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

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

(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

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 través de un haz de luz – estimar el contenido

de ADN del núcleo o diferencias en las proporciones AT/GC

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

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 interés: cultivares y poblaciones naturales de 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

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

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 microsatélites

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

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