JOSEFA FERNÁNDEZ-LÓPEZ

La diversidad genética de loscastañares españoles (Castaneasativa Miller)y sus implicaciones enconservación y selección demateriales de base

JOSEFA FERNÁNDEZ-LÓPEZ

Septiembre de 2009, Ávila

Ana Belén Monteagudo, Raquel Blanco Silva,Beatriz Míguez, Pilar Furones Pérez, MªEugenia Miranda Fontaiña, Raquel Díaz, JavierFernández Cruz

Titulo La diversidad genética de los castañares españoles (Castanea sativa Miller) y sus implicaciones en conservación y selección de materialesde base (Josefa Fernández-López)

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Gran parte de las poblaciones de castaño están manipuladasmediante injertado o tratamiento a monte bajo para la obtenciónde madera o/y de castañas y son muy escasas las poblacionessilvestres no manejadas

Se trata de una situación con muchos siglos de historia pues hayevidencias del cultivo en Italia durante el imperio romano y enEspaña desde la Alta Edad Media

Como consecuencia durante varias décadas se generalizó la ideade que el castaño es una especie introducida para cultivo en laPenínsula Ibérica


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Para el establecimiento de estrategias de conservación dela diversidad y de selección de materiales dereproducción es conveniente saber:

¿Cuál es la estructura geográfica de las poblaciones?

¿Cómo ha afectado la domesticación a la diversidad?


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Refugios de Castanea sativa (pólen fósil)

Conocimientos sobre el origen y la diversidad del castaño europeo

• Los registros de pólen fósil permitieron identificar refugios en lapenínsula Ibérica (Blanco et al., 1997; Krebs et al. 2004; Ramil-Rego et al., 1998).

• Los polimorfismos isoenzimáticos permitieron identificar un refugiode elevada variabilidad en el Este de Turquía y disminución de variabilidadhacia el W de Europa (Villani et al., 1994 y 1999).

• Se identificaron haplotipos (cpADN) específicos de la península Ibérica(Fineschi et al., 2000 y Abuín y Fernández-López).


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CR1TIEBUR

CR2

CR3

CR4

MAB

CIS ars

CR5

CR6VI

G

LOU

FORQUE

M.A

CR7 CR8

ANC

MRX

CR9

MCUR

fer r

PORR

CR10

CR11

CR1

12,3

4

5

78

10

1112

9,15

17

13

146

16

SSRs e isoenzimasOBJETIVOS del Proyecto CASTANEAREGEstudio de la Variabilidad del castaño silvestre Caracteres adaptativos

OBJETIVOS DE LA COMUNICACIÓN1. Estimar el grado de clonalidad de origen artificial2. Identificar poblaciones de diferente origen3. Estimar la diversidad de los rodales


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Poblaciones estudiadas

Tamaño de la muestra

Nº de poblaciones= 17

Nº árboles/población= 30

Nº total de árboles= 510

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CR1

TIEBUR

CR2

CR3

CR4

MAB

CIS ars

CR5

CR6VI

G

LOU

FOR

QUE

M.A

CR7 CR8

ANC

MRX

CR9

MCUR

fer r

PORR

CR10

CR11

CR1

1

4

8

10

11

9,1513

14

6

17

16

Monte bajo

Poblaciones: 17, 16

Monte alto: Sin desmoches ni injertos

Poblaciones: 2, 3, 4, 5, 6, 7,12

Monte alto mezclado con domesticados

Muestreo evitando desmochados/injertadosPoblaciones: 1, 11, 10, 14, 8, 13, 9 y 15

2,3

5

7

12

11

*Consejo:

Para utilizar esta plantilla de fondo para su presentación, debe seleccionar la opción “Duplicar diapositiva” para añadir másdiapositivas en lugar de “Nueva diapositiva”.


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Métodos `para describir la estructura geográfica (diferenciacióny diversidad) e identificar clones:

• Los marcadores mas utilizados para estos objetivos son losmicrosatélites o SSRs por su elevado polimorfismo

• Los isoenzimas siguen teniendo valor por ser muyconservativos y por su valor para diferenciar híbridos inter-específicos de diferentes clases genealógicas

*Consejo:

Para utilizar esta plantilla de fondo para su presentación, debe seleccionar la opción “Duplicar diapositiva” para añadir másdiapositivas en lugar de “Nueva diapositiva”.


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Marcadores genéticos10 microsatélites (SSRs): di o trinucleótidos elegidos por Barreneche et al., (2004)

Marinoni etal., 2003

Buck et al.,2003

Kampfer etal., 1998

Los SSRs amplificados se analizaron en un equipo Beckman Coulter de electroforesiscapilar (CEQ 8800)


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Marcadores genéticos

13 loci isoenzimáticos polimórficos resueltos en gel de almidón (Fernández López, 1996)

1222 12 11

2211

12 11 3313 11 1413 13 13131313 33 13 14 13 33 23 331313

Pgi Mdh

Idh

DiaUgp


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Pgen= probabilidad de un genotipo por propagación sexualPsex= probabilidad de que individuos del mismo MLG sean ramets delmismo clon.Si Psex > 0.05 entonces se pueden considerar del mismo clon

Estimaciones de clonalidad en cada población GENCLONE(Arnaud-Haond y Belkhir, 2007)

Identificación de diferentes genotipos multilocus (MLGs): G

Riqueza genotípica: R = G-1/N-1R = 0 rodales monoclonales R= 1 todos los indiv. diferentesClonalidad: Frecuencia de individuos clonados en la población


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Clonalidad de los rodales

Pob. 15 Mercurín

Pob. 11 Antoñana

Menoresvalores de R

ma+ci

Población R Cl Nº cl

8 Chantada 0,84 0,21 2 cl pb (*)

9 Mercurín 0,76 0,27 2 cl /1 pa

15 Mercurín 0,55 0,43 2cl /1 pa

ma

Población R Cl Nº cl

4 Ronda 0,87 0,19 2 cl pb

11 Antoñan 0,81 0,17 1 cl pa

14 Catasós 0,88 0,17 1cl pa

Valores de R > 0,92 11 poblaciones de Ma, Mb con Cl=0

(*)2 cl pb : identificados 2 clones con probabil. Baja; pa: probabil. alta


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Poblaciones ancestrales STRUCTURE Pritchard et al. (2000); Falush et al. (2003)

• Asigna individuos genotipados a una de las K poblaciones en las quese pueden agrupar los individuos muestreados con el objetivo de quecada una esté constituída por individuos en equilibrio de Hardy-Weinberg

• Un individuo puede tener su origen en una o varias poblaciones% Ancestría

0 %

100 %

70 % P2

30 % P1

P1 P2•Admixture model para K=2- 6 y 40.000 iteraciones

• Identificación del número mas probable de poblaciones ancestrales K(Evanno et al., 2005)


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K = 3poblacionesancestrales

% Ancestría

0 %

100 %70 % A3

30 % A1

A1 A2 A3

Origen de las poblaciones silvestres actuales en tres poblacionesancestrales

Coherencia con información previa de restos fósiles

y de cpDNA (RFLPs) e ISSRs

G

LOU

FOR

QUE

M.A

CR7 CR8

ANC

MRX

CR9

MCUR

fer r

PORR

CR10

CR11

CR1

Sur de Galicia

Costa Cantábrica y Nw

Mediterráneas


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G

LOU

FOR

QU E

M.A

CR7 CR 8

AN C

MRX

CR9

MC UR

fer r

PORR

CR10

CR11

CR1

Poblaciones mas puras en los extremos e híbridas en las zonas decontacto

Las poblaciones actuales proceden probablemente de las poblacionesconservadas durante la última glaciación, identificadas medianteresiduos fósiles


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12 11 3313 11 1413 13 13131313 33 13 14 13 33 23 331313

Pgi Mdh

Idh

Dia

Nº de alelos (Na), Nº efectivo de alelos (Ne)

Heterocigosidad observada (Ho), Heterocigosidad esperada (He)

Estimaciones de diversidad dentro de cada población

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Diversidad dentro los rodales

Na ISO

-0,3

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

15 9 1 4 2 3 14 7 16 11 8 5 6 10 12 13 17

H0 ISO

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

15 9 1 4 2 3 14 7 16 11 8 5 6 10 12 13 17

He ISO

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

15 9 1 4 2 3 14 7 16 11 8 5 6 10 12 13 17

Na SSRs

-1

-0,5

0

0,5

1

15 9 1 4 2 3 14 7 16 11 8 5 6 10 12 13 17

H0 SSRs

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

15 9 1 4 2 3 14 7 16 11 8 5 6 10 12 13 17

He SSRs

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

15 9 1 4 2 3 14 7 16 11 8 5 6 10 12 13 17

G

LOU

FOR

QU E

M.A

CR7 CR8

ANC

MRX

CR9

MCUR

fer r

PORR

CR10

CR11

CR1


Los mayores valores de diversidad se encuentran en los rodales de la Pa2 del

Sur de Galicia


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Diversidad dentro los rodales

Na ISO

-0,3

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

15 9 1 4 2 3 14 7 16 11 8 5 6 10 12 13 17

H0 ISO

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

15 9 1 4 2 3 14 7 16 11 8 5 6 10 12 13 17

He ISO

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

15 9 1 4 2 3 14 7 16 11 8 5 6 10 12 13 17

Na SSRs

-1

-0,5

0

0,5

1

15 9 1 4 2 3 14 7 16 11 8 5 6 10 12 13 17

H0 SSRs

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

15 9 1 4 2 3 14 7 16 11 8 5 6 10 12 13 17

He SSRs

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

15 9 1 4 2 3 14 7 16 11 8 5 6 10 12 13 17

G

LOU

FOR

QU E

M.A

CR7 CR8

ANC

MRX

CR9

MCUR

fer r

PORR

CR10

CR11

CR1

La diversidad de las poblaciones mediterráneas evaluada con isoenzimas esmenor que la de las poblaciones del Norte

La diversidad determinada con SSRs es muy variable entre regiones y no estácorrelacionada con la determinada por isoenzimas


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Diversidad dentro los rodalesNa ISO

-0,3

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

15 9 1 4 2 3 14 7 16 11 8 5 6 10 12 13 17

H0 ISO

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

15 9 1 4 2 3 14 7 16 11 8 5 6 10 12 13 17

He ISO

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

15 9 1 4 2 3 14 7 16 11 8 5 6 10 12 13 17

Na SSRs

-1

-0,5

0

0,5

1

15 9 1 4 2 3 14 7 16 11 8 5 6 10 12 13 17

H0 SSRs

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

15 9 1 4 2 3 14 7 16 11 8 5 6 10 12 13 17

He SSRs

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

15 9 1 4 2 3 14 7 16 11 8 5 6 10 12 13 17

G

LOU

FOR

QUE

M.A

CR7 CR8

ANC

MRX

CR9

MCUR

fer r

PORR

CR10

CR11

CR1

Las poblaciones afectadas por domesticación-injertado- tienen > Ho (SSRs)

La diversidad (He) es mayor en las poblaciones híbridas (SSRs)

Titulo La diversidad genética de los castañares españoles (Castanea sativa Miller) y sus implicaciones en conservación y selección de materialesde base (Josefa Fernández-López) 18/20

Relación entre variación neutra y variación adaptativa

Diferenciación de poblaciones del Norte y Mediterráneas: Hay ciertacoincidencia entre las pautas de variación de marcadores neutros y decaracteres adaptativos que facilitará planificar el uso conservativo de losrecursos genéticos

Los árboles de las poblaciones mediterráneas inician su crecimiento anualantes que los de las septentrionales (Fernández López et al., 2005 a y b)

Tienen menor dominancia apical que los del Norte

Menor resistencia al frío (Díaz et al., 2009)

Mayor resistencia a la sequía (Lauteri et al., 2004; Pliura y Eriksson, 2002)

Las poblaciones del Norte son mas resistentes a Phythopthora sp.(Miranda-Fontaiña y Fernández López, 2006)


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As Fragas do Eume Pob.13

Variedades injertad. frecuent.PA3-Norte: 0.84

He = 0.61 Cl = 0

Fraga de Catasós Pob.14Variedades injert. escasas

PA2-Sur de Galicia: 0.88

He = 0.69 Cl = 0

El castañar de HervásPobs. 2 y 3 Monte alto

PA1-Mediterráneas: 0.93

He = 0.60 Cl = 0

Recomendamos la conservación de una red de rodalesrepresentativos de la variabilidad identificada (Fernández López y Alía, 2003).


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Recomendamos la selección de una red de rodales para la recogida desemillas en cada una de las zonas identificadas destinadas a utilizar en lasplantaciones a realizar en la misma región de origen (Fernández López y Alía, 2003)

en los siguientes casos:

• En las plantaciones a realizar en áreas con sequía estival fuerte y en áreasde clima continental, con peligro de heladas si no hay materiales dereproducción cualificados y controlados con garantías de adaptación

• En las plantaciones cuya finalidad prioritaria es la conservación

Agradecimientos:

• A Teresa Barreneche del INRA de Burdeos por su ayuda con los protocolos de SSRs• A Elena Vilches y a sus compañeros de la Diputación Foral de Álava por su ayuda en laspoblaciones de Antoñana y Etxaguen• Al personal de Lourizán por el trabajo de campo

Projectos:

• CASCADE (EVK2-CT-1999-00006 del V programa marco de la UE)• 092CastaneaREG (INTERREG IIIB Espacio Atlántico)• PGIDIT04PXIC50201P (del Programa IN.CI.TE. Xunta de Galicia).

Contacto:

Josefa Fernández López (e-mail: [email protected]; tfno: 34.986.805002/00)

Centro de Investigación Forestal de Lourizán Aptd. 127 36080 Pontevedra España

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