Unidad 8.- Técnicas de medición de variabilidad
- 1. UNIDAD 8 TÉCNICAS DE MEDICIÓN DE LA VARIABILIDAD GENÉTICA EN PLANTAS Objetivos: Determinar la presencia y estimar el grado de autocompatibilidad (sistema reproductivo) y de autogamia (sistema de apareamiento) en poblaciones naturales Determinar la variabilidad intra- e interpoblacional en especies USO DEL CONOCIMIENTO DEL SISTEMA REPRODUCTIVO Y DE APAREAMIENTO DE LAS PLANTAS EN PLANES DE CONSERVACIÓN DE LA BIODIVERSIDAD
- 2. CRUCES CONTROLADOS (Ruiz-Zapata & Arroyo 1978) 1) Autopolinización (AP): flores encerradas en estado de yema – una vez abiertas se polinizan manualmente con polen de la propia flor – se encierran hasta la formación (o no) de frutos 2) Polinización automática (PA): flores encerradas en estado de yema – se dejan hasta la formación (o no) de frutos 3) Polinización cruzada (PC): flores emasculadas en estado de yema y encerradas – una vez abiertas se polinizan con flores de otro individuo conespecífico – se encierran hasta la formación (o no) de frutos 4) Agamospermia (AG): flores emasculadas en estado de yema y encerradas – se dejan hasta la formación (o no) de frutos Número de frutos/flor Número de semillas/óvulo Índice de autoincompatibilidad = AP/FC Índice de autogamia = PA/FC IAI = 1 (autocompatible) IA = 1 (autogamia completa) 0 < IAI < 1 (autocompatibilidad parcial) 0 < IA < 1 (autogamia parcial) IAI = 0 (autoincompatible) IA = 0 (plantas autocompatibles que previenen mecánicamente la PA) Ventaja: Fácil y económico Desventajas: Estimadores pobres de la autogamia (o el entrecruzamiento) en condiciones naturales (sistemas mixtos de reproducción) Especies apomícticas que requieran pseudogamia
- 3. (Neel, M.C. 2002. Conservation implications of the reproductive ecology of Agalinis acuta (Scrophulariaceae). Amer. J. Bot. 89: 972-980) Potencial para la autofertilización antes y durante la antesis – producción de semillas después de cruces autógamos y entrecruzados Información indirecta sobre los patrones y el mantenimiento de la diversidad genética – riesgo de depresión por autofertilización – cambios en la abundancia y efectividad de los polnizadores conservación Especie autocompatible 97% de las flores autofertilizadas producen frutos (no requiere polinizadores para reproducirse) Producción de semillas en frutos autopolinizados < producción de semillas con polinización natural Autogamia tardía No tiene limitación de polen Alta reproducción (2400 semillas/planta) riesgo futuro debido a pérdida de diversidad genética o a pérdida de los polinizadores parece ser bajo
- 4. MARCADORES GENÉTICOS Gen específico o segmento de ADN relacionado con una característica determinada (fenotipo) que se transmite a la descendencia Morfológicos: genes de herencia simple que pueden ser fácilmente observados en generaciones sucesivas (fenotipo “externo”) (p.e. genes que codifican para la pigmentación de las flores) Bioquímicos: isoenzimas (fenotipo “interno”) (marcadores codominantes: pueden “medirse” los dos alelos – no están sujetos a fuerte presión de selección) RAPDs (Random Amplified Polymorphic DNA): amplificación de segmentos altamente polimórficos del ADN que pueden señalar diferencias entre poblaciones/individuos (marcadores dominantes) AFLP (Amplified Fragment Lenght Polymorphism): amplificación de fragmentos particulares - altamente variables y dominantes – debe conocerse la secuencia de iniciación (+ plantas) Microsatélites (secuencias cortas repetidas en tándem): alta diversidad alélica – herencia mendeliana simple – codominantes Citometría de flujo: propiedades ópticas de particulas simples (células o núcleos) marcadas con fluorescencia moviéndose en una corriente líquida a trav de un haz de luz – estimar el contenido és de ADN del núcleo o diferencias en las proporciones AT/GC
- 5. ANÁLISIS DE ISOENZIMAS (Nassar, J. et al. 2007. Reproductive biology and mating system estimates of two andean melocacti, Melocactus schatzlii and M. andinus (Cactaceae). Ann. Bot. 99: 29-38) Niveles de autocompatibilidad y de autopolinización aútónoma estimados por autopolinizacíones manuales Estimados del sistema de apareamiento a nivel de familia/poblacional con el uso de isoenzimas 10-13 semillas de 5-6 frutos maduros Germinación de las semillas plántulas material vegetativo 7 loci polimórficos en cada especie Ambas especies autocompatibles y capaces de autopolinización autónoma Tasa de entrecruzamiento poblacional: M. schatzlii > M. andinus Tasa de entrecruzamiento a nivel de familia: M. schatzlii > M. andinus M. schatzlii predominantemente entrecruzada – M. andinus tiene un sistema mixto M. andinus en peligro potencial: bajo tamaño poblacional – distribución restringida – bajas tasas de visitas florales – altos niveles de autogamia más estudios
- 6. RAPDs (Xena de Enrech, N. 2000. Una década de aplicación del método RAPD: alcances y límites en el estudio de relaciones genéticas en plantas. Acta Cien. Venez. 51: 197-206) Detección de la diversidad genética intra- e interpoblacional (intraespecífica) Gliricidia sepium (Leguminosae) (especie alógama): medición de la variación como pre- requisito para optimizar estrategias de muestreo y conservación – alta diversidad interpoblacional > diversidad interpoblacional conservación de más de una población Digitalis obscura (Plantaginaceae) (especie alógama): mayor variación entre individuos de una población (esperado en especies de fertilización cruzada) conservación de una población es adecuada Fragaria chiloense (Rosaceae): dos poblaciones norteamericanas y una suramericana – mayor diversidad genética en poblaciones norteamericanas germoplasma debe ser protegido y utilizado para mejorar cultivos Relaciones genéticas entre cultivares de inter cultivares y poblaciones naturales de és: tomate – cultivares de arroz de tierras altas (adaptados a sequía) y de tierras bajas (adaptados a humedad) Butomus umbellatus (Butomaceae) (clonal): diferencias polimórficas entre poblaciones 3 genotipos conocimiento esencial para establecer cruces entre ellas
- 7. AFLP (Krauss, S.L. 2000. Patterns of mating in Persoonia mollis (Proteceae) revealed by an analysis of paternity using AFLP: implications for conservation. Aust. J. Bot. 48: 349-356) Objetivo de la conservación mantenimiento de la diversidad genética y del potencial evolutivo de un taxon Sistema de apareamiento de una planta determinante de la variabilidad genética dentro de las poblaciones y de la diferenciación genética entre poblaciones AFLP permite la asignación exacta de la paternidad a la progenie 12 semillas de cada una de 21 plantas = 252 semillas analizadas 199 se les asignó la paternidad sin errores – 53 fueron producidas por parentales fuera de la población – 3 semillas presumiblemente autógamas (sólo alelos maternos) Tasa de entrecruzamiento = 98.8% - Ausencia de autofertilización Implicaciones para la conservación y manejo: Evitar la autofertilización en poblaciones nuevas y establecidas y en colecciones ex situ Detección de cambios en el apareamiento en poblaciones perturbadas declinación genética futura
- 8. MICROSATÉLITES (Ritland, K. & M. Leblanc. 2004. Mating system of four inbreeding monkeyflower ( Mimulus) species revealed using “progeny-pair” analysis of highly informative microsatellite markers. Pl. Spec. Biol. 19: 149-157) M. nasutus, M. micranthus, M. nudatus, M. laciniatus Síndrome floral para autopolinización/autofertilización – anuales 9 loci de microsat élites Autogamia desde 64% hasta 92% entre los taxa 2 de las especies presentan variación en el nivel de autogamia entre los individuos y la tendencia a compartir el parental paterno
- 9. CITOMETRÍA DE FLUJO (Kron, P. et al. 2007. Applications of flow cytometry to evolutionary and population biology. Ann. Rev. Ecol. Evol. Syst. 38: 847-876) Determinación de la proporción de sexos en individuos en fase no reproductiva diferencias en el contenido de ADN entre los cromosomas sexuales (cromosomas sexuales heteromórficos) Determinación de la reproducción asexual en plantas monitoreo de semillas por citometría de flujo (FCSS = flow cytometry seed screening) mide las diferencias en ploidía entre los embriones y el endosperma Reconocimiento de sistemas híbridos determinación de contenido intermedio de ADN importante para estudios de conservación estableciendo zonas de solapamiento de especies