Diversidad y estructura Genetica en poblaciones

Diversidad y estructura genética en poblaciones
Explicada con poblaciones de: Caesalpinia echinata (Lam.) Spreng.
Pernambuk, Pau Brasil
Zhofre Aguirre Mendoza
Existe interés en la conservación y repoblación de esta especie (especie
emblemática), debido a aspectos culturales y uso en la fabricación de
instrumentos de cuerdas, violín (Carvalho, 1994; Rondon et al, 2003).
Para la estrategia de
conservación de una especie
es importante contar con
información sobre: diversidad
y estructura genética de las
poblaciones de los
remanentes (fragmentos),
porque las pocas reservas
existentes son áreas limitadas
y número pequeño de
individuos.
De acuerdo con Melo et al. (2003), esta
condición no es favorable para el
mantenimiento de la variabilidad de las
especies, ya que son alógamas,
autógamas o de reproducción asexual.
La conservación de una especie y su uso en el mejoramiento depende
de la conservación máxima de la cantidad de germoplasma, por lo que
la evaluación de recursos genéticos disponibles es esencial (Brown y
Moran, 1981, Moran y Hopper, 1987).
En la evaluación de recursos genéticos se debe hacer hincapié en la
cantidad y distribución de la variabilidad genética entre y dentro de las
poblaciones, así como entre las especies (Hamrick, 1983).
¿Qué es el ADN? ácido desoxirribonucleico
El ADN es la sustancia química donde se almacenan las instrucciones que dirigen el
desarrollo de un huevo hasta formar un organismo adulto, que mantienen su
funcionamiento y que permite la herencia. Es una molécula de longitud gigantesca,
que está formada por agregación de tres tipos de sustancias: azúcares, llamados
desoxirribosas, el ácido fosfórico, y bases nitrogenadas de cuatro tipos, la adenina, la
guanina, la timina y la citosina.
Los azúcares y los ácidos fosfóricos se unen lineal y alternativamente, formando dos
largas cadenas que se enrollan en hélice. Las bases nitrogenadas se encuentran en el
interior de esta doble hélice y forman una estructura similar a los peldaños de una
escalera. Se unen a las cadenas mediante un enlace con los azúcares. Cada peldaño
está formado por la unión de dos bases, formando los pares de bases anteriormente
mencionados; pero estos emparejamientos sólo pueden darse entre la adenina y la
timina o entre la citosina y la guanina. Las secuencias - el orden en que se van
poniendo- que forman adenina, timina, citosina y guanina a lo largo de la cadena de
ADN es lo que determina las instrucciones biológicas que contiene.
Constituye el material genético de las células.
Que son los genes?
Un gen es una secuencia ordenada de nucleótidos en la molécula de ADN
(o ARN en el caso de algunos virus), que contiene la información
necesaria para la síntesis de una macromolécula con función celular
específica, normalmente proteínas.
Esta función puede estar vinculada al desarrollo o funcionamiento de una
función fisiológica. El gen es considerado como la unidad de
almacenamiento de información genética y unidad de herencia al
transmitir esa información a la descendencia. Los genes se disponen,
pues, a lo largo de ambas cromátidas de los cromosomas ocupando en el
cromosoma una posición determinada llamada locus. El conjunto de
genes de una especie, y por tanto de los cromosomas que los componen,
se denomina genoma.
Población
Es un conjunto de individuos de la misma especie que viven en un
lugar geográfico determinado (nicho ecológico) y que real o
potencialmente son capaces de cruzarse entre sí, compartiendo un
acervo común de genes (“pool” génico).
Genética de Poblaciones, estudia:
- La constitución genética de los individuos que componen las
poblaciones (frecuencias génicas y genotípicas).
- La transmisión de los genes de una generación a la siguiente
(gametos=nexos de unión entre una generación y la siguiente).
DIVERSIDAD GENÉTICA
Es el número total de características
genéticas dentro de cada especie. Esta
diversidad se reduce cuando hay
“cuellos de botella”, es decir, cuando
una población disminuye
substancialmente y quedan pocos
individuos.
Mayor diversidad genética, las especies
tienen mayores probabilidades de
sobrevivir a cambios en el ambiente.
Las especies con poca diversidad
genética tienen mayor riesgo frente a
esos cambios.
En general, cuando el tamaño de las
Ej. La población de alrededor de 100
poblaciones se reduce, aumenta la
cóndores Vultus crispus de los andes
reproducción entre organismos
del Ecuador, desciende de
emparentados (consanguinidad) y hay
aproximadamente de 25 sobrevivientes una reducción de la diversidad
de la cacería furtiva. La pérdida de
genética.
diversidad genética de los cóndores del
Ecuador ha resultado en problemas
La diversidad genética se puede medir
reproductivos y de sobrevivencia.
utilizando: la diversidad de genes, la
heterocigocidad, el número de alelos
por locus.
VARIABILIDAD GENÉTICA
Es una medida de la tendencia de los genotipos de una
población a diferenciarse. Los individuos de una misma especie
no son idénticos. Si bien, son reconocibles como pertenecientes
a la misma especie, existen muchas diferencias en su forma,
función y comportamiento. En cada una de las características
que se pueda nombrar de un organismo existirán variaciones
dentro de la especie.
Por ejemplo, la paja toquilla de Manabí son plantas pequeñas
de 2 m en promedio y las plantas del oriente miden hasta 3,5 m
y sin embargo son la misma especie Carludovica palmata.
ESTRUCTURA GENÉTICA
Cantidad y distribución de la variación genética dentro y entre
poblaciones de una especie.
La estructura genética de una población concreta viene
determinada por la historia evolutiva de esa población y va a
ser consecuencia de las interacciones entre los 5 factores que
condicionan la evolución de las poblaciones: mutación, deriva
genética, flujo génico, sistema de reproducción y selección
natural.
Fuerzas evolutivas de las especies
Selección Natural
Deriva Genética
El movimiento de genes de
Reducción, perdida drástica
Transferencia diferencial de una población
de alelos por reducción de la
alelos que permite la eficacia Llegan alelos nuevos, se
población.
fijan, se combinan
reproductiva de una
Cuando la frecuencia alélica
generando nuevos genotipos es cercana a uno, existe
población.
y serán heterocigotos,
menos variabilidad de la
entonces aumenta la
especie. Reducción del
diversidad porque se
número de individuos:
incorpora variación a la
efecto cuello de botella.
población
Flujo genético
Mutación y Recombinación Sistemas de Reproducción
Movimiento e Incorporación
de alelos en una población.
Se da cuando se reproduce y
hay replicaciones del ADN,
meiosis aquí se derivan e
intercambia el ADN en la
células reproductoras.
Migración
Las proteínas a través de las
enzimas separan y van
organizando los nucleótidos y
en este proceso existe
equivocación en la unión y se
dan las mutaciones.
Las mutaciones dañan la
descendencia.
Sexual, asexual, hagamica.
Influye la diversidad genética
Plasticidad fenotípica
Endogamia
Características morfológicas
diferentes, pero del mismo
genotipo.
Se refiere al cruzamiento entre
individuos de una misma raza
dentro de una población aislada,
tanto geográfica, como
genéticamente, que lleva
paulatinamente a la
consanguinidad.
Fecundación entre individuos de
la misma especie
Ejemplo individuos de una misma
especie que vive en rocas, una
crece en zonas secas y debe
adquirir características que le
permitan superar esas
condiciones ambientales.
La medida que, probablemente, es más útil para estimar la diversidad
genética dentro de una población es la heterocigosidad (H), que se
define como el porcentaje promedio de loci heterocigóticos por
individuo (o de manera equivalente, el porcentaje medio de
individuos heterocigóticos por locus).
Mejoramiento Genético
Es el arte y la ciencia de incrementar el rendimiento o la
productividad, la resistencia a agentes abióticos y bióticos
adversos, la belleza, la calidad o el rango de adaptación
de las especies animales y vegetales por medio de los
cambios en el genotipo (la constitución genética) de los
individuos.
Está basada en las leyes de la herencia, la genética
cuantitativa y la genética de poblaciones.
Fragmentación
Tamaño del fragmento
Forma del fragmento
Distancia entre
fragmentos
Matriz adyacente del
fragmento
Perímetro del fragmento
Efecto de Borde
- Gradientes ambientales
- Gradientes biológicas
Conectividad e intercambio
genético de los individuos de las
poblaciones.
Uso del suelo alrededor de
los parches
Principales Causas Extinción
1. Reducción de la población
< Flujo genético
< variabilidad genética
2. Aislamiento
Provoca: Endogamia—> consanguinidad: deriva
genética
Categorías de conservación de la
IUCN:
- Considera tamaño poblacional
- Deriva genética
METODOLOGÍA
Poblaciones:
Mata do Tapacura (CAM)
Mata de Toro (TOR)
Reforestación (REF).
Poblaciones en bosques exuberante y
protegidos, en una matriz de monocultivos
intensivos de caña de azúcar en los alrededores
de la estación. Efecto de borde!!!
Los dos remanentes naturales: CAM y TOR,
separados entre sí por 6 km.
La población REF se encuentra a 1 km de la
población CAM y, las semillas que dieron origen
a REF se recogieron de la población CAM.
CONECTIVIDAD !!!
Muestreo
El muestreo de las poblaciones se realizó al azar en árboles jóvenes y
adultos, diámetro a 1,30 superior a 2,50 cm.
Se muestrearon tejidos de hojas de 20 individuos de cada población,
con un total de 60 muestras.
Entre las técnicas disponibles para determinar los patrones de la
variabilidad genética, mediante marcadores bioquímicos,
sobresale la electroforesis de isoenzimas.
Las isoenzimas han sido utilizadas con éxito para caracterizar la
diversidad genética, el sistema de cruzamiento y la tasa de
endogamia (consanguinidad) en poblaciones de diferentes
especies (Hamrick y Loveles, 1986; O'Maley y Bawa, 1987).
Electroforesis de isoenzimas
Para la extracción de enzimas se utilizaron 0,5 g de tejido de la
hoja para 1,5 ml de solución extractora (Alfenas et al., 1991).
La solución extraída fue absorbida en papel filtro, aplicados en
gel, después se inicio la electroforesis. El medio de cultivo fue
almidón maíz (penetrose 30) 13 %.
Análisis de los datos
La interpretación de zimogramas permitió determinar:
-
Frecuencias alélicas
Heterocigosidad observada
Diversidad genética esperada no sesgada
Número promedio de alelos por locus, porcentaje de locus
polimórficos a 95 % de probabilidad (P)
- Índice de fijación de Wright (f^).
- Divergencia genética entre las poblaciones.
Para estas estimaciones fue empleado el programa Biosys 1
(Swofford y Selander, 1989). Con los datos estimados programa
Biosys 1, se hiso una matriz de distancias/similitudes genética, de
acuerdo con Nei (1978).
RESULTADOS
Guilandina echinata (Lam.) Spreng.
1. Frecuencias alélicas
Las frecuencias alélicas variaron desde una completa fijación (1), caso del
alelo A del sistema Got en las poblaciones REF y TOR de frecuencias muy
bajas (0,05) como para alelos B del sistema Po-1 de las poblaciones TOR
2. Índices de diversidad
El número de alelos por locus promedio fue
alto, oscilando entre 2,0 a 2,6 entre las tres
poblaciones.
El porcentaje de locus polimórficos fue
elevado de 83,3 %, demuestra un alto
polimorfismo isoenzimático para C. echinata.
3. Heterocigosidad
CAM > heterocigosidad (0,475) > Diversidad genética
REF heterocigosidad (0,15): homocigosis
Los índices observados en TOR pueden ser
atribuidos a la aparición de la deriva
genética, debido a la reducción aleatoria
del tamaño de la población, asociado al
aumento del parentesco de la misma.
4. Índices de fijación alélica
Bajo para CAM (- 0,015)
Alto para TOR (0,416)
Muy alto para REF (0,746)
5. Divergencia Genética
La > diversidad genética se encuentra dentro de las poblaciones (0,788),
aunque hubo una gran variación entre las poblaciones (FST = 0,212).
Estos índices muestran que las poblaciones pueden estar aisladas.
6. Similitud entre las poblaciones
CAM y REF son más parecidas (0,858). Este valor está de acuerdo con la historia
de las dos poblaciones, CAM esta cerca de la sede de la EET, fue utilizada para
recolectar semillas para la producción de los árboles, que dieron origen a REF.
CAM y TOR (0,75) de similitud, puede ser considerado bajo,
tratándose de poblaciones de una misma especie. Por lo tanto,
la distancia genética de 0,25 entre las dos poblaciones muestra
la necesidad de conservación de ambas, ya que presentan
grandes diferencias en las frecuencias alélicas.
Altos niveles de diversidad genética son esperados en
especies de amplia distribución geográfica y alta diversidad
poblacional como C. echinata. Por lo tanto, la amplia
distribución geográfica de la especie explica los altos niveles
de la diversidad genética observados.
CONCLUSIONES
Existen altos niveles de variabilidad genética en las poblaciones
naturales (CAM y TOR) y en la población de reforestación (REF).
Las tres poblaciones de C. echinata (CAM, TOR y REF), existentes
en la EET tienen potencial para recolectar semillas para la
producción de plántulas, pero REF es menos indicada por
presentar mayor tasa de homocigosis.
Para representar la variabilidad de las poblaciones en el
programa de producción de plántulas, las semillas deben
colectarse en las dos poblaciones naturales, ya que no hay
divergencia genética alta entre ellas (28 %).
La alta divergencia entre las dos poblaciones naturales
sugiere que las dos han pasado por efecto de la deriva
genética, ya sea por fundición o unión y/o por el efecto de
cuello de botella. Tales eventos pueden haber llevado a la
estructura genética observada.
Es una METAPOBLACIÓN ?
Poblaciones pequeñas de una especie que están
distribuidas en diferentes parches aislados, que
tienen poco intercambio genético y están en riesgo
de extinguirse.
GRACIAS
“Están dentro de ti y dentro de mí; ellos
nos crearon, cuerpo y mente; y su
preservación es la última razón de
nuestras existencia. Esos replicadores han
recorrido un largo camino. Ahora se
conocen con el nombre de genes y
nosotros somos sus máquinas de
sobrevivencia” Richard Dawkins (1941“El Gen Egoísta”, 1976