Diversidad y estructura genética en poblaciones
Explicada con poblaciones de: Caesalpinia echinata (Lam.) Spreng.
Pernambuk, Pau Brasil
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,
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).
¿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.
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.
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).
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.
Ej. La población de alrededor de 100 cóndores Vultus crispus de los andes del Ecuador, desciende de
aproximadamente de 25 sobrevivientes de la cacería furtiva. La pérdida de
diversidad genética de los cóndores del Ecuador ha resultado en problemas reproductivos y de sobrevivencia.
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 poblaciones se reduce, aumenta la reproducción entre organismos
emparentados (consanguinidad) y hay una reducción de la diversidad
genética.
La diversidad genética se puede medir 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
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
Transferencia diferencial de alelos que permite la eficacia reproductiva de una
población.
Migración
El movimiento de genes de una población
Llegan alelos nuevos, se fijan, se combinan
generando nuevos genotipos y serán heterocigotos,
entonces aumenta la diversidad porque se incorpora variación a la población
Deriva Genética
Reducción, perdida drástica de alelos por reducción de la población.
Cuando la frecuencia alélica es cercana a uno, existe menos variabilidad de la especie. Reducción del número de individuos: efecto cuello de botella.
Flujo genético
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.
Mutación y Recombinación
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.
Sistemas de Reproducción
Plasticidad fenotípica
Características morfológicas diferentes, pero del mismo
genotipo.
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.
Endogamia
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
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
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.
Tamaño del fragmento Forma del fragmento
Perímetro del fragmento Efecto de Borde
- Gradientes ambientales - Gradientes biológicas
Distancia entre fragmentos
Fragmentación
Conectividad e intercambio
genético de los individuos de las poblaciones.
Matriz adyacente del
fragmento Uso del suelo alrededor de
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:
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.
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
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).
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
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
3. Heterocigosidad
CAM > heterocigosidad (0,475) > Diversidad genética REF heterocigosidad (0,15): homocigosis
4. Índices de fijación alélica
Bajo para CAM (- 0,015) Alto para TOR (0,416) Muy alto para REF (0,746) Los índices observados en TOR pueden ser
atribuidos a la aparición de la deriva
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).
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
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
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.
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
Es una METAPOBLACIÓN ?
Poblaciones pequeñas de una especie que están
distribuidas en diferentes parches aislados, que
GRACIAS
“Están dentro de ti y dentro de mí; ellos nos crearon, cuerpo y mente; y su preservación es la última razón denuestras existencia. Esos replicadores han recorrido un largo camino. Ahora se
conocen con el nombre de genes y nosotros somos sus máquinas de