Aplicaciones de los SIG para el análisis de flujo genético potencial entre chiles silvestres y cultivados en la Republica Mexicana

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1 CUARTA RUNION NACIONAL DE LA RED MEXICANA DE MONITOREO DE ORGANISMOS GENETICAMENTE MODIFICADOS Mexico, DF 15 de Junio, 2012 Aplicaciones de los SIG para el análisis de flujo genético potencial entre chiles silvestres y cultivados en la Republica Mexicana Dr. José de Jesús Luna Ruiz Profesor-Investigador Centro de Ciencias Agropecuarias Universidad Autónoma de Aguascalientes

2 Contenido de la presentación Que es un SIG Flujo genético potencial Chiles silvestres y domesticados Especies de Capsicum Síndrome de la domesticación en los chiles Situación actual de los chiles en México Chiles bajo cultivo Los chiles silvestres de México Análisis del flujo genético potencial entre formas silvestres y domesticadas de Capsicum en México mediante un SIG

3 Que es un SIG? Un Sistema de Información Geográfica (SIG o GIS) es un sistema automatizado de información capaz de compilar, almacenar, recuperar, analizar y desplegar datos espaciales (georeferidos, cartográficos) Fuente: Daniel L. Falbo, Lloyd P. Queen, and Charles R. Blinn, University of Minnesota, 2002 José Luna-Ruiz

4 Aplicaciones de un SIG Almacenar y buscar datos espaciales y/o georeferidos Beneficios integración y relación entre datos georeferidos con otro tipo de datos carreteras, limites municipales, modelo digital de elevación, hidrografía, tipo de propiedad, limites catastrales, datos agrícolas los datos son cada vez mas accesibles (ej. vía internet) José Luna-Ruiz

5 Cartografía Apoyo de Computadoras Topografía y Fotogrametría Análisis Espacial (Mapa Temático) SIG Interpolación de Puntos (Análisis de distribución espacial) Tecnología de Sensores Remotos

6 PUBLICA PROPIOS ENTRADA ALMACENAMIENTO ANALISIS REPRESENTACION MODULOS DEL SIG

7 José Luna-Ruiz Preguntas guía Obtención de datos Conformación de la base de datos: Integración de datos cartográficos y atributos Análisis Manejo y manipulación de la base de datos Importación/exportación Expansión Actualización Búsqueda Enlace Análisis geográficos y/o cartográficos Recuperación Clasificación Medición Sobreposición Transformación Aproximación Álgebra de mapas Productos tabulares Resúmenes de datos Estadísticas Reportes Productos cartográficos Mapas Archivos cartográficos Mapas combinados

8 Representación esquemática de mapas temáticos y sus atributos Mapas temáticos suelos, uso del suelo, hidrografía, etc. Atributos/caracteristicas asociadas a c/mapa tipo de suelo, ph, textura, etc. Ejemplos de aplicación de SIG: Recursos naturales Urbanismo

9 Flujo genético entre formas silvestres y domesticadas Gepts y Papa (2003) reportaron cinco aspectos que condicionan la ocurrencia de flujo genético entre poblaciones de plantas domesticadas y silvestres: 1. La presencia de plantas de variedades mejoradas y plantas de poblaciones silvestres emparentadas dentro del área de dispersión del polen y de la semilla 2. La capacidad para producir híbridos viables y fértiles 3. Traslape parcial entre los periodos de floración de ambas poblaciones 4. Flujo genético real a través de polen o semilla 5. El establecimiento de genes de domesticación en la población receptora (cultivada o silvestre)

10 Diferencia entre chiles silvestres y domesticados

11 Cuadro 1. Especies de Capsicum 1. Capsicum annuum L. (*) 2. Capsicum baccatum L. (*) 3. Capsicum buforum Hunz. 4. Capsicum campylopodium Sendtn. 5. Capsicum cardenasii Heiser & P. G. Sm. 6. Capsicum chacoense Hunz. 7. Capsicum chinense Jacq. (*) 8. Capsicum coccineum (Rusby) Hunz. 9. Capsicum cornutum (Hiern) Hunz. 10. Capsicum dimorphum (Miers) Kuntze 11. Capsicum dusenii Bitter 12. Capsicum eximium Hunz. 13. Capsicum flexuosum Sendtn. 14. Capsicum frutescens L. (*) 15. Capsicum galapagoense Hunz. 16. Capsicum geminifolium (Dammer) Hunz. 17. Capsicum hookerianum (Miers) Kuntze 18. Capsicum lanceolatum (Greenm.) C. V. Morton & Standl. 19. Capsicum leptopodum (Dunal) Kuntze 20. Capsicum lycianthoides Bitter 21. Capsicum minutiflorum (Rusby) Hunz. 22. Capsicum mirabile Mart. ex Sendtn. 23. Capsicum mositicum Toledo 24. Capsicum parvifolium Sendtn. 25. Capsicum pubescens Ruiz & Pav. (*) 26. Capsicum rhomboideum (Dunal) Kuntze (C. ciliatum) 27. Capsicum schottianum Sendtn. 28. Capsicum scolnikianum Hunz. 29. Capsicum tovarii Eshbaugh et al. 30. Capsicum villosum Sendtn. Flores silvestres de Capsicum spp (*) Especies domesticadas Fuente: USDA-NPGS-GRIN, 2008

12 Las cinco especies domesticadas de Capsicum Especie Importancia en México Algunos tipos C. annuum var. annuum El mas importante (mayor área cultivada y consumo) C. frutescens Cultivado en áreas pequeñas (Tabasco y SE-México) C. chinense Cultivado en áreas pequeñas (Península de Yucatán) C. pubescens Cultivado en áreas pequeñas (partes altas de Michoacán, EdoMex y Veracruz) C. baccatum var. pendulum No cultivado ni consumido en México Ancho, Jalapeño, Bell, Serrano, Pasilla, Cayenne, Paprika, Piquin, etc. Tabasco, Malagueta Habanero, Scotch Bonnet, Naga Perón, Manzano, Rocoto Ají, Guindilla

13

14 Mesoamerica (México and Guatemala) C. annum Andes (Bolivia and Peru) C. baccatum and C. pubescens Bolivia Capsicum spp Amazonia (C. Chinense & C. frutescens) BOLIVIA - Nuclear Center of the Genus Capsicum - Dispersion and simultaneaneous domestication of Capsicum spp in different centers

15 Capsicum annuum Capsicum annuum, the most important Has almost all known types of chiles and varieties used around the world The largest cultivated area The largest volume of production The most consumed The most comercialized Jalapeños, Serranos, Anchos, Pasillas, Guajillos, Húngaros, Bell, etc. México Center of Origen, Center of Diversity of Capsicum annum Center of Domesticarían

16 Origin and cultivation of chiles around the World Places of origin Places of cultivation All chiles were domesticated in the Americas (Bolivia, South America, México & Central America) Currently they are cultivated all over the World

17 Algunos nombres de los chiles mas populares de México 1. Ancho 2. Poblano 3. Mulato 4. Pasilla 5. Guajillo 6. Mirasol 7. Jalapeño 8. Serrano 9. Anaheim 10. De árbol 11. Cola de rata 12. Pico de pájaro 13. Chilaca 14. Cascabel 15. Húngaro 16. Güero 17. Cristal 18. Pimiento 19. Bell 20. Caloro 21. Jaloro 22. Sandia 23. Fresno 24. Habanero 25. Manzano 26. Perón 27. Tabasco 28. Cayene 29. Malagueta 30. Guindilla 31. Ají 32. Piquin 33. Chiltepin 34. Chilpalla 35. Chile de cera 36. Chile conguito 37. Chile kipin

18 CLASIFICACION POR NIVEL TECNOLOGICO Y GRADOS DE DOMESTICACION + 1. Variedades Transgénicas 2. Variedades Hibridas 3. Variedades mejoradas de polinización libre (PL) = Variedades OP (Open Pollinated) = de polinización libre, o de polinización abierta. 4. Variedades criollas 5. Variantes de traspatio (semidomesticadas) 6. Formas silvestres -

19 Chiles Silvestres (Wild Chiles) Chiles Domesticados (Domesticated Chiles) Efectos de la Domesticación Effects of domestication

20 Efectos de la domesticación (Effects of domestication) Formas silvestres (Wild Chiles) 1. Todos producen frutos rojos al madurar (All produce small red fruits at maturity) 2. Generalmente muy pungentes (picosos) (Generally very pungent (hot) 3. Generalmente de crecimiento indeterminado-perene (Generally indeterminate growth-perenial 4. Semillas con dormancia/latencia (dificil de germinar) (Seeds are dormant- difficult to germinate) 5. Mantienen mecanismos de dispersion natural -caida de frutos maduros y dispersion por pajaros- (Maintain natural seed dispersal mechanisms) (Fruits drop at maturity and bird dispersal) Formas domesticados (Domesticated chiles) 1. Frutos de diferente tamaño, forma y color (Fruits of diferent size, shape and color) 2. Varian entre chiles dulces y muy picosos (Vary from sweet to very hot) 3. Generalmente crecimiento determinado-anual (Generally determinate-annual growth 4. Semillas sin dormancia/latencia (germinan facilmente) (Seeds with no dormancy) 5. Mecanismos naturales de dispersión ausentes -frutos maduros permanecen en la planta; sin consumo ni dispersion por pajaros- (No seed dispersal mechanisms -ripe fruits remain attached to plants; no bird consumtion-dispersal-)

21 CHILES DOMESTICADOS Y/O CULTIVADOS Pimiento, Morrón, Dulce, Pimentón (C. annum)

22 CHILE PIQUIN DEL NORESTE (NL, TAMPS, SLP)

23

24

25 CHILTEPIN DEL NOROESTE (Son, Sin, BC) CHILTEPIN Sonora exporta 50 toneladas anuales de chiltepín a EUA CHILE KIPIN (chile Japonés)

26 The rol of capsaicin in nature Wild Chiles mamals suceptible protection Capsaicin (PUNGENCY) + Bright Colors atraction consumption Birds + Nurse Plants seed Escarification Dispersión Fertilization Direct dispersion Seed Dormancy (Reduced germination) Germination Establishment Survival

27 COLECTA EN LINARES, NL

28 NODRIZAJE (MEZQUITE Y NOPAL)

29 Frutos esféricos y cónicos coexisten en diferentes ecoregiones

30 The Wild Capsicum database for México FUENTE/REFERENCIA Accesiones reportadas Baltazar-Montes, Salvador Montes et al Hernández-Verdugo et.al., 2001a & 2001b 16 Tewksbury et al, Loaiza-Figueroa, et al., NPGS-GRIN, Perramond, Herbario de Missouri 46 Colectas Kraft y Luna, Programa Agricultura de Zonas Áridas/Biotecnología Vegetal. Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste. S. C. (CIBNOR) 2 Comision Nacional para la Biodiversidad (CONABIO) 115 Herbario de la Direccion General de Geografia, INEGI 1 Herbario y Jardín Botánico/Universidad Autónoma de Puebla 12 Instituto Manantlán de Ecología y Conservación de la Biodiversidad. Universidad de Guadalajara 13 Herbario Universidad Autónoma de Queretaro 55 Facultad de Ciencias Forestales/UANL 51 Colectas Kraft y Luna, Herbario de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco 2 Herbario de la UNAM 406 Total 1235

31 557

32 Figura 4. Distribución potencial de las formas silvestres de Capsicum en ocho regiones de la Republica Mexicana. Para cada región se muestran dos mapas, uno en la parte superior con los puntos (o colectas) de referencia, y otro en la parte inferior con el área de distribución potencial predicha por FloraMap. El histograma con líneas muestra las condiciones de lluvia acumulada mensual (barras) y los promedios de temperatura mínima, media y máxima de cada mes (líneas) Bioclimatología de los Chiles Silvestres

33 Fig. 1 Map of 2006 and 2007 collections by Kraft and Luna. Points include physical collections and/or collections that were shared from Mexican collaborators

34 Total 466 muestras de semilla (accesiones, colectas)

35 Desarrollo de protocolos para germinación y regeneración de la colección

36 Asincronía en la floración (anteras inmaduras y estigma excerto) y crecimiento indeterminado

37 Variabilidad en morfología y coloración de frutos dentro de la colección

38 CHILES DOMESTICADOS Y/O CULTIVADOS Pimiento, Morrón, Dulce, Pimentón (C. annum)

39 Variabilidad en morfología y coloración de frutos dentro de la colección.

40 Variabilidad en el grado de pubescencia de hojas y ramas

41 Genetic Resources & Crop Evolution, Abril 2012

42 GENETIC ANALYSIS : 17 microsatelites & 194 accesions (nuclear DNA) STRUCTURE results. Notice the cohesion between the cluster containing Arizona, Jalisco, Sonora, Queretaro and Sinaloa the cluster is maintained as a K group when K=2 and K=3. K=2 K=3

43 APLICACIONES DEL SIG EN EL ESTUDIO DE LOS CHILES SILVESTRES DE MEXICO Que tanto sabemos sobre los chiles silvestres de México? Donde están? Como están? Riesgos y amenazas? Como identificar áreas con flujo genético potencial entre formas silvestres y domesticadas de Capsicum bajo cultivo? 1. Base de datos georeferida de chiles silvestres - diferentes fuentes y reportes mas dos expediciones de colecta en 2006 y Diversos insumos (cartografía digital, MDE, ecoregiones, división política estatal y municipal, vegetación, climas, uso del suelo, carreteras, áreas cultivadas con chile de riego y temporal) 3. Software especializado (ArcGis, Floramp, Excel, otros) 4. Criterios y supuestos de riesgo x cercanía (vuelo de abejas, sincronía en las floraciones, distancia mínima)

44 The Wild Capsicum database for México FUENTE/REFERENCIA Accesiones reportadas Baltazar-Montes, Salvador Montes et al Hernández-Verdugo et.al., 2001a & 2001b 16 Tewksbury et al, Loaiza-Figueroa, et al., NPGS-GRIN, Perramond, Herbario de Missouri 46 Colectas Kraft y Luna, Programa Agricultura de Zonas Áridas/Biotecnología Vegetal. Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste. S. C. (CIBNOR) 2 Comision Nacional para la Biodiversidad (CONABIO) 115 Herbario de la Direccion General de Geografia, INEGI 1 Herbario y Jardín Botánico/Universidad Autónoma de Puebla 12 Instituto Manantlán de Ecología y Conservación de la Biodiversidad. Universidad de Guadalajara 13 Herbario Universidad Autónoma de Queretaro 55 Facultad de Ciencias Forestales/UANL 51 Colectas Kraft y Luna, Herbario de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco 2 Herbario de la UNAM 406 Total 1235

45 Distribution of 1,235 reports (611 sites) of wild Capsicum across México

46 No Clima Colectas % COLECTAS 1 Cálido húmedo Cálido subhúmedo Semicálido húmedo (31%) 4 Muy seco cálido Seco cálido Seco semicálido Semiseco cálido Semiseco muy cálido Semiseco semicálido Semiseco templado (54%) 11 Templado subhúmedo (15%) TOTAL 11 CLIMAS

47 Colectas México No TIPO DE ECOSISTEMA TIPO DE VEGETACIÓN COLECTAS % 1 AGRICULTURA AGRICULTURA DE RIEGO AGRICULTURA AGRICULTURA DE TEMPORAL BOSQUE DE ENCINO BOSQUE DE ENCINO BOSQUE DE CONIFERAS BOSQUE DE PINO-ENCINO MATORRAL XEROFILO MATORRAL CRASICAULE MATORRAL XEROFILO MATORRAL SARCOCAULE MATORRAL XEROFILO MATORRAL SUBMONTANO PASTIZAL PASTIZAL CULTIVADO SELVA CADUCIFOLIA MATORRAL SUBTROPICAL SELVA CADUCIFOLIA SELVA BAJA CADUCIFOLIA SELVA SUBCADUCIFOLIA SELVA MEDIANA SUBCADUCIFOLIA SELVA PERENNIFOLIA SELVA ALTA PERENNIFOLIA ZONA URBANA ZONA URBANA TOTAL 9 TIPOS DE ECOSISTEMA TOTAL 13 TIPOS DE VEGETACION Colecta México No Uso de suelo Colectas % 1 Agricultura Bosque Matorral Pastizal Selva Zona urbana TOTAL 6 USOS

48 No ECO_1 ECORREGION NIVEL 1 Colectas % 1 9 Grandes Planicies Elevaciones Semiaridas Meridionales Sierras Templadas Selvas Calido-Secas Selvas Calido-Humedas TOTAL 5 ECOREGIONES DE NIVEL No ECO_2 ECORREGIONES NIVEL 2 Colectas % Planicie semiarida de Tamaulipas-Texas Altiplanicie Mexicana Sierra Madre Occidental Sierra Madre Oriental Sistema Neovolcanico Transversal Sierra Madre del Sur Planicies Costeras y Lomerios Secos del Gofo de Mexico Planicie Noroccidental de la Peninsula de Yucatan Planicie Costera, Lomerios y Cañones del Occidente Depresiones Intermontanas Planicie Costera y Lomerios del Pacifico Sur Sierra y Planicies de El Cabo Planicie Costera y Lomerios Humedos del Golfo de Mexico Planicie y Lomerios de la Peninsula de Yucatan Sierra de Los Tuxtlas Planicies y Lomerios del Occidente TOTAL 16 ECOREGIONES DE NIVEL

49 No ECO_3 ECORREGIONES NIVEL 3 Colectas % Planicies del Sur de Texas/Planicies y Lomeríos Interiores con Matorral Xerófilo y Bosque de Encino Lomerios y Planicies del Interior con Matorral Xerófilo y Bosque Bajo de Mezquite Bosques de Coníferas, Encinos y Mixtos de la Sierra Madre Occidental Bosques de Coníferas, Encino y Mixtos de la Sierra Madre Oriental Lomeríos y Sierras con Bosques de Coníferas, Encino y Mixtos del Centro de MÚxico Bosques de Coníferas, Encino y Mixtos de la Sierra Madre del Sur de Jalisco y Michoacán Bosques de Coníferas, Encino y Mixtos de la Sierra Madre del Sur de Guerrero y Oaxaca Planicie Costera con Selva Espinosa Sierra y Lomeríos con Selva Caducifolia y Bosque de Encino Planicie Noroccidental de Yucatán con Selva Caducifolia Lomeríos de Sonora y Sinaloa y Cañones de la Sierra Madre Occidental con Matorral Xerófilo y Selva Caducifolia Depresión Central de Chiapas con Selva Caducifolia Lomeríos y Piedemontes del Pacífico Sur Mexicano con Selva Espinosa Planicie y Lomerós de los Cabos con Selva Caducifolia y Matorral Xerófilo Sierra de La Laguna con Bosques de Encino y Coníferas Lomeríos con Selva Perennifolia Planicie Occidental Yucateca con Selva Caducifolia Sierra de los Tuxtlas con Selva Perennifolia Lomeríos y Planicies Costeras de Nayarit y Jalisco con Selva Perennifolia TOTAL 19 ECOREGIONES DE NIVEL

50 No ECO_4 ECOREGIONES NIVEL 4 Colecta % Planicie Interior Tamaulipeca con matorral xerofilo Lomerios y Sierras con matorral xerofilo y bosques de encino Lomerios y Planicies del Altiplano con matorral xerofilo y pastizal Sierra con bosques de coniferas, encinos y mixtos Sierra con bosques de encinos, coniferas y mixtos Sierra con bosque mesofilo de montana del Sistema Neovolcanico Transversal Sierras del Occidente de Jalisco con bosques de coniferas, encinos y mixtos Sierras con bosques de coniferas, encinos y mixtos de Guerrero y Oaxaca Planicie Costera con selva baja espinosa Selva baja caducifolia y bosque de encino de la Sierra de Dientes de Moreno Lomerios y Planicies con selva baja caducifolia (de la Sierra de Cucharas) Lomerios y Planicies con selva baja caducifolia (del Sureste de Xalapa) Planicie Noroccidental con selva baja caducifolia Lomerios con matorral xerofilo y selva baja caducifolia de Sinaloa y Sonora Depresion de Chiapas con selva baja caducifolia y mediana subcaducifolia Planicie Costera y lomerios del Pacifico Sur con selva baja caducifolia Planicie y lomerios con selva baja caducifolia y matorral xerofilo Sierra con bosques de encino y coniferas Lomerios del Norte de Veracruz con selva mediana y alta perennifolia Selva alta perennifolia de la vertiente del Golfo de la Sierra Madre del Sur Planicie Central Yucateca con selva mediana subcaducifolia Sierra de los Tuxtlas con Selva Alta Perennifolia Planicie y Lomerios con selva mediana subperennifolia del Occidente TOTAL 23 ECOREGIONES DE NIVEL

51 Distribution of wild Capsicum per municipality (291/2455 = 12 %) 12 % DE LOS MUNICIPIOS EN EL PAIS ALBERGAN CHILES SILVESTRES Municipios con chiles silvestres

52 Chiles cultivados bajo riego y temporal Distribution of cultivated peppers by municipality (32 states + DF; 564 out of 2455 municipalities = 26 %) 26 % de los municipios cultivan chiles (de riego y/o temporal) 14 % de municipios cultivan chiles de temporal Municipios que cultivan chiles

53 Potencial gene flow between wild and domesticated Capsicum based on distance

54 Sitios con riesgo potencial de flujo genético por cercanía 84 areas of potential gene flow between domesticated and wild forms of Capsicum in irrigated and rainfed agricultural areas of Mexico >riesgo en Nuevo León, Sinaloa, Veracruz y Jalisco Mayor riesgo en áreas con chiles de temporal?

55 GRACIAS!!! José de Jesús Luna Ruiz, PhD Centro de Ciencias Agropecuarias UNIVERSIDAD AUTONOMA DE AGUASCALIENTES

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