Evidencias de la presencia de gametos no reducidos en

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE
Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2003
Resumen: B-030
Evidencias de la presencia de gametos no reducidos en poblaciones diploides
del complejo autopoliploide Turnera sidoides L. (Turneraceae).
Panseri, Andrea - Peralta, Sergio - Seijo, J. Guillermo - Solís Neffa, Viviana G.
Instituto de Botánica del Nordeste (IBONE) - Facultad de Cs. Agrarias - UNNE.
Sargento Cabral 2131 - (3400) Corrientes - Argentina.
Tel./Fax: +54 (03783) 427309 / 427131 - E-mail: [email protected]
Facultad de Cs. Exactas y Naturales y Agrimensura - UNNE.
Av. Libertad 5450 - (3400) Corrientes - Argentina.
ANTECEDENTES
Los estudios recientes tendientes a examinar el significado evolutivo de la poliploidía en las plantas estuvieron
centrados en los procesos involucrados en el origen de los poliploides y en las condiciones que favorecen su
establecimiento y persistencia (Thompson & Lumaret 1992). En este sentido, la poliploidización sexual, como resultado
de la fusión de gametos no reducidos, es considerada como uno de los principales mecanismos de origen de nuevos
poliploides (Harlan & De Wet 1975; De Wet 1980; Bretagnolle & Thompson 1995). Además, se ha sugerido que la
frecuencia de gametos no reducidos determinaría la tasa de formación y establecimiento de nuevos poliploides, así
como el tipo de poliploide que se origina (Fowler & Levin 1984; Levin 1983; Van Dijk et al. 1992; Bretagnole &
Thompson 1995; Ramsey & Schemske 1998). El análisis de la frecuencia de gametos no reducidos como indicador de
poliploidización sexual se ha realizado principalmente en especies cultivadas. Para tal fin, generalmente se ha utilizado
el análisis del rango de variación del tamaño del polen para la detección de gametos no reducidos, debido a que se ha
demostrado que, para una determinada especie, el tamaño del polen está correlacionado con el contenido de ADN
nuclear (Jones 1990; Negri et al. 1995; Ramsey & Schemske 1998). Sin embargo, no se cuenta con suficiente
información experimental que sustente la participación de este tipo de gametos en el origen de poliploides en
poblaciones naturales y, por lo tanto, tampoco del rol de la poliploidizacion sexual en dichas poblaciones.
Turnera sidoides representa uno de los ejemplos mejor documentados de autopoliploidía en poblaciones naturales y
constituye un modelo ideal para investigar los mecanismos y procesos involucrados en el origen y el establecimiento de
los poliploides. Se la encuentra en el sur de Bolivia y Paraguay, sur de Brasil y es muy frecuente en todo el Uruguay y
en la Argentina, donde alcanza los 39ºS (Arbo 1985). Incluye cinco subespecies con niveles de ploidía desde diploides
hasta octoploides (Fernández 1987; Solís Neffa & Fernández 2001), habiéndose sugerido que los citotipos poliploides
de este complejo se habrían originado por la unión de gametos no reducidos debido a la formación de núcleos de
restitución y a la presencia de granos de polen de gran tamaño (Solís Neffa 2000).
Como parte de los estudios que se llevan a cabo sobre la dinámica evolutiva de T. sidoides y a fin de analizar el papel de
los gametos no reducidos en el origen y el establecimiento de los citotipos poliploides del complejo, en este trabajo se
analiza la frecuencia de microsporas no reducidos en ocho poblaciones diploides pertenecientes a cuatro de las
subespecies. Además, como desde el punto de vista reproductivo esta especie se caracteriza por presentar heterostilia
dimorfa (Arbo 1985; Solís Neffa 2000), en la presente contribución también se analiza la frecuencia de gametos no
reducidos en las flores longistilas y brevistilas.
MATERIALES Y METODOS
Se analizaron plantas coleccionadas en ocho poblaciones naturales distribuidas en diferentes localidades del área de la
especie. Los ejemplares testigo se depositaron el Herbario del IBONE (CTES). Los números cromosómicos de dichas
poblaciones fueron determinados previamente como parte de los estudios que se llevan a cabo en este complejo (Solís
Neffa & Fernández 2001; Solís Neffa & Seijo inéd.). El material analizado se cita a continuación:
T. sidoides ssp. carnea (Cambess.) Arbo: Solís Neffa & Seijo 960, Argentina, Corrientes, Dept. Mercedes (S215).
T. sidoides ssp. holosericea (Urb.) Arbo: Solís Neffa et al. 554, Uruguay, Dept. Tacuarembó (S159).
T. sidoides ssp. integrifolia (Griseb.) Arbo. Solís Neffa s/n, Argentina, Corrientes, Dept. Concepción. (S224).
T. sidoides ssp. pinnatifida (Juss. ex Poir.) Arbo. Solís Neffa et al. 827, Argentina, Jujuy, Dept. Capital. (S182). Solís
Neffa et al. 839, Argentina, Salta, Dept. Capital (S187). Solís Neffa 505, Argentina, Salta, Dept. Rivadavia. (S118). Solís
Neffa et al. 500, Uruguay, Dept. Canelones (S56).
En cada localidad, las plantas fueron muestreadas al azar tratando de incluir ambos tipos florales (longistilas y
brevistilas). Las plantas fueron transportadas a Corrientes donde son cultivadas bajo invernáculo en el Instituto de
Botánica del Nordeste. Debido a que en muchas ocasiones las plantas fueron coleccionadas en estado vegetativo, en
algunas de las muestras cultivadas en invernáculo sólo estuvieron representados uno de los tipos florales.
La detección y el análisis de la frecuencia de gametos no reducidos se realizó mediante el análisis de la variación del
tamaño de los granos de polen y de las esporadas, a partir de muestras obtenidas de plantas creciendo en poblaciones
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naturales (S187, S188, S182) y de las cultivadas en el invernáculo (S215, S159, S224, S118 y S56). En ambos casos, se fijaron
racimos en etanol : ácido láctico (5:1) y se conservaron en etanol 70%.
El tamaño del polen fue medido en granos teñidos con carmín – glicerina 1:1. Los granos de polen de T. sidoides son
radioisométricos, isopolares, fosaperturados y 3-colporados (López 1987). En estudios previos (Solís Neffa 2000; Solís
Neffa & Seijo inéd.) y en el presente trabajo, se observaron granos irregulares con cuatro colporos en lugar de tres. A
fin de evitar la distorsión de los datos, el tamaño del polen fue medido solamente en los granos 3-colporados. Los
granos abortados o poco desarrollados tampoco fueron incluidos en la muestra. Las medidas fueron tomadas en un
microscopio óptico Wild M 20 con una magnificación de 400 ×. Para cada grano se estimó el índice Em (Van Campo
1957), que toma en cuenta la distancia entre el ángulo apertural y el punto medio del lado opuesto. Se midieron
aproximadamente 50 granos por antera en cada una de las cinco anteras de la flor (3-4 flores por planta y 5-10 plantas
por población). Los granos 3-colporados cuya medida era superior a +2SD del tamaño promedio de la población fueron
considerados “gigantes” de acuerdo con los criterios de Darlington (1965), Orjeda et al. (1990) y Ramsey & Schemske
(1998). A partir de las medidas obtenidas se calculó el promedio, el desvío estándar, el rango y la distribución del
tamaño del polen, así como el porcentaje de granos gigantes de cada población. A fin de detectar diferencias
significativas entre las poblaciones y subespecies se empleó el test no-paramétricico de Kruskall – Wallis, luego de
comprobar que la distribución de los datos (no transformados y transformados logarítmicamente) no era normal.
Además, a fin de detectar diferencias significativas para cada par de tipos florales / poblaciones/ subespecies, se empleó
el test de Mann - Whitney.
Con el objeto de comprobar que los granos gigantes representaban polen no reducido, se analizaron las esporadas ya
que en este estadio se puede determinar con precisión el número y tamaño de células que resultan de la división
meiótica y, de este modo, detectar microsporas no reducidas en las muestras. Se analizaron aproximadamente 300
esporadas teñidas con carmín glicerina en cada una de las cinco anteras de los botones florales (3-4 botones por planta y
5-10 plantas por población). Para cada población se estimó el porcentaje de polen gigante esperado a partir de los
porcentajes de tríadas, díadas y mónadas observados, y luego se compararó dicho valor con los porcentajes de granos
gigantes observados.
DISCUSION DE RESULTADOS
El análisis llevado a cabo en ocho poblaciones diploides mostró que el tamaño promedio de los granos de polen de T.
sidoides es de 44.54 µm (SD ±6.62) variando tanto dentro como entre las poblaciones. Entre poblaciones el tamaño del
polen varió desde 37.86 hasta 56.75 µm. Dentro de las poblaciones se observó que las mismas presentan dimorfismo en
el tamaño del polen viable en relación con los tipos florales, las flores longistilas poseen un tamaño promedio menor
que las brevistilas. La variación observada entre tipos florales concuerda con datos previos descriptos para T. sidoides
(Solís Neffa 2000; Solís Neffa & Seijo inéd) y para otras especies heterostilas de Turneraceae (Ornduff & Perry 1964;
Melhem et al. 1971; Barrett & Shore 1985; Arbo & Fernández 1983; Arbo 1995).
La distribución del tamaño del polen dentro de las poblaciones mostró diferentes patrones de variación: unimodal en
algunas poblaciones y bimodal en otras. Los porcentajes de granos gigantes (desde 0 a 6.25%) variaron tanto entre
poblaciones como entre individuos de una misma población, e inclusive entre anteras de una misma flor. Dichos granos
presentaron la misma forma que los normales, aunque también se observaron algunos granos esferoidales. Además,
dentro de cada población, los granos gigantes fueron observados en ambos tipos florales.
Del análisis de las esporadas surge que el 99,5% de las mismas fueron tétradas, el 0,43% tríadas y el 0,06% díadas.
Estos datos indicarían que se formarían gametos no reducidos 2n con una frecuencia del 0,25%. Además, la presencia
de mónadas, aunque en muy bajo porcentaje (0,01%) sugiere que también se formaría polen “jumbo” (4n). La
formación de microsporas no reducidas fue detectada tanto en las flores longistilas como en las brevistilas, variando
entre poblaciones el porcentaje de las mismas. La frecuencia de gametos no reducidos observada en estado de esporada
fue semejante a la frecuencia observada de polen gigante.
En diversas especies de plantas, se ha sugerido que la presencia de granos gigantes guarda estrecha relación con el
polen 2n (Orjeda et al. 1990; Veronesi et al. 1990; Maceira et al. 1992) y se ha utilizado frecuentemente como un
indicador de polen no reducido (ver revisión en Bretagnolle & Thompson, 1995). Considerando estos antecedentes, en
las poblaciones diploides de T sidoides los granos gigantes observados corresponderían a gametos no reducidos.
Diferentes razones sustentan esta hipótesis. La primera de ellas es que, comparando con el promedio de cada población,
el tamaño relativo de dichos granos esta comprendido entre los rangos propuestos por diversos autores como
característicos de gametos no reducidos (Darlington 1965; Orjeda et al. 1990; Ramsey & Schemske 1998). Segundo, la
distribución bimodal de los granos de polen observada en algunas poblaciones de T. sidoides es otra evidencia
importante empleada por diferentes investigadores para seleccionar altos productores de gametos no reducidos (Orjeda
et al. 1990; Ramsey & Schemske 1998). Tercero, el análisis de las esporadas mostró la presencia de tríadas, díadas y
mónadas indicando que se formarían gametos 2n y 4n.
La producción de gametos no reducidos ha sido relacionado con en el origen de los poliploides en plantas (Harlan & De
Wet 1975; De Wet 1980; Bretagnolle & Thompson 1995) y, también se ha sugerido que los mismos estarían
involucrados en el origen de los poliploides de Turnera (Fernández & Arbo 1990, 2000a y b; Fernández & Solís Neffa
en prensa). En este sentido, los resultados de este trabajo constituyen la primer evidencia de la formación de gametos no
reducidos en poblaciones diploides de T. sidoides y aportan datos adicionales que sustentan la hipótesis del origen de
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los citotipos poliploides del complejo T. sidoides mediante un mecanismo de poliploidización sexual. En cuanto al
origen de los autotetraploides por poliploidización sexual Harlan & De Wet (1975) consideran dos vias
posibles:unilateral o bilateral. En el caso de la poliploidización unilateral se formaría un citotipo triploide intermedio
(“hipótesis de triploide puente”), mientras que en el caso de la poliploidización bilateral directa, la formación de un
citotipo con número cromosómico impar no ocurriría. En este último caso es necesaria la formación de microsporas y
megasporas no reducidas. El hecho que en T. sidoides no se hayan encontrado hasta el momento poliploides impares
(Solís Neffa & Fernández 2001), sugiere que el mecanismo de poliploidización involucrado en la formación del
complejo es el sexual bilateral. Además, debido a que en esta especie los únicos cruzamientos viables son los legítimos
entre flores longistilas y brevistilas (Solís Neffa 2000), tanto las microsporas como megasporas no reducidas deberían
ocurrir en ambos tipos florales.
Los estudios citológicos de la microsporogénesis en curso en esta especie aportarán mayor información acerca del
origen del polen gigante así como de los mecanismos citológicos involucrados en la producción de dichos granos.
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