multisite wild cherry clonal test. Silvae Genetica 47, 2–3. 

Schneider,  A.  (2009)  GPS  Visualizer:  Do‐It‐Yourself  Mapping  [web  document]. http://www.gpsvisualizer.com/ (accessed 21 October 2009). 

Snogerup, S., Gustafsson, M. and von Bothmer, R. (1990) Brassica sect. Brassica (Brassicaceae) I. Taxonomy and variation. Willdenowia 19, 271–365. 

U, N. (1935) Genome analysis in Brassica with special reference to the experimental formation of B. napus and peculiar mode of fertilization. Japanese Journal of Botany 7, 389–452. 

Vaughan, S.P., Cottrell, J.E., Moodley, D.J., Connolly, T. and Russell, K. (2007) Distribution and fine‐scale  spatial‐genetic  structure  in  British wild  cherry  (Prunus  avium). Heredity  98, 274–283. 

Veteläinen, M., Helgadóttir, Á. and Weibull, J. (compilers) (2007) Climatic change and genetic resources in northern Europe. Report of a Workshop, 18–19 September 2006, Rovaniemi, Finland.  Bioversity  International,  Rome,  Italy. http://www.ecpgr.cgiar.org/publications/publication/issue/climatic_change_and_genetic_resources_in_northern_europe.html (accessed 09 May 2011). 

Villain,  S.  (2007) Histoire  evolutive  de  la  section  Beta. Mise  en  évidence  des  phénomènes d’hybridation et de spéciation au sein de la section dans le bassin méditerranéen. These pour obtenir le grade de docteur en sciences de l’Université de Lille 1. Spécialité: sciences de la vie. Présentée par Sarah Villain le 13 décembre 2007. 

Vivero, J.L., Hernandez‐Bermejo, J.E. and Prados Ligero, J. (2001) Conservation strategies and management guidelines  for wild Prunus genetic  resources  in Andalusia, Spain. Genetic Resources and Crop Evolution 48(5), 533–546.  

Warwick, S.U. and Sauder, C.A. (2005) Phylogeny of tribe Brassiceae (Brassicaceae) based on chloroplast  restriction  site  polymorphism  and  nuclear  ribosomal  internal  transcribed spaver and chloroplast trnL intron sequences. Canadian Journal of Botany 83, 467–483. 

Warwick, S.I., Francis, A. and Gugel, R.K. (2009) Guide to wild germplasm of Brassica and allied crops  (tribe  Brassicaceae,  Brassicaceae)  (3rd  edition). 

 

In situ conservation of crop wild relatives: a methodology for identifying priority genetic reserve sites 

43 

Http://www.brassica.info/info/publications/guide‐wild‐germplasm.php  (accessed  02 June 2011) 

Watkins,  R.  (1995)  Cherry,  plum,  peach,  apricot  and  almond.  In:  Smartt,  J.  and  Simmonds, N.W. (eds.), Evolution of Crop Plants (2nd ed.). Longman, London. Pp. 423–429. 

Webster,  A.D.  (1996)  The  taxonomic  classification  of  sweet  and  sour  cherries  and  a  brief history  of  their  cultivation.  In: Webster,  A.D.  and  Looney,  N.E.  (eds.),  Cherries:  Crop Physiology, Production and Uses. CAB International, Wallingford. Pp. 3–24. 

White, J. (1995) Forest and Woodland Trees in Britain. Oxford University Press, Oxford. 

Zanetto,  A.,  Maggioni,  L.,  Tobutt,  K.R.  and  Dosba,  F.  (2002)  Prunus  genetic  resources  in Europe: achievement and perspectives of a networking activity. Genetic Resources and Crop Evolution 49, 331–337.