ESTRUCTURA POBLACIONAL Y DIVERSIDAD GENÉTICA DE MAGNOLIA PUGANA (ILTIS & A. VÁZQUEZ) A.VÁZQUEZ & CARVAJAL Y MAGNOLIA PACIFICA A. VÁZQUEZ (MAGNOLIACEAE), ESPECIES EN PELIGRO DE EXTINCIÓN Muñiz-Castro, Miguel Angel 1 , Castro-Félix, Luz Patricia 2 , Carranza-Aranda, Ahtziri Socorro 2 , Santerre, Anne 2 y Vázquez-García, José Antonio 1 1 Departamento de Botánica y Zoología y 2 Departamento de Biología Celular y Molecular, Centro Universitario de Ciencias Biológicas y Agropecuarias, Universidad de Guadalajara, Zapopan, Jalisco, México. Correo-e: miguelmunizcastro@gmail.com , mca44083@cucba.udg.mx INTRODUCCIÓN La familia Magnoliaceae tiene una gran importancia en la historia evolutiva de las angiospermas, ya que presenta caracteres considerados entre los más basales en la diversificación de este grupo (Kim et al. 2001). Actualmente, la mayoría de las especies de esta familia habitan en las zonas tropicales y templadas del sureste Asiático, el resto en el sureste de Norteamérica, América Central y el norte de Sudamérica. Magnolia pacifica A. Vázquez y Magnolia pugana (Iltis & A. Vázquez) A. Vázquez & Carvajal se distribuyen en la región occidental de México, M. pacifica en fragmentos aislados de bosque mesófilo de montaña con clima marítimo y M. pugana en orillas de arroyos y manantiales entre hábitats más secos con clima continental. El hábitat se encuentra fragmentado, tanto por aislamiento natural (matriz montañosa de bosques estacionales secos), como por disturbios antropogénicos (tala, fuego, agricultura y ganadería). La fragmentación provoca una disminución en el tamaño de las poblaciones y en la variabilidad genética a través de la deriva génica y endogamia (Young et al ., 1996). Especies que tienen distribuciones geográficas restringidas pueden ser más vulnerables a los efectos de la fragmentación. Magnolia pacifica y M. pugana se encuentran catalogadas en peligro de extinción por la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (IUCN), pero se desconocen sus estructuras poblacionales y genéticas. Un estudio de genética de poblaciones permite conocer la diversidad y estructura genética de estas especies de magnolia, además del efecto diferencial de los mecanismos micro-evolutivos que regulan, en última instancia, la dinámica demográfica (Hamrick y Godt 1996). OBJETIVO: Determinar la estructura poblacional, los niveles de diversidad genética y la estructura genética de Magnolia pugana ( Ilts & A. Vázquez) y Magnolia pacífica (A. Vázquez). MATERIALES Y METODOS Colecta de Magnolia pugana y Magnolia pacifica POPGENE TFPGA T de Student Índices de diversidad (P, He, I), diferenciación (Gst), distancias genéticas y dendrograma Densidad y estructura poblacional Extracción de ADN (Cota-Sánchez, 2006) Marcadores ISSR anclados Electroforesis (Agarosa 2%: (2: 1 Agarosa ultra pura/Agarosa LMP)) Análisis de datos Tinción con Bromuro de Etidio Registro y análisis de marcadores ISSR: fotodocumentación EDAS (Kodak) 810 (GA)⁸T, 50° C 814 (CT) 8 A, 50°C 834 (AG) 8 YT, 60°C 836 (AG) 8 YA, 56°C 857(AC)⁸YG, 50°C 855(AC)⁸YT, 60°C Arlequin STRUCTURE Estructura genética Especie Población Localización Código N Magnolia pugana Arroyo La Virgen Zapopan, Jal. ALV 33 Arroyo San Lorenzo Zapopan, Jal. ASL 28 Río Verde Zapotlanejo, Jal. RV 31 Arroyo Palo Verde Mezquital del Oro, Zac. APV 28 Magnolia pacifica Bosque de Arce Talpa de Allende, Jal. BA 26 Arroyo San Sebastián San Sebastián del Oeste, Jal. ASS 29 Cerro San Juan Tepic, Nay. CSJ 28 Arroyo Palo María Pto. Vallarta, Jal. APM 28 Total 231 Figura 1. a) Magnolia pacifica, Arroyo San Sebastián. b) Magnolia pacifica, Bosque de Arce. c) Magnolia pacifica, Cerro San Juan. d) Magnolia pacifica, Arroyo Palo María. e) Magnolia pugana, Arroyo La Virgen. f) Magnolia pugana, Arroyo San Lorenzo. g) Magnolia pugna, Arroyo Palo Verde. h) Magnolia pugana, Río Verde. a) b) c) d) e) h) g) f) Cuadro 1. Localización de las poblaciones de Magnolia pugana y Magnolia pacifica . 810 RV APV BA CSJ APM ASS ALV ASL AL V ASL ASS RV APV BA CSJ APM 855 APV RV ASL ALV BA CSJ APM ASS 857 RV APV BA CSJ APM ASS ALV ASL 814 RV APV BA CSJ APM ASS ALV ASL 834 RV APV BA CSJ APM ASS ALV ASL 836 Figura 2. Marcadores ISSRs RESULTADOS Cuadro 2. Análisis de varianza de las variables de la estructural poblacional de Magnolia pugana y Magnolia pacifica. Cuadro 3. Características de los iniciadores y fragmentos generados en Magnolia pugana y Magnolia pacifica. Iniciadores FB a Tamaño (pb) FP b FE d 810 15 390-1350 9 0 814 10 580-1200 8 0 834 17 390-1650 13 1 836 17 290-1150 13 0 855 11 340-1800 5 1 857 15 320-870 12 0 Total 85 60 2 Especie Población P a He b I c (SD) M. pugana ALV 43 0.1818 0.2717 ASL 39 0.1815 0.2661 RV 35 0.1713 0.2483 APV 42 0.1905 0.2811 M. pacifica BA 45 0.2139 0.3129 CSJ 38 0.1652 0.2459 ASS 43 0.2006 0.2933 APM 40 0.1993 0.2876 TF a : Número de fragmentos. FP b : Fragmentos polimórficos. FE c : Fragmentos exclusivos Cuadro 5. Índices de diversidad genética de las localidades de Magnolia pugana y Magnolia pacifica P a : Polimorfismo promedio. He b : Heterocigocidad esperada o Índice de diversidad de Nei. I c : Indice de diversidad de Shannon. Especie Ht a Hs b Gst c ᶲst d Nm e M. pugana 0.2205 0.1813 0.1777 0.2080 2.3 M. pacífica 0.2216 0.1947 0.1212 0.1382 3.6 Cuadro 4. Índices de diversidad y diferenciación genética de Magnolia pugana y Magnolia pacifica. Ht a : Diversidad total. Hs b : Diversidad intrapoblacional. ᶲst c : Índice de diferenciación de Weii y Cockerham. Gst d : Índice de diferenciación. Nm e : Número de migrantes Figura 6. Dendrograma de las localidades de Magnolia pugana y Magnolia pacifica. Fuente de variación Gl Suma de cuadrados Componentes de la Varianza % de variación P Entre grupos 1 124.785 0.76421 9.29 0.001 Entre poblaciones 6 219.397 1.04523 12.70 0.001 Dentro de las poblaciones 223 1431.359 6.41865 78.01 0.003 TOTAL 230 1775.541 8.22809 100 Cuadro 6. Análisis de Varianza Molecular (AMOVA) en Magnolia pugana y Magnolia pacifica . LITERATURA CITADA Newton A., Gow J., Robertson A., Williams G., Ramírez N., González M., Allnutt, T. y Ennos R. 2008. Genetic variation in two rare endemic Mexican trees, Magnolia sharpii and Magnolia schiedeana. Silvae Genetica 57:348-356. Schaal, B.A., J.F. Gaskin y A.L. Caicedo. 2003. Phylogeography, haplotype trees, and invasive plant species. Journal of Heredity 94: 197-204 Vázquez A. 1994. Magnolia (Magnoliaceae) in México and Central América: A Synopsis. Brittonia 46:1-23. Vázquez-García J.A., Carvajal S. y Hernández L. 2002. Magnolia pugana (Magnoliaceae): una nueva combinación en el complejo M. pacifica. Novon 12:137-141. Xue-Mei Z., Jun W., Zhi-Ling D., Timothy J. M., Chun-Lin L. 2010. Genetic variation and conservation assessment of Chinese populations of Magnolia cathcartii (Magnoliaceae), a rare evergreen tree from the South-Central China hotspot in the Eastern Himalayas. Journal of Plant Research 123:321–331 Yu, H. H., Yang, Z. L., Sun, B., y Liu, R. N. 2011. Genetic diversity and relationship of endangered plant Magnolia officinalis (Magnoliaceae) assessed with ISSR polymorphisms. Biochemical Systematics and Ecology 39: 71-78. Zhao, X.M. et al., 2012. High genetic diversity and low differentation of Michelia coriacea (Magnoliaceae), a critically endangered endemic in Southeast Yunnan,China. International Journal of Molecular Sciences. 13:4396-4411. AGRADECIMIENTOS A la Secretaría de Educación Pública (SEP) por el financiamiento del proyecto (PROMEP-NPTC /103.5/12/3418 por medio del Programa de Mejoramiento del Profesorado. A Ana T. Nuño Rubio por su valioso apoyo en campo y a Viacheslav Shalisko por su valiosa asesoría. Grupos genéticos Gpo. 1 Gpo. 2 Gpo. 3 Gpo. 4 Figura 5. Componentes genéticos de Magnolia pugana y Magnolia pacifica Análisis de Varianza Variables de respuesta Fuente GL a SC b CM c F P Densidad (ind/0.1 ha) Especie 1 619.1 619.1 4.35 0.049 Error 21 2988.8 142.3 Total 22 3607.9 164.0 Densidad (tallos/0.1 ha) Especie 1 1452.6 1452.6 8.62 0.008 Error 21 3536.9 168.4 Total 22 4989.5 226.8 Área basal (m 2 /0.1 ha) Especie 1 1.7 1.7 1.69 0.207 Error 21 21.7 1.0 Total 22 23.4 1.0 Altura media (m) Especie 1 120.0 120.0 4.38 0.048 Error 21 602.4 27.4 Total 22 722.4 31.4 Altura máxima (m) Especie 1 243.8 243.8 5.67 0.026 Error 21 946.6 43.0 Total 22 1190.4 51.8 Figura 4. Variables de la estructura poblacional de Magnolia pacifica y Magnolia pugana. -5 5 15 25 35 M. pacifica M. pugana Densidad (ind/0.1 ha) 0 10 20 30 40 M. pacifica M. pugana Densidad (tallos/0.1 ha) 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 M. pacifica M. pugana Área basal (m 2 /0.1 ha) 0 5 10 15 20 M. pacifica M. pugana Altura promedio (m) -5 5 15 25 35 M. pacifica M. pugana Altura máx. promedio (m) 0 10 20 30 M. pacifica M. pugana Altura máxima (m) (0.121) con AFLPs (Xue-Mei et al., 2010). Magnolia pugana, presenta una variación genética intrapoblacional menor que M. pacifica producto probablemente de mayor restricción geográfica y fragmentación. Estos resultados coinciden con numerosos estudios teóricos y empíricos que predicen que una reducción en el tamaño efectivo de las poblaciones y un mayor aislamiento por fragmentación del hábitat pueden conducir a erosión genética a través de la deriva génica, aumento en la endogamia, restricción del flujo genético y reducción de las tasas de inmigración (Yu et al., 2011). Magnolia pugana comparada con M. pacifica mostró un mayor nivel de diferenciación (0.177 vs 0.121), lo que sugiere un menor flujo genético. Generalmente el grado de diferenciación poblacional aumenta con una mayor distancia geográfica, pero los resultados de la prueba de Mantel no muestran una correlación entre distancias genéticas y geográficas en las dos especies estudiadas. Los niveles de diferenciación observados en M. pacifica y M. pugana coinciden con la propuesta de Vázquez-García et al . (2002), quienes afirman que las especies pertenecientes a la sección Magnolia tienen un marcado patrón de especiación alopátrida, provocada por el aislamiento geográfico. La estructura genética está determinada por la diversidad y la diferenciación que albergan las especies entre y dentro de sus poblaciones, las cuales están basadas en sus historias evolutivas y biogeográficas (Schaal et al., 1998). La mayor porción de la variación en M. pugana y M. pacifica se encontró dentro de sus poblaciones (78%) y en menor medida entre poblaciones y entre especies, es probable que esto se deba a que ambas especies se encuentran confinadas en hábitats de pequeño rango geográfico y a la vez fragmentado, lo cual imposibilitan en cierto grado el flujo génico, esto es indispensable para mantener la variabilidad genética intraespecífica. Datos similares han sido reportados en especies endémicas consideradas dentro de la lista roja de la IUCN M. sharpii y M. sheideana (89.42% y 10.58%; 74.32% y 25.68%, respectivamente) (Newton et al ., 2008), M. offcinalis (64.8% y 35.5%) (Yu et al., 2010) y M. cathcartii (69.6% y 30.4%) (Xue-Mei et al., 2010). Los resultados de este trabajo muestran la utilidad de los marcadores ISSR en el análisis y comparación de la diversidad y estructura genética de especies evolutivamente cercanas. DISCUSIÓN Los resultados de este trabajo confirman lo esperado para especies endémicas con distribución geográfica restringida y fragmentación. La prueba T de Student reveló diferencias significativas en densidad y altura entre las dos especies. Las poblaciones de M. pacifica son menos densas que las de M. pugana, sus individuos están más dispersos al competir con muchas especies arbóreas altas, lo que explica su mayor altura. A pesar de que los individuos de M. pacifica están más dispersos, las poblaciones se encuentran menos fragmentadas y aisladas geográficamente que las de M. pugana. Los marcadores ISSR revelaron índices de diversidad menores en M. pugana y M. pacifica que los reportados en otras especies de magnolia: M. officinalis (H=0.342), M. sharpii (I=0.56), M. schiedeana (I=0.5) (Newton et al., 2008; Yu et al., 2011) y muy similares a los reportados en M. coreacea (H=0.283) (Zhao et al., 2012), con el mismo marcador, pero mayores que los de M. cathcarii Figura 3. Distribución geográfica de A) Magnolia pacifica ( ) y B) Magnolia pugana () . View publication stats View publication stats