Estructura poblacional del cerezo (Fouquieria columnaris) basada en el enfoque bayesiano del programa STRUCTURE. UICN Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza).
INTRODUCCIÓN
A través de una inspección reducida del genoma, se propuso conocer la diversidad y estructura de las especies que permitiría detectar eventos como cuellos de botella históricos, endogamia y conexiones. La información reportada sobre las poblaciones de cirio y los linajes filogeográficos contribuirá y apoyará las estrategias para gestionar y conservar la diversidad de especies en la vida silvestre.
ANTECEDENTES
- Marcadores genéticos en plantas
- Región de estudio
- Filogeografía del noroeste mexicano en plantas
- Unidades de conservación
- Incongruencias citonucleares
- Modelos de distribución de especies
- Modelos de circulación global
- Especie de estudio
- Estudios genéticos en Fouquieria columnaris
Por otro lado, otras especies de plantas, como Euphorbia lomelii (Garrick et al., 2009), P. Además, estos marcadores se heredan la mayor parte de las veces, de forma matrilineal (Greiner et al., 2014).
JUSTIFICACIÓN
Importancia científica
Importancia con fines de conservación
Además, la sólida información presentada, junto con estudios previos, ayudará a definir el estado de conservación de la especie y fundamentar su estado de conservación en la Lista Roja de Especies Amenazadas de la UICN.
HIPÓTESIS
OBJETIVOS
Objetivo General
Objetivos particulares
MATERIAL Y MÉTODOS
- Filogeografía de Fouquieria columnaris
- Descripción del muestreo
- Extracción de ADN, selección y amplificación de secuencias de ADNcp
- Detección de barreras y tiempos de divergencia
- Historia demográfica
- Análisis genético poblacional basado en SNPs neutrales para Fouquieria columnaris
- Diseño del muestreo
- Construcción de librerías, llamado y filtrado de polimorfismos de un solo nucleótido 32
- Diversidad genética a partir de loci neutrales
- Análisis de agrupamiento
- Patrones espaciales de estructura
- Clasificación jerárquica de la diversidad genética
- Conectividad genética
- Congruencia entre matrices de distancias genéticas
- Modelado de nicho ecológico actual y al pasado de Fouquieria columnaris
- Registros de presencia-ausencia
- Variables predictivas y modelos de circulación global
- Modelación de la distribución potencial actual y proyecciones al pasado
- Modelado de nicho ecológico actual y futuro de las poblaciones genéticas de Fouquieria
- Registros de presencia-ausencia poblacional
- Variables predictivas y modelos de circulación global
- Modelación de la distribución potencial actual y futuro a nivel de poblaciones
- Amplitud y similitud de nicho
La alineación de secuencia se realizó utilizando el algoritmo MUSCLE en el programa MEGA 6 (Tamura et al., 2013). Para este análisis se utilizó el programa BARRIER v.2.2 (Manni et al., 2004), basado en las distancias genéticas Fst obtenidas por Martínez-Noguez (2017). La secuenciación reducida del genoma del cirio se desarrolló mediante el método 3RADseq (Bayona-Vásquez et al., 2019).
El primero se realizó a partir de un Análisis de Componentes Principales utilizando el paquete informático PCAdapt (Luu et al., 2017). La riqueza alélica rara (Ar), la heterocigosidad observada (Ho) y el coeficiente de consanguinidad (FIS) se calcularon utilizando 'basicStats' en el paquete de diversidad R (Keenan et al., 2013). El programa se ejecutó de forma jerárquica, lo que permitió la identificación de supuestas poblaciones ocultas dentro de los grupos derivados (Pritchard et al., 2000).
El análisis se realizó en el paquete informático Ape 3.0 (Paradis et al., 2004) y se realizó con 100.000 permutaciones para la prueba de significancia.
RESULTADOS
Filogeografía de Fouquieria columnaris
- Detección de barreras y tiempos de divergencia
- Reconstrucción de la historia demográfica a partir del ADNcp
Las líneas azules muestran las teselaciones de Voronoi, la zona hipotética de los sitios de muestreo. Tiempos de divergencia expresados en millones de años para cirio (Fouquieria columnaris), basados en el fragmento concatenado de los espaciadores intergénicos psbJ-petA y ndhF-rpl32. Los puntos de calibración se mostraron en rojo en los sitios de unión de la reconstrucción filogenética, el número romano adyacente indica el nombre de la calibración: I.
Las barras azules muestran intervalos de confianza del 95 % para las estimaciones de la edad de los nodos. Para el análisis individual de las cuatro líneas coalescentes bayesianas de Skyline, también se aprecia el aumento en el tamaño efectivo de la población durante los últimos ~50.000 años hasta el presente (Fig. 11). En el Apéndice D se muestran las estimaciones de la distribución posterior de los parámetros demográficos de los cuatro sexos que surgen del análisis ABC para el mejor escenario.
Prueba de escenarios hipotéticos para la vela japonesa (Fouquieria columnaris) utilizando un enfoque de simulación ABC.
Análisis genético poblacional basado en SNPs neutrales para Fouquieria columnaris
- Llamado, filtrado de polimorfismo de un solo nucleótido y de loci atípicos
- Diversidad genética a partir de loci neutrales
- Análisis de agrupamiento
- Patrones espaciales de estructura y conectividad de las poblaciones
- Clasificación jerárquica de la diversidad genética
- Conectividad genética
El análisis de ESTRUCTURA revela una subestructura adicional con K = 4, que muestra niveles significativos de mezcla genética entre localidades (Fig. 15), donde la región norte de distribución de la especie consta de dos grupos, uno de los cuales es la localidad norte. de Cataviña y Bahía de los Ángeles y el otro formado únicamente por el pueblo de Sierra Bacha en Sonora. El valor D de Jost pareado fue estadísticamente significativo luego de la corrección de FDR y las localidades que presentaron mayor diferenciación genética entre sí fueron Norte de Cataviña y Tres Vírgenes con un valor D = 0.035 y Sierra Bacha y Tres Vírgenes, con un D = 0.028. La agrupación jerárquica confirmó lo concluido en análisis anteriores, donde se reconocieron cuatro poblaciones diferentes: una población del norte peninsular conformada por las zonas de Norte de Cataviña y Bahía de los Ángeles, una población central de la península conformada por las localidades del Norte de Rosarito, Piedras Blancas y Sierra de San Francisco, y los pueblos de Tres Vírgenes, esta es la región más austral de la Península y finalmente una cuarta población compuesta por Sierra Bacha en el estado de Sonora (Fig. 16).
Por otro lado, la Población Norte Península (Norte de Cataviña y Bahía de Los Ángeles, SH=0.009) y la Población Central de la Península (Norte de Rosarito, Piedras Blancas y Sierra de San Francisco, SH=0.004) son las más cercanas en la red y por lo tanto su contribución a la diversidad genética futura es menor (Apéndice N). El análisis de la EEMS mostró claros signos de conectividad y migración entre la localidad de Sierra Bacha y la población del Norte Península. Por otro lado, el análisis de DivMigrate detectó valores elevados de flujo genético desde Sierra Bacha hacia la población Norte y Centro de la península (Fig. 18B).
Finalmente, una prueba de la importancia del flujo genético asimétrico entre localidades mostró un flujo genético estadísticamente significativo solo para la población de Sierra Bacha versus la de la Península Norte (Fig. 18B y Apéndice O).
Congruencia entre matrices de distancias genéticas
Log(m) es el valor escalado de la migración efectiva, donde cero indica la migración efectiva promedio, el área marcada en rojo indica el área de una posible barrera al flujo de genes. SB: Sierra Bacha, NC: Norte de Cataviña, BA: Bahía de los Ángeles, NR: Norte de Rosarito, PB: Piedras Blancas, SSF: Sierra de San Francisco y TV: Tres Vírgenes. Biodiversidad y Conservación”, bajo el título “Uso de la diversidad del genoma y la estructura poblacional para definir unidades de manejo en el cirio (Fouquieria columnaris), un árbol emblemático del desierto de Sonora”, el cual fue aceptado para publicación el 14 de mayo de 2023.
Modelado de nicho ecológico actual y al pasado de Fouquieria columnaris
- Registros de presencia-ausencia
- Variables predictivas y modelos de circulación global
- Modelación de la distribución potencial actual y proyecciones al pasado
Por otro lado, la proyección CCSM4 en la UMG mostró una posible distribución de la especie en el sur y alrededor del Golfo de California (Figura 19). Probabilidad de presencia y cambios en la idoneidad del hábitat para Fouquieria columnaris en los escenarios del Último Máximo Glacial (LMG) y del Holoceno medio de los modelos de circulación global CCSM4 y MIROC-ESM. Se muestra un gradiente de color para indicar la probabilidad de que una especie esté presente.
Modelación de la distribución potencial actual y proyecciones al futuro de las poblaciones
- Registro de presencia-ausencia poblacional
- Variables predictivas y modelos de circulación global
- Modelos de distribución potencial actual y futuro a nivel poblacional
- Amplitud y similitud de nicho
El modelo con mejor desempeño para las poblaciones norte y centro fue CTA, para Sierra Bacha fue el modelo GBM y para Tres Vírgenes fue el modelo GLM. Las mismas variables resultaron ser las más informativas para la población de Tres Vírgenes con un 35,2%. Para la población central las dos variables más informativas fueron BIO9 y BIO19 con un aporte del 42,7% y 25,6%, respectivamente.
En este eje, la población central mostró una mayor amplitud de nicho, gracias a las puntas de San Francisco de la Sierra que se superpusieron climáticamente con las temperaturas del complejo volcánico Tres Vírgenes. La población de Sierra Bach en este eje también mostró una ocupación del ancho del nicho climático diferente a las demás. En el caso de la población centro también presentó un grado de similitud con Tres Vírgenes I = 0.31 y D = 0.17, mientras que comparando Tres Vírgenes con la población norte los valores de similitud fueron cero.
Para la población de Sierra Bacha, los valores de ambos índices y en todas las comparaciones pareadas fueron valores cero, reflejando las diferencias de nicho climático de esta población con el resto, por lo que se rechaza la hipótesis de conservadurismo del nicho ecológico en F.
DISCUSIÓN
- Filogeografía de Fouquieria columnaris
- Genética poblacional de Fouquieria columnaris en base a loci neutrales
- Análisis de congruencia entre matrices
- Modelación de nicho y cambio climático
- Implicaciones para el manejo
El complejo volcánico Tres Vírgenes es un área de actividad volcánica histórica, la cual fue moderada pero persistente (Schmitt et al., 2010). Sin embargo, el uso de esta ruta no es un evento anual y depende de las precipitaciones de la temporada anterior y de la abundancia de flores estacionales (Van Devender et al., 2004). Los enfoques futuros orientados a la genómica del paisaje pueden descubrir procesos sutiles de adaptación local (Sork et al., 2013).
Estos estudios permitirán definir las Unidades Adaptativas en la especie, lo que proporcionará información complementaria a las UM, ayudando a comprender las capacidades de la especie para hacer frente a condiciones climáticas futuras (Hohenlohe et al., 2021). La altura de la vela juega un papel relevante en la dispersión de las semillas, ya que a mayor altura aumenta el vuelo de la semilla y con ello la distancia entre la planta madre y la hija (Nabhan et al., 2000). Los registros demográficos entre las latitudes 30° y 28° (poblaciones del norte y parte del centro de la península) han demostrado que la mortalidad supera al reclutamiento (Bullock et al., 2005).
Este tipo de evento ha sido descrito como una expansión general de las plantas en la región hace entre 4 y 8,9 mil años (Van Devender et al., 1994).
CONCLUSIONES
LITERATURA CITADA
The genetic structure of a columnar cactus with a disjunct distribution: Stenocereus gummosus in the Sonoran Desert. Relative rates of synonymous substitutions in mitochondrial, chloroplast and nuclear genomes of seed plants. Phylogeny and biogeography of Encelia (Asteraceae) of the Sonoran and Peninsular deserts based on multiple DNA sequences.
Phylogeography of endemic Xantus' hummingbird (Hylocharis xantusii) reveals a different history of variability in the Baja California Peninsula. The roles of history and ecology in chloroplast phylogeographic patterns of the bird-dispersed plant parasite Phoradendron californicum (viscaceae) in the sonoran desert. 2020) Biodiversity of perennial vegetation in the desert regions of Baja California and Baja California Sur, México.
Pleistocene macrofossil records of four-needle pinyon or juniper encinal in the northern Vizcaino Desert, Baja California del Norte.
ANEXOS
"Estimaciones de distribución posterior de patrones demográficos históricos revelados por el análisis ABC para el escenario de la hipótesis del refugio glaciar para cuatro linajes de Fouquieria columnaris". Comparaciones múltiples de Gao no paramétricas por pares para una rara riqueza alélica (Ar) por pares utilizando 1137 SNP neutros en siete localidades de Fouquieria columnaris. Múltiples comparaciones no paramétricas por pares de Gao del coeficiente de consanguinidad por pares (FIS) utilizando 1.137 SNP neutros en siete localidades de Fouquieria columnaris.
Comparaciones múltiples no paramétricas por pares de Gao para la heterocigosidad por pares (Ho) observada utilizando 1.137 SNP neutros en siete localidades de Fouquieria columnaris. Comparaciones múltiples no paramétricas por pares de Gao para la riqueza alélica rara (Ar) por pares utilizando 1137 SNP neutros en cuatro poblaciones de Fouquieria columnaris. Múltiples comparaciones no paramétricas por pares de Gao del coeficiente de consanguinidad por pares (FIS) utilizando 1.137 SNP neutros en cuatro poblaciones de Fouquieria columnaris.
Comparaciones múltiples no paramétricas por pares de Gao para la heterocigosidad por pares (Ho) observada utilizando 1.137 SNP neutros en cuatro poblaciones de cirio (Fouquieria columnaris).
