Vi jornada de jóvenes investigadores en conservación y uso sostenible de sistemas forestales

CONSERVACIÓN Y USO SOSTENIBLE DE RECURSOS GENÉTICOS FORESTALES

Andrea Pinos

PATRONES ESPACIALES DE RECLUTAMIENTO Y VARIABILIDAD GENÉTICA DE LA PALMA Oenocarpus bataua Mart., EN EL PARQUE NACIONAL YASUNÍ (PNY)

Andrés Recalde Redrován

DIVERSIDAD GENÉTICA DEL MORETE (Mauritia flexuosa L. f.) EN PANTANOS DE LA REGIÓN SEPTENTRIONAL DEL PARQUE NACIONAL YASUNÍ.

Rommel Montúfar

PRIORIDADES DE INVESTIGACIÓN GENÉTICA Y ECOLÓGICA PARA LA CONSERVACIÓN DE ESPECIES Y BOSQUES Y EL DESARROLLO FORESTAL EN ECUADOR

Sebastián Escobar

ESTRUCTURA GENÉTICA DE LAS POBLACIONES DE Oenocarpus bataua (ungurahua): UNA HERRAMIENTA PARA LA CONSERVACIÓN DE UN RECURSO FORESTAL EN EL NETRÓPICO

María Mercedes Pavón

EVALUACIÓN DEL ESTADO DE CONSERVACIÓN Y CARACTERIZACIÓN POBLACIONAL DE DOS ESPECIES FORESTALES PRIORIZADAS EN LA MICRO-CUENCA DEL RIO CHIMBORAZO

Juan Chucuri

COLECTA Y CARACTERIZACIÓN MORFOLÓGICA IN SITU DE CAPULÍ (Prunus serotina Ehrh) DEL BANCO NACIONAL DE GERMOPLASMA DEL INIAP-ECUADOR

PATRONES ESPACIALES DE RECLUTAMIENTO Y VARIABILIDAD GENÉTICA DE LA PALMA Oenocarpus bataua Mart., EN EL PARQUE NACIONAL YASUNÍ (PNY)

Andrea Pinos, Rommel Montúfar

Pontificia Universidad Católica del Ecuador (PUCE), Lab. Ecología y Genética (113), Av. 12 de Octubre y Av. Patria, Quito, Ecuador

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Introducción

El funcionamiento de los sistemas forestales está regulado por fuerzas evolutivas como la selección natural, endogamia y deriva génica; y por procesos ecológicos e históricos. Estos procesos influyen directamente en la estructura genética de las poblaciones de plantas silvestres como en (i) la habilidad reproductiva de la especie, la cual está determinada por las tasas de dispersión de semillas (alelos maternales y paternales) y polen (alelos paternales; Karubian et al. 2010) y (ii) las tasas de flujo génico entre poblaciones, las cuales permiten inferir las consecuencias ecológicas de la dispersión y polinización sobre la estructura genética de la especie (Loveless y Hamrick 1984).

El flujo génico entre poblaciones puede realizarse a cortas o largas distancias dependiendo de la presencia de barreras que lo limiten. La dispersión a corta distancia induce el apareamiento de individuos geográficamente próximos lo que provoca una estructuración de la diversidad genética a nivel local, y que favorece la divergencia de las poblaciones. Por otro lado, eventos de dispersión a media y larga distancia, permiten niveles altos de flujo génico entre poblaciones lo que incrementa su base genética, reduce la endogamia y mantiene poblaciones biológicamente viables y genéticamente homogéneas (Lowe et al. 2005). Por lo tanto, el caracterizar la cantidad y diversidad genética asociada al movimiento de polen y semillas (propágulos) es fundamental para comprender la dinámica de las poblaciones actuales y como estas intercambian su material genético. Particularmente en palmas (Arecaceae), la dispersión es un proceso fundamental para el reclutamiento (colonización y establecimiento de nuevos individuos) y su regeneración dentro de un bosque. Los propágulos de palmas no dispersados sufren altas tasas de mortalidad cerca de los adultos (mortalidad dependiente de la distancia), mientras que los propágulos dispersados a largas distancias presentan mayores tasas de supervivencia (Swamy y Terborgh 2010).

Los efectos de la dispersión de semillas han sido analizados con modelos de diversidad, los cuales explican cómo una alta diversidad de especies es mantenida dentro de los bosques tropicales (Loveless y Hamrick, 1984). El modelo más estudiado de estos es el de Janzen y Connell (Janzen 1970; Connell, 1971). Esta hipótesis sugiere que el reclutamiento de plántulas cerca de los padres puede reducirse como resultado de la densidad dependiente de la mortalidad, debido a depredadores (herbívoros) y patógenos (Clark y Clark 1984). Estos usualmente concentran sus actividades cerca de individuos adultos, que es donde las semillas caen y germinan con mayor frecuencia. Al existir una baja tasa de reclutamiento de las plántulas, la probabilidad de establecimiento de otras especies en estos sitios aumenta reduciendo el potencial de dominio de una sola especie en una comunidad. En consecuencia, las bajas tasas de reclutamiento cerca de parentales permiten mantener la alta diversidad de especies en bosques tropicales (Clark y Clark 1984).

El conocer los efectos de la dispersión y reclutamiento nos permite entender los mecanismos de flujo génico en las poblaciones. Estos mecanismos y en particular la dispersión, dan pautas para desarrollar estrategias dirigidas a preservar los procesos que favorecen el flujo de genes y la resilencia de las poblaciones a la fragmentación del paisaje u otros cambios abióticos (Dick et al., 2003). Esto ayuda al manejo y conservación de poblaciones vegetales y determina la capacidad que tienen las plantas para dispersarse en un hábitat heterogéneo y dinámico. Mediante estudios de paternidad, con el uso de marcadores moleculares, es posible evaluar tasas de flujo génico entre poblaciones (Gaiotto et al. 2003; Karubian et al. 2010). Estos estudios permiten determinar el parentesco de las plántulas establecidas con sus potenciales padres; por lo tanto, nos permiten estimar las distancias promedio a las cuales las plántulas se dispersan de sus padres.

Oenocarpus bataua es una palmera arborescente, monoica, alógama que se distribuye ampliamente en las regiones tropicales y subtropicales de Sudamérica, incluyendo la isla de Trinidad en el Caribe (Montúfar y Pintaud 2008). O. bataua es la séptima especie vegetal más abundante dentro de los bosques amazónicos, registrándose hasta 108 individuos/ha (Steege et al. 2013). Esta especie se caracteriza por sus múltiples usos por parte de los pueblos amerindios (Balick ,1979). Debido a su abundancia y alta productividad de frutos ricos en aceites comestibles, O. bataua es un recurso alimenticio importante tanto para comunidades humanas como para animales frugívoros.

A pesar de su importancia ecológica y su potencial económico como nueva fuente oleaginosa la dinámica de la diversidad genética de O. bataua no ha sido explorada. El presente estudio aporta sobre los patrones de dispersión, estructura y diversidad genética, mediante estudios de paternidad los cuales nos permite esclarecer aspectos claves sobre la ecología de la dispersión de este recurso forestal.

Objetivo general

Estudiar la dinámica, reclutamiento y variabilidad genética entre cohortes (adultos y juveniles) de la especie de palma Oenocarpus bataua en un bosque tropical.

Metodología

Área de estudio y diseño de muestreo

El estudio se realizó en el Parque Nacional Yasuní (PNY) en la parcela de 50 ha establecida por el del Proyecto Dinámica de Bosque de Yasuní (PDBY) de la Pontificia Universidad Católica del Ecuador. Se seleccionó 25 ha contiguas de las 50 ha que comprende la parcela. La selección de las 25 ha se realizó tomando en cuenta las condiciones topográficas del terreno, incluyendo las zonas de colinas en donde la abundancia de la especie es mayor.

Las 25 ha elegidas se encuentran divididas en 625 cuadrantes de 20 x 20m. Para el muestreo de plántulas se seleccionó al azar 200 cuadrantes de 20 x 20m de los 625. En cada uno de los 200 cuadrantes se colectó tejido vegetal (1cm x 2cm) de una plántula. En total se colectaron 199 plántulas (una plántula fue descartada).

La base de datos de PDBY proporcionó la ubicación exacta de 44 palmeras adultas (tronco visible y presencia de estructuras reproductivas) registradas dentro de las 25 ha estudiadas. Se colectaron muestras de tejido foliar o radicular de todos los individuos adultos. Se incluyó en el diseño de colecta adultos reproductivos cercanos a la parcela de 25 ha. Para esto se trazó tres transectos perpendiculares de 200m x 50m para cada uno de los lados de la parcela de 25 ha (norte, sur, este y oeste). La distancia entre los transectos fue de 100 m y se obtuvo un total de 16 individuos adultos adicionales muestreados en los alrededores del área de estudio (Figura 1), los cuales se utilizaron para realizar el análisis de parentesco junto con los individuos adultos colectados dentro de las 25 ha.

Se realizó extracciones manuales para aislar el ADN siguiendo el protocolo modificado de Doyle y Doyle (1987). El protocolo que se utilizó para la reacción en cadena de la polimerasa fue el propuesto por Montúfar et al. (2006) para cada uno de los 6 loci de microsatélites utilizados en este estudio. Los productos de PCR fueron analizados mediante geles denaturantes de poliacrilamida para obtener los patrones alélicos de los microsatélites.

Análisis de datos

Una vez generadas las matrices para plántulas (n=199) y adultos (n=60) se realizó los siguientes análisis estadísticos: estructuración poblacional (F_ST), heterocigocidad observada y esperada (Ho, He), equilibrio Hardy-Weinberg (H-W) e índice de endogamia (F_IS) con los programas estadísticos GenePop 4.0.10 (Raymond y Rousset 1995) y GenAlEx 6.0 (Peakall y Smouse 2005). El porcentaje de loci polimórficos, número promedio de alelos por locus, diferenciación genética (D_est; Jost, 2008) y análisis de autocorrelación espacial (test de Mantel) con los programas estadísticos GenAlEx 6.0, Arlequin 3.11 (Excoffier et al. 2005) y SMOGD 1.2.5 (Crawford, 2010). Para el análisis de paternidad se siguió la guía descrita en Jones et al. (2010) con la ayuda del programa Cervus 3.5 (Marshal et al. 1998).

Resultados y discusión

En la población de adultos de la parcela (n=44) cuatro loci presentaron desviaciones estadísticamente significativas a lo esperado bajo el equilibrio H-W; mientras que, en plántulas (n=199) los seis loci se desviaron significativamente del equilibrio H-W. La población de adultos como la de plántulas presentaron altos valores de diversidad génica (He_promedio= 0,87 para plántulas, He_promedio= 0,86 para adultos). Los valores de diversidad obtenidos son superiores a estudios similares en poblaciones de O. bataua provenientes de la amazonía peruana en donde la He varió entre 0,66 a 0,77 (He= 0,66, 0,73, 0,77; Montúfar, 2007). La escasa diferencia en diversidad (He) obtenida a favor de las plántulas es más evidente en base al número de alelos. El Na_promedio en plántulas fue de 18, mientras que en adultos llegó a 13,6; si bien el Na es altamente dependiente del área de estudio, los resultados obtenidos provienen de áreas muestreales relativamente similares y son comparables. Adicionalmente, las poblaciones de plántulas presentaron un valor promedio de 4,3 alelos únicos, mientras que las poblaciones de adultos no presentaron alelos únicos. Los valores del índice de endogamia indican que, las poblaciones de plántulas (F_{IS promedio} = 0,280) a pesar de ser más diversas son más endogámicas que las poblaciones de adultos (F_IS(promedio)= 0,175; Tabla 1, Tabla 2). El aparente antagonismo entre más diversas y endogámicas podría estar explicado por la naturaleza de las poblaciones de plántulas las cuales al no estar sometidas a un proceso de selección natural tienden a presentar un mayor número de alelos durante sus primeros estadíos que las poblaciones de adultos, las cuales son producto de procesos de selección (Eguiarte et al., 1992; (Primack y Kang, 1989; Lenormand, 2002). Adicionalmente, la alta diversidad en plántulas también está relacionada a procesos de dispersión a larga distancia los cuales favorecen el ingreso de semillas provenientes de poblaciones diferentes. En particular, se ha evidenciado la existencia de mecanismos de dispersión a larga distancia en O. bataua a través de aves como los guácharos (Steatornis caripensis), quienes tienen la capacidad de movilizarse a distancias mayores a 70 km (Montúfar et al. 2011).

Una mayor endogamia en plántulas que en adultos, propone dos escenarios en la dinámica del bosque: (i) Los mecanismos de flujo génico actuales que estructuran a las poblaciones de plántulas son menos eficaces que los mecanismos de flujo génico que formaron las poblaciones de adultos hace más de 50 años en el pasado. Teóricamente una palmera adulta y reproductiva de O. bataua dentro del bosque requiere de al menos 50-80 años para desarrollarse (Miller, 2002). Por lo tanto, un índice menor de endogamia en adultos puede estar relacionado a una mayor abundancia de dispersores en el bosque y consecuentemente a mejores condiciones de conservación del bosque en el pasado. (ii) Al igual que la diversidad genética, las poblaciones de plántulas al no estar totalmente reguladas por la selección natural pueden presentar una mayor tasa de individuos homocigóticos, los cuales posteriormente serán eliminados via selcción natural.

Los análisis de asignamiento de paternidad proveen dos valores que representan la distancia hacia ambos padres potenciales, generalmente uno de ellos encontrándose cerca de la plántula y el otro más distante. Debido a, que la distancia de dispersión de los propágulos hacia la madre va a ser menor que la distancia hacia el padre, nosotros asumimos que la distancia más corta representa la distancia hacia la madre, y la distancia más larga hacia el padre. En base a este diseño, el rango de la distancia de dispersión hacia las potenciales madres fue de 8 – 570 m, con una media de 277 m y σ= 155m, mientras que el rango de distancia hacia el potencial padre fue de 31 a 850m, con una media de 345 m y σ= 116m. Dentro del contexto de la hipótesis de Janzen y Connel (año), se asume una correlación significativa entre distancia de dispersión y número de plántulas; sin embargo estos valores no fueron obtenidos en este estudio. La dispersión de plántulas en función de las madres no presentó una correlación significativa entre distancia y número de individuos; pero sí se obtuvo una correlación positiva y significativa entre distancia hacia el padre y número de individuos. Por consiguiente en nuestro diseño experimental no se pudo detectar el modelo propuesto por Janzen y Connel.

Dos aspectos adicionales inferidos de los resultados de este estudio son: (i) Un alto porcentaje de plántulas fueron asignadas a pocos potenciales parentales. En particular, dos individuos fuera de la parcela fueron asignados como potenciales padres de un alto número de plántulas (qué número o porcentaje). (ii) La estructura genética observada en las 25 ha (con que valores se hizo a matriz genética, Fst???) no fue correlacionada (valores r= y probabilidades) a la matriz espacial (X, Y). Esto sugiere que la estructura genética de los individuos a escala de micro hábitat no está controlada por factores abioticos.

Sin embargo, esta variación topográfica no tuvo ninguna influencia en los patrones de diversidad dentro de la parcela estudiada (r = 0.019, p = 0.085).

Los resultados obtenidos del presente estudio proveen información sobre el funcionamiento de las poblaciones de O. bataua. Programas de conservación y manejo de poblaciones silvestres deben tomar en cuenta los mecanismos genéticos que controlan las poblaciones a escalas locales.

Agradecimientos

Al. Dr. Renato Valencia por facilitarnos información y el acceso a la parcela del proyecto Damica del Bosques de Yasuni.

Literatura citada

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Figuras y tablas

Fig 1. Distribución de plántulas (n=) y adultos (n=) de Oenocarpus bataua en el área de studio (parcela Dinámica del Bosque tropical de Yasuni).



Tabla 1. Valores del índice de endogamia (F_IS) presentes en la población de plántulas (n = 199) analizada con 6 loci de microsatélites. Abreviatura: PP = plántulas

Pop	Locus	FIS
PP	Ob22	0,408***
	Ob11	0,384***
	Ob01	0,354***
	Ob04	0,184**
	Ob21	0,074
	Ob23	0,276***
Media de plántulas		0,280**

Tabla 2. Valores del índice de endogamia (F_IS) presentes en la población de adultos (n= 44) analizada con 6 loci de microsatélites. Símbolos= ** p<0,01, *** p<0,001, NS= p>0,05

Adultos	Locus	FIS
Adultos dentro de la parcela	Ob22	0,291***
	Ob11	0,130**
	Ob01	0,09NS
	Ob04	0,115**
	Ob21	0,268***
	Ob23	0,160**
Media adultos		0,175**