TRABAJO PRÁCTICO 7 GENÉTICA DE LA CONSERVACIÓN

Transcripción

1 TRABAJO PRÁCTICO 7 GENÉTICA DE LA CONSERVACIÓN La disciplina de la biología de la conservación surge con el reconocimiento de la biodiversidad como un proceso y no como un patrón estático. En 1974, Otto Frankel menciona por primera vez en su trabajo Genetic conservation: our evolutionary responsability la importancia de conservar toda la diversidad que se originó a lo largo de los millones de años de evolución, ya que no podemos predecir los cambios a los deberán hacer frente las especies en el futuro. La variabilidad genética es un requisito para la evolución y para responder a las presiones de selección; a mayor variabilidad, mayor será el potencial adaptativo de una especie. La genética de la conservación preserva a las especies no como una entidad estática, sino como entidades capaces de responder al cambio en el tiempo. Por lo tanto, el objetivo primordial es conservar la variabilidad genética de cada una de las especies. La diversidad genética es, por lo tanto, uno de los niveles de biodiversidad que debemos conservar, junto con las especies y los ecosistemas. La fragmentación del hábitat puede generar una reducción en los tamaños poblacionales al producir una barrera geográfica que interrumpe la dispersión de individuos entre poblaciones. Los estudios de estructuración poblacional permiten determinar el grado de flujo génico entre las poblaciones y estimar el número de migrantes entre ellas. Para la biología de la conservación es esencial identificar a las poblaciones que se encuentran aisladas entre sí, dado que comprenden distintas unidades de manejo (Mortiz 1994, Crandall 2000, Palsbøll et al. 2006). Las unidades de manejo se definen como unidades demográficas independientes con frecuencias alélicas distintivas. En muchos casos las poblaciones difieren en frecuencias alélicas sin evidencia de separación filogenética (monofilia recíproca), pero se conservan como la mejor aproximación para conservar la variabilidad genética a lo largo de la distribución de una especie. Las poblaciones pequeñas son más susceptibles a la pérdida de variabilidad genética, debido a que son más sensibles a los cambios estocásticos que pueden ocurrir a nivel ambiental (factores bióticos o abióticos), demográfico (proporción de sexos, tasas de mortalidad o reproducción) o genético (deriva génica, endogamia, acumulación de mutaciones). En distintas especies se ha visto que una menor variabilidad genética está correlacionada con un menor éxito reproductivo, que en algunos casos se relaciona con la endogamia y la consecuente expresión de alelos deletéreos. La proporción de alelos deletéreos en la población se denomina carga letal, y ésta puede aumentar cuando disminuye la variabilidad. Una acción para contrarrestar la pérdida de variabilidad genética en poblaciones pequeñas es la introducción de individuos provenientes de otras poblaciones. Sin embargo, cuando los híbridos tienen menor éxito de supervivencia que los individuos parentales la hibridación entre individuos de distintas poblaciones puede llevar a la depresión por exogamia. El objetivo de este trabajo práctico es estimar la variabilidad genética y la identificación de unidades de manejo en poblaciones de una especie. Además, se evaluará la conveniencia de reintroducir individuos de otra población en una población pequeña y aislada. Desarrollo Varios índices estiman la variabilidad genética: (1) Polimorfismo (P). Probabilidad de encontrar loci polimórficos (con dos o más alelos) en los loci de la población. El locus de mayor frecuencia debe tener una frecuencia inferior a P = # loci polimórficos / # total de loci (2) Heterocigosis media (H). Proporción de individuos de una población que son heterocigotas para un locus. H = Σ Hi / N

2 (3) Diversidad alélica (A). Número de alelos promedio por loci. A = Σ (A 1 + A A n) / N Se calculará el Índice de Fijación (Wright 1951) para estimar la endogamia y la estructuración entre poblaciones. El coeficiente de endogamia (F IS) es definido como: F IS = 1 - (Ho /He) donde Ho es la heterocigosis observada y He es la heterocigosis esperada cuando los apareamientos se dan al azar. Este coeficiente puede tomar un valor de 1 a 1. Si es de 0 no hay endogamia y la población está en equilibrio de Hardy-Weinberg. Cuando el valor es negativo significa que hay un exceso de heterocigotas y si es positivo es que hay un exceso de homocigotas. Cuando Ho < He se supone que en esa población se produjeron más apareamientos endogámicos de lo que se espera por azar. El parámetro más utilizado para estudiar la diferenciación genética entre poblaciones o subpoblaciones (i.e., la estructuración poblacional) es F ST. Para los alelos presentes, compara la heterocigosis esperada si todas las subpoblaciones pertenecieran a una población panmíctica con la heterocigosis esperada promedio para cada subpoblación: F ST = 1 - (H S / H T) donde H T es la heterocigosis esperada para la población total si fuera panmíctica y H S es la heterocigosis esperada promedio de las subpoblaciones. Cuando todas las subpoblaciones tienen frecuencias alélicas similares, F ST toma valores cercanos a 0, mientras que cuando las subpoblaciones están fijadas para diferentes alelos toma valores cercanos a 1. Esto indica que el flujo génico entre las subpoblaciones es reducido y que cada una evoluciona independientemente. Para calcular F IS y F ST se utilizará un análisis de variación jerárquico (AMOVA) con el programa Genalex v.6.5, de acceso libre. En este trabajo práctico se estudia una especie de roedor que habita zonas boscosas de la cordillera, el Ratón Topo Pardo Geoxus valdivianus. La tala de los bosques cordilleranos durante los últimos 100 años ha generado parches boscosos separados por zonas abiertas de distinto tamaño. Para evaluar el efecto de la fragmentación sobre la diversidad genética de la especie se tomaron muestras de 20 individuos pertenecientes a 3 poblaciones y se realizó un análisis genético de 4 loci microsatélites.

3 En este mapa se observa la ubicación de las tres poblaciones: Los datos obtenidos del genotipado son los siguientes: Población 1 Muestra Locus 1 Locus 2 Locus 3 Locus / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /194 Población 2 Muestra Locus 1 Locus 2 Locus 3 Locus / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /194

4 Población 3 Muestra Locus 1 Locus 2 Locus 3 Locus / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /190 Preguntas (1) A partir de la tabla, calcule los índices de variabilidad genética para las tres poblaciones. P H A Población Realizaremos los análisis genéticos utilizando el programa GenAlEx v6.5. Este programa es libre y es un complemento para archivos excel. Abra el archivo genotipos.xls que contiene los genotipos de los 20 individuos de las tres poblaciones. A continuación abra el archivo GenAlEx xla. En la solapa Complementos encontrará los módulos correspondientes al programa. Asegúrese que en la sopapa Options > Menus estén marcadas todas las 7 opciones dentro de Advanced Users Menu Options. (2) Calcule los índices de variabilidad utilizando el módulo Frequency. Marque las opciones Frequency by Pop y Het, Fstat & Poly by Pop. Compare con los cálculos realizados en el punto 1. (3) Presentan evidencia de endogamia las poblaciones estudiadas? (4) Analice el grado de estructuración poblacional entre las 3 poblaciones. Para realizar el análisis de varianza molecular utilice el módulo AMOVA. Marque que los datos son For AMOVA-Fst only / Codom-allelic) y Analysis for Total Only. Como salida (Output) marque as Tri matrix y Pop. En la siguiente ventana indique 999 permutaciones y marque Pie graph, Output fot Total Only, Output pairwise Fst matrix y Freq. Dist.. Cuál es el porcentaje de varianza molecular entre poblaciones? Y entre individuos dentro de cada población? Cuál es el valor de F ST global? Indica una estructuración significativa entre las poblaciones? Están las poblaciones diferenciadas genéticamente entre sí? Qué unidades de conservación definiría? Qué cree Ud. que podría estar generando la estructuración observada? (5) Se estudia la posibilidad de crear una reserva con prohibición de tala en la zona de estudio. Cuál de las tres poblaciones priorizaría Ud. para ser incluida en la reserva?

5 (6) Considerando que no se ha alcanzado la capacidad de carga del parche y para evitar que la población sufra las consecuencias propias de una población pequeña, se evalúa realizar una reintroducción de individuos provenientes de otra población. Para ello, se consideran individuos de una población cercana muestreada previamente, una población de la provincia de Chubut y una población chilena. Analice la probabilidad de que ocurra depresión por exogamia en cada caso siguiendo los lineamientos planteados por Frankham et al. (2011) (ver Anexo). BIBLIOGRAFIA CRANDALL KA, BININDA-EMONDS ORP, MACE GM & WAYNE RK (2000) Considering evolutionary process in conservation biology. Trends in Ecology and Evolution 15: FRANKEL O (1974) Genetic conservation: our evolutionary responsibility. Genetics 78:53-65 FRANKHAM R, BALLOU JD, ELDRIDGE MDB, LACY RC, RALLS K, DUDASH MR & FENSTER CB (2011) Predicting the probability of outbreeding depression. Conservation Biology 25: MORITZ C (1994) Defining evolutionary significant units for conservation. Trends in Ecology and Evolution 9: PALSBØLL PJ, BÉRUBÉ M & ALLENDORF FW (2006) Identification of management units using population genetic data. Trends in Ecology and Evolution 22:11-16 WRIGHT S (1951) The genetical structure of populations. Annals of Eugenics 15:

6 ANEXO 1.

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