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

ESTRUCTURA Y DIVERSIDAD GENÉTICA DE LA PALMERA Oenocarpus bataua Mart. (ARECACEAE): UNA HERRAMIENTA PARA LA CONSERVACIÓN DE UN RECURSO OLEAGINOSO FORESTAL

Sebastián Escobar¹, Rommel Montúfar¹, Jean-Christophe Pintaud<sup>2

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

² Institut de Recherche pour le Développement (IRD), UMR DIAPE/DYNADIV, 911 Avenue Agropolis, B.P.

64501, 34394 Montpellier Cedex 5, France

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Introducción

Los bosques del Neotrópico albergan una riqueza considerable en términos de biodiversidad. En particular, los recursos forestales oleaginosos son de gran interés debido a la constante búsqueda de nuevas fuentes de aceites comestibles beneficiosos para la salud humana. En este sentido, el conocer la variabilidad intraespecífica de especies oleaginosas provenientes de bosques tropicales y subtropicales, así como las fuerzas que estructuran su diversidad genética, juega un rol estratégico en el manejo y conservación de estos importantes recursos forestales.

La familia de las palmeras (Arecaceae) tiene aproximadamente 550 especies en el Neotrópico (Henderson et al. 1995). Varias palmeras son hiperdominantes en los bosques tropicales, como el pambil (Iriartea deltoidea), el palmiche (Euterpe precatoria) o la ungurahua (Oenocarpus bataua; Steege et al. 2013). Sus frutos, especialmente el mesocarpo, sintetizan una gran diversidad de ácidos grasos, propiedad metabólica aprovechada por el ser humano para el aislamiento y consumo de aceites (Montúfar et al. 2010). Especies como Oenocarpus bataua, Mauritia flexuosa, Euterpe oleracea, Bactris gasipaes, Elaeis oleifera, Attalea butyracea o Attalea colenda han sido tradicionalmente utilizadas como fuentes oleginosas en Ecuador (Montúfar & Brokamp 2011). El estudio y conservación de estos recusos provenientes del bosque tropical constituyen una estratégica línea de investigación a ser desarrollda en el país.

La palmera Oenocarpus bataua, conocida localmente como ungurahua, es un valioso recurso oleaginoso proveniente de los bosques tropicales y subtropicales de Sudamérica y la isla de Trinidad (Henderson 1995; Montúfar et al. 2010). Ésta es una palmera silvestre, arborescente (>20 m de alto y ~20 cm de diámetro), monoica y principalmente alógama (Henderson 1995). O. bataua forma poblaciones moderadamente densas en bosques tropicales bajo los 800 m de altitud, e incluso alcanza elevaciones hasta los 1400 msnm en las estribaciones andinas (Henderson 1995). La polinización en O. bataua es realizada por insectos de los órdenes Coleoptera e Himenoptera (Núñez-Avellaneda & Rojas-Robles 2008), mientras que la dispersión de sus semillas es realizada por aves y mamíferos (Karubian et al. 2010). El mesocarpo de sus frutos es rico en ácido graso oleico (>70%, mono-insaturado) y en varios ácidos grasos poli-insaturados; y también presenta una alta concentración de precursores de la vitamina A (β-carotenos; Montúfar et al. 2010). Adicionalmente, la composición de ácidos grasos del aceite de O. bataua es similar al aceite de oliva (Olea europeae) en términos nutricionales (Montúfar & Brokamp 2011).

El presente estudio caracteriza la diversidad genética de O. bataua variedad bataua en el noroccidente de América del Sur con el objetivo de identificar patrones intraespecíficos de diversidad (agrupamientos genéticos o clusters). Los resultados son discutidos en un contexto biogeográfico, y están enfocados a la conservación de la variabilidad intraespecífica de este importante recurso forestal.

Materiales y métodos

Un total de 591 individuos de O. bataua var. bataua procedentes de 26 localidades (Fig. 1) fueron colectados en Colombia, Ecuador, Perú y Bolivia. La extracción de ADN se realizó con un Qiagen Dneasy plant mini kit siguiendo las instrucciones del fabricante; su concentración fue determinada con un espectrofotómetro Thermo Scientific NanoDrop™ ND-100 y finalmente diluida con agua ultra pura a 5 ng/µl. Siete marcadores SSR (Ob02, Ob06, Ob08, Ob16, AC5-3#4, AG5-5#1, AG1; Lepsch-Cunha et al. 2003; Montúfar et al. 2006; Ludeña et al. 2011) fueron utilizados en el genotipaje de las muestras utilizando la técnica Multiplex PCR. La amplificación PCR fue realizada en un volumen final de 10 µl como se indica: 4 µl del templado de ADN (5 ng/µl), 5 µl de Multiplex Mastermix 2X, y 1 µl de primer mix 10X (primers a 0.2 µM cada uno). Las condiciones PCR consistieron de una denaturación inicial de 15 min a 96 °C, seguido de 30 ciclos of denaturación de 30 s a 94 °C, hibridación de 90 s a 56 °C, y elongación de 90 s a 72 °C. Un paso de extensión final de 10 min a 72 °C fue añadido al final. El producto final de cada PCR fue diluido con agua y 0.15 μl del marcador de talla 500 LIZ (GeneScan™), resultando una dilución final de ~1/300. Los productos fueron analizados en un secuenciador 3500 Genetic Analyzer (Applied Biosystems™), y los cromatogramas resultantes fueron examinados con el software GeneMapper v3.7 (Applied Biosystems™).

La identificación de patrones genéticos se realizó bajo dos metodologías: (i) Los patrones genéticos regionales (agrupamientos) dentro de O. bataua fueron determinados mediante un análisis de agrupamiento bayesiano en el programa Structure v.2.3 (Pritchard et al. 2010). El número de agrupamientos (K) fue determinado mediante el estadístico ΔK desarrollado por Evanno et al. (2005). Posteriormente, la información genética y geográfica de cada individuo fue integrada en el programa Geneland (Guillot et al. 2005) para determinar discontinuidades genéticas a nivel espacial. (ii) Los patrones genéticos a nivel poblacional fueron determinados mediante varios índices de diversidad genética (número promedio de alelos por locus - A, heterocigocidad esperada - He, heterocigocidad observada –Ho, coeficiente de endogamia - F_IS) y estadísticos F, los cuales fueron obtenidos con el programa Arlequin 3.1 (Excoffier et al. 2005). A esta escala de análisis se utilizaron las localidades con n > 15 individuos, las cuales fueron tratadas como poblaciones.

Resultados y discusión

Cinco agrupamientos genéticos fueron identificados dentro del rango de distribución de O. bataua, los cuales coinciden con grandes ecoregiones del noroccidente de Sudamérica. Los agrupamientos identificados corresponden a: (i) el valle del río Magdalena (VRM), (ii) el Chocó, (iii) la zona Amotape-Huancabamba (ZAH), (iv) la región del Napo, y (v) la región de Inambari (Fig. 2). El agrupamiento del Napo está formado por dos regiones disyuntas: la cuenca del río Napo y el noroccidente de Bolivia. La mayor diversidad genética fue encontrada en Napo (He = 0.83, A = 16.57) e Inambari (He = 0.79, A = 16.42), mientras que la menor diversidad fue reportada para VRM (He = 0.54, A = 3.43; Tabla 1). Todos los agrupamientos reportaron valores moderados de endogamia cercanos a cero (F_IS = -0.002 – 0.09). La mayor diferenciación genética fue determinada entre los agrupamientos VRM y Chocó (F_ST = 0.32), mientras que la menor se reportó entre Napo e Inambari (F_ST = 0.04).

Los agrupamientos genéticos encontrados en O. bataua son explicados por: (i) el levantamiento de los Andes, y (ii) las condiciones climáticas actuales. La orogénesis andina separó físicamente la región del Chocó de la Amazonía, permitiendo que poblaciones de las regiones trans/cis andinas generen una huella genética propia (Trénel et al. 2008). Debido a la baja diferenciación genética entre el Chocó y los agrupamientos amazónicos (Napo e Inambari; F_ST = 0.09, 0.12, respectivamente), se infiere que a pesar de la presencia de los Andes como barrera biogeográfica, el flujo génico en O. bataua se ha mantenido entre las dos regiones a través de corredores andinos de menor altitud (Montúfar 2007) o por procesos de dispersión a larga distancia. Este proceso de orogénesis también dio paso a la formación de regiones andinas con características fitogeográficas particulares como el valle del río Magdalena (entre las cordilleras central y oriental en Colombia), donde se determinó la presencia del agrupamiento VRM; y la zona Amotape-Huancabamba (suroriente del Ecuador/noroccidente de Perú), donde se ubicó un peculiar agrupamiento genético (ZAH). Por otro lado, la estructura genética de O. bataua en la amazonía occidental está influenciada por variables climáticas modernas, principalmente precipitación anual y estacionalidad (número de meses secos al año; Kreft & Jetz 2007). La variación en precipitación y estacionalidad se correlaciona con la separación de los agrupamientos Napo e Inambari. Localidades como Yasuní, en la Amazonía ecuatoriana (Napo), presentan una precipitación anual de ~3200 mm, y no presentan estacionalidad (ningún mes bajo 100 mm). Por otro lado, localidades como Puerto Maldonado, ubicado en el sur de Perú (Inambari), presentan una precipitación anual de ~2300 mm, con >80% de ésta restringida entre abril y octubre (Pitman 2000). Adicionalmente, la ausencia de una barrera física actual al flujo génico entre las regiones de Napo e Inambari ha facilitado que estos agrupamientos mantengan un continuo flujo génico reflejado en los bajos valores de diferenciación obtenidos (F_ST = 0.04).

A nivel poblacional, la mayor diversidad genética fue reportada en las poblaciones Intuto (He = 0.86, A = 11.71) y Jenaro Herrera (He = 0.81, A = 11.86; Tabla 2), ubicadas alrededor de la ciudad de Iquitos (norte de la Amazonía peruana, Departamento de Loreto). La alta diversidad genética de O. bataua reportada en esta región coincide con la localización de comunidades con alta diversidad de palmeras como Iquitos con 54 especies/2.75 ha, o Yasuní con 33 especies/2.5 ha (Vormisto et al. 2004). Adicionalmente, la localidad de La Pedrera (suroriente de Colombia, ~350 km de Iquitos) presenta la mayor diversidad de especies del género Oenocarpus (seis especies; Galeano & Bernal 2010). En base a: (i) la alta diversidad genética reportada para O. bataua, (ii) la alta diversidad de especies de palmeras descritas, y (iii) la alta diversidad del género Oenocarpus, se infiere que la región del Napo y sus alrededores podrían ser un centro de diversificación del género Oenocarpus. Estos altos niveles de diversidad reportados en el norte de la Amazonía peruana se correlacionan con la baja estacionalidad de la zona (Kristiansen et al. 2011), el cual es un factor determinante en la generación de patrones de diversidad en palmeras (Bjorholm et al. 2005). Por otro lado, la menor diversidad genética fue reportada en San Francisco al norte Colombia (He = 0.54, A = 3.43) y en varias poblaciones del Chocó ecuatoriano, las cuales son periféricas dentro del rango de distribución de la especie. Poblaciones periféricas han sido propuestas como zonas de menor diversidad en relación a poblaciones centrales debido a bajas tasas de flujo génico, su menor tamaño poblacional y mayor aislamiento físico (Hipótesis central-marginal; Eckert et al. 2008). Los valores de endogamia no reflejaron un patrón espacial definido. El mayor nivel de endogamia fue reportado en Villaseca (F_IS = 0.37), en el suroccidente de Ecuador, un área de bosque semi-deciduo afectada por la deforestación.

Los resultados del presente estudio permiten identificar poblaciones ecuatorianas de O. bataua consideradas prioridades de conservación debido a sus patrones genéticos. Ecuador alberga tres agrupamientos genéticos de esta especie (Chocó, ZAH y Napo) los cuales deben ser incluidos en programas de conservación y en el Sistema Nacional de Áreas Protegidas (SNAP). O. bataua presenta una gran variedad de ecotipos en la región del Chocó, creciendo en varios tipos de hábitat. Por ejemplo, poblaciones de O. bataua han sido localizadas en bosques húmedos de Esmeraldas, bosques montanos de Imbabura, y bosques semideciduos en El Oro. A pesar de su diversidad de ecotipos, gran parte de la diversidad genética de esta especie en el Chocó no está protegida por parques nacionales. El PN Cotacahi Cayapas y el PN Mache Chindul ubicados al norte del Chocó, albergan poblaciones silvestres de O. bataua. Sin embargo, las poblaciones ubicadas en las estribaciones andinas occidentales y en el suroccidente del Ecuador se encuentran seriamente amenazadas por la deforestación y degradación del hábitat. Las poblaciones andinas en la zona Amotape-Huancabamba representan un agrupamiento genético particular, potencialmente asociado a un ecotipo que favorece su crecimiento en regiones sobre los 1000 m de altitud. Por lo tanto, estas poblaciones andinas deben ser prioridades de conservación. En particular, las poblaciones cercanas a la ciudad de Zamora están presentes en pequeños remanentes de vegetación, por lo que se encuentran altamente amenazadas por la deforestación. Adicionalmente, en esta zona existen poblaciones que crecen en pastizales sin regeneración natural. El patrón genético de estas poblaciones podría estar protegida dentro del PN Podocarpus (suroriente de Ecuador), sin embargo esto requiere ser evaluado. Las poblaciones pertenecientes al agrupamiento del Napo están mejor representadas dentro del SNAP, en particular en el PN Yasuní, el PN Sumaco Napo-Galeras y la RPF Cuyabeno.

La caracterización de la diversidad genética y la forma en que ésta se distribuye espacialmente es una herramienta importante para la conservación de los recursos forestales (Eckert et al. 2008). Por lo tanto, la identificación de patrones genéticos de O. bataua en este estudio está enfocada a la conservación de la variabilidad intraespecífica de la especie, la cual debe ser conservada como materia prima para futuros procesos de domesticación y mejoramiento genético.

Agradecimientos

El presente estudio fue financiado por la Pontificia Universidad Católica del Ecuador y el Proyecto PALMS- FP7 (Palms Harvest Impacts in Tropical Forests). Agradecemos al equipo DYNADYV del IRD en Montpellier (Francia) particularmente a Yves Vigouroux, Cédric Mariac, Marie Couderc, Julissa Roncal y Thomas Couvreur; a Betty Millán (Universidad Mayor San Marcos, Perú); a Mónica Moraes (Universidad Mayor San Andrés, Bolivia); y a Gloria Galeano, María José Sanín y Rodrigo Bernal (Universidad Nacional de Colombia) por su ayuda y soporte durante esta investigación. Un agradecimiento especial a Gabriel Rivadeneira y Luis Eduardo López por su colaboración durante la fase de campo en Ecuador.

Literatura citada

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Figuras y tablas



Fig. 1 Mapa de Sudamérica mostrando la localización de las 591 muestras de Oenocarpus bataua var. bataua utilizadas en este estudio. Las circunferencias grandes representan localidades con n>15. Elevaciones sobre los 1000 m de altitud se muestran en gris.



Fig. 2 Cinco mapas representando los agrupamiento genéticos encontrados dentro de Oenocarpus bataua var. bataua usando 591 muestras. Estos fueron identificados con un análisis bayesiano-espacial realizado en Geneland (Guillot et al. 2005) usando probabilidades de pertenencia a cada agrupamiento (K=5) como fue identificado en Structure (Pritchard et al. 2000). Cada punto representa una localidad muestreada, mientras que las líneas representan probabilidades de pertenencia a cada agrupamiento.

Tabla 1 Valores de diversidad e índices pareados de diferenciación genética (F_ST) obtenidos en Arlequin (Excoffier et al. 2005) para cada uno de los cinco agrupamiento genéticos de Oenocarpus bataua var. bataua identificados en Structure (Pritchard et al. 2000). Abreviaturas: VRM=valle del río Magdalena, CH=Chocó, ZAH=zona Amotape-Huancabamba, N=Napo, I=Inambari. n=sampling, A=número promedio de alelos por locus, He=heterocigosidad esperada, Ho=heterocigosidad observada, F_IS=coeficiente de endogamia. ** = p<0.01

						FST
Agrupamiento	n	A	He	Ho	FIS	VRM	CH	ZAH	N	I
VRM	25	3.43	0.54	0.54	-0.002**	0
CH	118	12	0.75	0.69	0.071**	0.32**	0
ZAH	107	12.57	0.77	0.71	0.065**	0.30**	0.12**	0
N	186	16.57	0.83	0.73	0.086**	0.26**	0.09**	0.05**	0
I	155	16.43	0.79	0.71	0.095**	0.27**	0.12**	0.09**	0.04**	0

Tabla 2 Valores de diversidad genética para cada una de las 19 poblaciones de Oenocarpus bataua var. bataua obtenidos en Arlequin (Excoffier et al. 2005). Abreviaturas: VRM=valle del río Magdalena, CH=Chocó, ZAH=zona Amotape-Huancabamba, N=Napo, I=Inambari. n=sampling, A=número promedio de alelos por locus, He=heterocigosidad esperada, Ho=heterocigosidad observada, F_IS=coeficiente de endogamia. ** = p<0.01

Población	Agrupamiento	n	A	He	Ho	FIS
San Francisco	VRM	25	3.43	0.54	0.54	-0.002
Esmeraldas	CH	26	6.43	0.70	0.81	-0.158
El Chontal	CH	32	6.86	0.70	0.75	-0.074
Bilsa	CH	31	6.86	0.73	0.84	-0.172
Villaseca	CH	19	6.6	0.77	0.47	0.377**
Pachicusa	ZAH	19	7	0.73	0.70	0.031
Zamora	ZAH	57	8.29	0.71	0.74	-0.046
Rioja	ZAH	18	8.14	0.76	0.61	0.157**
Yasuní	N	30	8.43	0.75	0.60	0.17**
Pantoja	N	26	8.43	0.74	0.65	0.038
Chiriap	N	30	8.71	0.72	0.88	-0.314
Intuto	N	32	11.71	0.86	0.82	0.034
Jenaro Herrera	N	30	11.86	0.81	0.86	-0.066
Pucallpa	I	43	10.71	0.76	0.75	0.007
Ahuaytía	I	32	8.14	0.67	0.66	0.01
Shuaro	I	15	7.14	0.71	0.53	0.242**
Iñapari	I	30	10.14	0.77	0.82	-0.064
Tambopata	I	35	9.43	0.72	0.68	0.045
San Buenaventura	N	17	6	0.75	0.60	0.23**