Caldas la 17 (2); 333 - 340, 1993

VARIACION HETEROCROMATICA EN PROECHIMYSSEMISPINOSUS (RODENTIA: ECHIMYIDAE) DE LAREGION PACIFICA COLOMBIANA

MARTA LucíA BUENODepartamento de Biología, Universidad Nacional, Apartado 23227, Santafé de Bogotá, Colombia,

MARCELA GÓMEZ-LAVERDEFundación Ulamá, Apartado 93674, Santafé de Bogotá, Colombia,

ResumenMediante un estudio comparativo en poblaciones de Proechimys semispinosus del pacíficocolombiano se registra la presencia de dos razas cromosómicas; estas se diferencian porel patrón de heterocromatina constitutiva detectable mediante las técnicas de bandas C, Lapoblación de la localidad de Nariño presenta ausencia casi total de heterocromatinacentromérica y presencia de bloques grandes de heterocromatina telomérica en varioscromosomas, mientras que la población de la localidad del Chocó presenta bloques muypequeños de heterocromatina centromérica en la mayoría de los cromosomas y bloquespequeños y medianos teloméricos solo en tres pares cromosómlcos. La similitud del patrónde heterocromatina, entre las poblaciones de la isla Gorgona (Gómez-Laverde et al" 1990)y de Nariño, sugiere una estrecha relación entre ellas; este hecho se suma a las evidenciassobre la afinidad de la biota de la Isla con la región su roccidental de Colombia y del nortedel Ecuador, reportada en otros grupos biológicos,

AbstractThe presence oftwo chromosomal races Is reported in a comparative study of populatlonsof Proechimys semlspinosus from the Pacific lowlands of Colombia, These races aredifferenciated by the constitutive heterochromatin found using the C-band technlque. Thepopulation from Nariño locality lacks centromeric heterochromatin and has large blocks oftelomeric heterochromatin in several chromosomes while the population from Chocó loca lityhas small blocks of centromeric heterochromatin in the majority of the chromosomes andsmall and medium size blocks of telomeric heterochromatin only in three pairs of chromosomes,Thesimilarity between the heterochromatin pattem in the Gorgona island (Gómez-Laverdeet al" 1990) and Nariño populations suggests a very close relationship and supports theaffinities ofthe island's biota with the southwestem region of Colombia and northem regionof Ecuadorpreviously reported in others biological groups,

Introducción

Las ratas espinosas del género Proechimys son ungrupo muy diverso de roedores neotropicales; lasistemática del género ha sido objeto de grancontroversia (Hershkovitz, 1948; Moojen, 1948;Gardner, 1983; Gardner &Ernrnons. 1984 yPatton,1987). En los últimos años se han realizado impor-tantes trabajos para definir. con base en caracterís-ticas morfológicas. cariológicas y bioquímicas,las unidades taxonómicas de Proechimys, espe-cialmente en el norte de suramérica (Aguilera etal" (en prensa), Aguilera & Perez-Zapata. 1991;Benado et al" 1979; Gardner & Emmons, 1984;Patton &Gardner, 1972;Reig, 1980;Reig &Useche,1976 Y Reigetal., 1979.1980).

Estos estudios han puesto de manifiesto dentro delgénero una gran variabilidad cromosómica, docu-mentada ampliamente por Reig et al. (1980). Aun-que actualmente se conoce el cariotipo básico delas 22 especies,. con números cromosómicosdiploides que van desde 2n=14 hasta 2n=64-65(Reig, 1989), los estudios de bandas e son aúnescasos y se limitan a varias especies venezolanas(Aguilera&Perez-Zapata, 1991 y Aguileraetal.,en prensa). a dos especies colombianas (Bueno etal., 1989y Gómez-Laverde er c/., 1990)yaunaespecie brasilera (Yonenaga- Yassuda etal., 1985).

La única especie del género en la región pacíficacolombiana esProechimys semispinosus (Gardner,1983; Patton, 1987). Sin embargo. algunos autores

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han considerado que los Proechimys de la islaGorgona difieren morfológicamente de los habi-tantes de localidades continentales colombianas ypueden corresponder a una especie distinta, Losestudios cariológicos han revelado un númerocromosómico diploide constante de 2n = 30 paraesta especie (Alberico, 1986; Gardner &Emmons,1984; Gómez-Laverde et al., 1990; Patton &Gardner, 1972) y el único estudio de bandas Crealizado para la misma, en animales provenientesde la isla Gorgona, evidenció un patrón poco comúnde ausencia casi total de heterocromatinacentromérica y de presencia de bloques teloméricosen varios cromosomas (Gómez-Laverde et al"1990), Con el fin de conocer el cariotipo de otraspoblaciones de la región pacífica y comparar lospatrones de bandas C procedimos a estudiar indi-viduos provenientes de dos localidades continen-tales colombianas.

Metodología

Los ejemplares de Proechimys semispinosus secolectaron en el departamento de Nariño (veredaPital-Piragua, municipio de Tumaco) y en el de-partamento del Chocó (caserío Alfonso López,inmediaciones del Caño Gerujamía, municipio deQuibdó); de la primera localidad se procesaron 8animales y de la segunda 6, para un total de 14individuos analizados; se obtuvieron resultadossatisfactorios de bandas C en 5 individuos de lalocalidad de Nariño y en 2 individuos de la locali-dad del Chocó. Los animales estudiados se prepa-raron en piel y cráneo y se depositaron en lacolección teriológica del Instituto de CienciasNaturales (Universidad Nacional de Colombia,Santafé de Bogotá).

La obtención de los cariotipos se realizó concultivos de 68-69 horas siguiendo la metodologíatradicional para microcultivos de linfocitos ensangre periférica, (Moorehead et al., 1960;Hungerford, 1965 & Triman et al., 1975) ligera-mente modificada (Gómez-Laverde et al. 1990),Para la obtención de bandas NOR se utilizó latécnica básica de Bloom &Goodpasture (1976),con modificaciones de Howell & Black (1980),Para la obtención de las bandas C (CBG) se siguióla metodología de Summer(1972); adicionalmen-te, se empleó una técnica modificada (Torres,com. pers.) con hidróxido de Bario (3%) a tempe-

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ratura ambiente por 8 a 10 minutos, lavado poste-rior y deshidrataciones cortas (lO segundos) enpasos sucesivos con alcoholes al70 y 90% Ysecadoal aire. En la extracción del ADN de las regionesnegativas para bandas C, que se efectúa durante laincubación en 2xSSC (Comings et al., 1973; Pathak& Arrighi, 1973) a 60°C, se aumentó el tiempo de2 a 18 horas y antes de efectuar la coloración, lasláminas fueron pasadas nuevamente por los alco-holes.

La clasificación morfológica de los cromosomasen 4 grupos (A, B, C y D) se realizó de la mismamanera descrita para la isla Gorgona (Gómez-Laverdeetal,,1990),

Resultados y comparaciones

El cariotipo de Proechimys semispinosus de lasdos localidades continentales estudiadas compar-te el mismo número cromosómico diploide de 2n=30 y número fundamental NF=56, registrados parala Isla Gorgona, con una composición similar de losgrupos cromosómicos (A, B, C y D), solo con unadiferencia en la posición (dentro de estos gruposestablecidos) del parcromosómico portador de unaconstricción secundaria, que en las poblacionescontinentales corresponde al par B-8 yen la pobla-ción insular al par B-7 (por serun poco más grande),Las bandas NOR se presentan únicamente en esepar cromosómico B-8 (fig, 1), en las poblaciones de

\',•.".. *

p "

Figura 1: Bandas NOR de Proechimys semispinosusdel Chocó. La flecha indica los cromosomas portado-res de las bandas NOR que corresponden al par B-8.

Bueno & Gómez-Laverde' Heterocromática

A2 3 XX

1

B6 74 5

I8 10 11

e 13 1412

Figura 2: Cariotipo con bandas C de Proechimys semispinosus (hembra) de Nariño. Nótese la presencia de bloquesteloméricos distales en los brazos largos del par B-7 y en los brazos largos y cortos del par B-8 (encontrados en 4 de los5 individuos analizados). La flecha indica el bloque centroméricogrande en solo un cromosoma del par A-3.

las dos localidades continentales; en los indivi-duos de la isla Gorgona estas bandas estuvieronpresentes únicamente en el par cromosómico B-7.

Se encontraron diferencias en las bandas C, querevelaron dos patrones de heterocromatina:

1)En la población de Nariño, se encontró un patrónsimilar al descrito para la isla Gorgona (figs. 2 y 3)que consiste en ausencia casi total de hetero-cromatina centromérica (presentándose solo pe-queños puntos centroméricos no detectables entodas las metafases, que se expresan más frecuen-temente en los cromosomas de los grupos By C) ypresencia de heterocromatina telomérica, en blo-ques grandes en el par cromosómico A-3 (en losbrazos cortos), en el par B-7 (en los brazos largos),

enlosparesB-8,B-9,B-lOyB-11 (en ambos brazos)yen los pares C-13 y C-14 (en los brazos largos).

En un individuo deNariño se evidenció (en una solametafase) un bloque centromérico grande en uno delos cromosomas del par A-3 (fig. 2, señalado conuna flecha). Adicionalmente, se detectó poli-morfismo para la banda heterocromática del par B-7, apenas perceptible en los brazos largos de estepar cromosómico, en uno de los cinco indi viduosanalizados (fig. 3) Y en el par B-8 pues el mismoindividuo presentó heterocromatina solo en losbrazos cortos (fig. 3) mientras que en los otroscuatro individuos está presente en ambos brazoscromosómicos (fig. 2). En los ejemplares estudia-dos de la isla Gorgona, el par B-7 posee bandas Csimilares en tamaño en ambos brazos mientras que

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A

1

B4 5

8 9

e12

xy3

6 7

10 11

+It14

Figura 3: Cariotipo con bandas C de Proechimys semispinosus (macho) de Nariño. Nótese la ausencia casi total deheterocromatina te lomé rica en el par 8-7 yen los brazos largos del par 8-8 de este ejemplar. La flecha indica la duplicaciónde la banda telomérica en un cromosoma del par C-14.

en el par correspondiente de las poblaciones con-tinentales (B-8) la banda de los brazos largos esmás pequeña que la de los brazos cortos.

Suponemos que el par cromosómico B-7 de losejemplares estudiados en la isla Gorgona y el B-8de las poblaciones continentales son homólogos.Como se mencionó anteriormente, este es el únicopar portador de una constricción secundaria muynotoria y de las NOR. Souza &yonenaga- Yassuda(1984), resaltaron la presencia, en todas las espe-cies de la familia Echimyidae, de un solo parcromosómico con una constricción secundaria yseñalaron su utilidad como marcador. La variaciónen el tamaño de los cromosomas marcadores de losejemplares estudiados en las localidades conti-nentales del pacífico, responsable de su distinta

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ubicación en la clasificación morfológica, conrespecto a los de la isla Gorgona, podría estarrelacionada con la variación en el tamaño de losbloques heterocromáticos y de las NOR. La reali-zación de sistemas de bandas sucesivas G-C servi-ría para confirmar completamente su homología.

El par C-14 presenta un polimorfismo similar aldescrito para los animales de la isla Gorgonaconsistente en un incremento en la banda hetero-cromática terminal, responsable del aumento entamaño de un cromosoma con respecto a suhomólogo, presente en algunos individuos (fig 3).

El cromosoma X es acrocéntrico, de tamaño me-diano (correspondiente por tamaño a los del grupoB) ypresenta un pequeño bloquedeheterocromatina

Bueno & Gómez-Laverde: Heterocromática

A

1 2

B4 5

8 9

e 11312

xy3

6 7

10

14Figura 4: Cariotipo con bandas C de Proechimys semispinosus (macho) del Chocó. Nótese la presencia de bloquesheterocromáticos centroméricos muy pequeños en todos los pares cromosómicos de los grupos A. By CYlos bloques distalesteloméricos pequeños en el parB-10 (en los brazos largos) y medianos en los pares C-13y C-14.

centromérica y una banda C positiva intercalar enla región próxima al centrómero. El cromosoma Y,el más pequeño del complemento, presentaheterocromatina prácticamente en todo el brazolargo (fig. 3).

2) En la población del Chocó, el patrón encontradose caracteriza por la presencia de bloquesheterocromáticos centroméricos muy pequeños entodos los pares cromosómicos de los grupos A, ByC y bloques distales telornéricos, pequeños en losbrazos largos del par B-l Oy medianos en los paresC-13 yC-14 (fig.4).

El patrón heterocromático del par sexual en las 3poblaciones, (isleña y continentales) es muy pare-cido, con un bloque intercalaren la región proximal

del cromosoma X y un bloque que ocupa práctica-mente todo el brazo largo del cromosoma Y. Labanda intercalaren elX está ausente en Proechimysiheringi del Brasil (Yonenaga- Yassuda et al., 1985)yen Proechimys sp de Colombia (Bueno et al.,1989).

La presencia de heterocromatina centromérica entodos los cromosomas y de bandas heterocromáticasmediales y/o terminales en al menos dos o trespares cromosómicos ha sido reportada para otrasespecies del género (P. canicollis y P. trinitatis) enVenezuela (Aguilera & Perez-Zapata, 1991); enestas especies sin embargo, los pares cromosómicoscon bandas terminales o mediales son acro-céntricos.

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Discusión

1) Tradicionalmente se ha considerado que lasregiones heterocromáticas consisten en ADN alta-mente repetitivo que tiende a replicarse tardía-mente, contienen pocos genes activos y se coloreanpositivamente en las preparaciones para bandas C(Nagl, 1985). En general, la heterocromatina selocaliza en las regiones pericentroméricas de loscromosomas (Arrighi &Hsu, 1971); la ubicaciónterminal (telomérica) e intersticial es menos fre-cuente (Baverstock et al., 1976; ver revisión enFreitas et al., 1984).

Aunque el mecanismo fundamental de la apariciónde las bandas C es aún poco comprendido, se aceptaque es una desnaturalización seguida por unarenaturalización de las secuencias repetitivas.Evidencias bioquímicas indican que hay una con-siderable pérdida de ADN en este proceso, prefe-rencialmente en las regiones no C del cromosoma(Pathak et al., 1973 & Comings, 1978). Por lasdiferentes respuestas obtenidas en los cromoso-mas de varias especies a las técnicas, se postula laexistencia de más de un tipo de heterocromatinaconstitutiva. La heterocromatina centroméricacontiene ADN altamente repetitivo más resistentea la desnaturalización en tanto que la hetero-cromatina telomérica es muy sensible a los trata-mientos para bandas C por lo que probablementerepresenta zonas con ADN moderadamenterepetitivo. (Pope seu &DiPaolo, 1979).

En nuestra investigación de los cariotipos delgénero Proechimys, en el Pacífico, para la obtenciónde bandas C teloméricas de buena resolución fuénecesario modificar la técnica. La metodologíatradicional de Summer (1972) empleada en losanimales de la isla Gorgona no permitió una clararesolución de las bandas que se aprecia en lainsuficiente calidad de las mismas (Gómez-Laverde etal., 1990, fig. 5.12). Con la utilizaciónde la técnica modificada, en este trabajo, se logróuna excelente calidad de bandas C (figs. 2Y3). Esteresultado proporciona evidencia de la presencia deADN con distintos grados de repetición, que oca-siona diferencias en la susceptibilidad a los trata-mientos con álcalis o sales y en la afinidad porcolorante, como ha sido reportado por Popescu &DiPaolo (1979). Las regiones heterocromáticasteloméricas de los animales de las localidades de

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Nariño y de la isla Gorgona son más sensibles a lostratamientos para bandas C que las regionesheterocromáticas centroméricas de los animalesde la localidad del Chocó, lo que sugiere queprobablemente se trate de tipos de heterocromatinadiferentes.

La interpretación de nuestros resultados no essencilla. En varios grupos de roedores se han obser-vado claras evidencias del papel generado por losrearreglos cromosómicos en la evolución yespeciación del grupo; los eventos más comunes enlos sucesos de especiación son las traslocacionesrobertsonianas y las inversiones y adicionesheterocromáticas (Robbins & Baker 1981). Enmamíferos, una de las formas más comunes deevolución cariotípica se presenta en los cambiosen la cantidad y en la distribución de laheterocromatina (Baker et al., 1987). Se ha sugeri-do que el material de composición de las bandas Cy/o las secuencias altamente repetitivas de ADNson importantes en varios aspectos biológicos comoel apareamiento exitoso entre homólogos, las tasasde mutación y recombinación, el metabolismocelular, la expresión génica y la especiación (Bakeret al., 1987). Pero, aún debe ser establecido si losbloques heterocromáticos distales tienen una fun-ción o estructura equivalente a los bloquescentroméricos.

Podríamos pensar entonces que las diferenciasentre los dos patrones de bandas C encontrados (elcorrespondiente a la isla Gorgona y Nariño por unaparte y el correspondiente al Chocó por otra parte)estarían reflejando una separación inicial entre laspoblaciones involucradas; sin embargo, como loresalta Reig (1989), hay que tener cuidado enatribuir efectos de aislamiento reproductivo a cual-quierdiferencia cromosómica encontrada sin tenerevidencia experimental directa.

2) Tanto el origen de la isla Gorgona como lasafinidades de su biota con la biota continental hansido motivo de controversia. Alberico (1986) pos-tula el aislamiento de Gorgona del continente, porbarreras geográficas que impidieron la migraciónde la fauna del norte (Serranía del Baudó) y del este(Cordillera Occidental) explicando asíla afinidadencontrada entre la fauna zoológica de la Isla y delas regiones de Tumaco (Nariño, en el suroccidentede Colombia) yEsmeraldas (noroccidente de Ecua-

dor). Por otro lado, Rangel (1990) presenta porcen-tajes de similitud florística alta entre la isla y laregión chocoana que evidencian una separación oaislamiento reciente, en términos geológicos, en-tre la isla y la región pacífica. La informaciónobtenida en este trabajo revela una mayor afinidadentre los Proechimys de la isla Gorgona y los deNariño que la observada con los de la localidad delChocó y se suma a la evidencia de esta afinidadencontrada en otros grupos zoológicos, ya que no eslógico suponer que características cromosómicastan poco comunes como la ausencia casi total deheterocromatina centromérica y la presencia deheterocromatina telomérica en varios cromoso-mas hayan surgido en los Proechimys semispinosusde las poblaciones de la isla Gorgona y de Nariñocomo eventos independientes, por lo que puedenser tomadas como indicadoras de un origen comúnentre los animales de las dos localidades. Al estu-diar un número mayor de poblaciones de estaespecie, a lo largo del pacífico colombiano yecuatoriano, posiblemente se podrá encontrar lazona de contacto entre las dos razas cromosómicasy determinar con exactitud su distribución.

Para poder entender la evolución del géneroProechimys es necesario conocer las relacionescariotípicas de las diferentas formas a través de surango geográfico; estos estudios han sido llevadosa cabo en el norte de Venezuela, en poblaciones dela superespecie Proechimys guairae y han permi-tido formular hipotésis sobre los rearreglos involu-crados en la evolución cariotípica de este grupo(Reig, 1980; Reig et al., 1980; Aguilera et al.,1989). En Colombia sin embargo el conocimientocariológico del género Proechimys es insuficientey está limitado a datos puntuales, por lo que se haceindispensable continuar con las investigaciones,para conocer y entender la evolución de las nume-rosas especies del género presentes en el país.

Agradecimientos

Este trabajo forma parte de la tesis del Posgrado enSistemática, áreaZoología (InstitutodeCienciasNatu-rales,Universidad Nacional deColombia) de la segun-da autora y contó con el apoyo del Instituto deCienciasNaturales (Programa "Biota y ecosistemas deGorgona") ydel Instituto Nacional de Salud,GrupodeGenética(Programadecitogenéticaanimal-reservorios

Bueno & GÓmez·Laverde: Helerocromálica

silvestres) a cuyo personal las autoras expresan susmas sinceros agradecimientos. La segunda autoraagradece especialmente alDr. Alberto Cadena por suapoyo durante el desarrollo del proyecto y a la DraMarisol Aguilera por sus valiosos comentarios a laversión final del manuscrito.

Literatura citada

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