Bases de la aplicación de la

ECOGEOGRAFÍAen la conservación y uso de los recursos fitogenéticos

Mauricio Parra Quijano

Coordinador Programa

CAPFITOGEN

Primera parte

1. Que es la ecogeografía

2. Que son los Sistemas de Información Geográficos SIG

¿Qué es la Ecogeografía?

Estudio del escenario adaptativo de un individuo, población o especie, mediante el análisis de los factores bióticos y abióticos que condicionan su supervivencia.

Ecogeografía

Producto de losgenes modeladospor el ambiente,objetivo final dela mejora

Información heredada y heredable(genes vistos en conjunto) que se traduce en proteínas

Efecto modelador de los genes y sus productos. Puede tener tanto peso que condiciona la aparición o no de genotipos

AmbienteFenotipo = Genotipo + Ambiente + interacción genotipo x ambiente

ADAPTACIÓN

Plantas

Abiótica

Biótica

Antrópica

Escenario adaptativo

Parte antrópica

Divisiones administrativas, uso de suelo, vías de comunicación, sistemas productivos, etc.

Parte biótica

Vegetación, distribución enfermedades, plagas, herbívoros, organismos asociados…

Componente geofísico

-Pendiente

-Orientación

-Altitud

-Latitud/Longitud

-Radiación solar

Parte abiótica

Parte abiótica

-Precipitación

-Temperaturas

-Índices bioclimáticos

Componente bioclimático

Parte abiótica

Componente edáfico

-Tipo de suelo

-pH

-CIC

-% carbón orgánico

-Profundidad efectiva

-% arcilla, limo y arena..

Aplicabilidad

De acuerdo al grado de domesticación

Influencia humana

Adaptación específica

•Materiales de mejora (plant breeding)

•Variedades de especies cultivadas:Variedades comercialesVariedades locales (criollas)Variedades antiguas

•Formas semicultivadasEstados intermedios de domesticación

•Especies silvestres:De uso directo (pastos, especies madereras, etc)De uso indirecto a través de cruzamientos (parientes de cultivadas)De uso potencial

Aplicabilidad

El día de la recolección?

Sol, 15ºC, No lluvia, etc.

Pero…¿siempre es así?

Tiempo para recolectar muestras suelo?

Medir inclinación terreno?

Aparatos para cuantificar radiación solar?

Cómo caracterizar un sitio de colecta

¿Y si son cientos de sitios de recolección?

La respuesta está en los

SIG

y las

variables

ecogeográficas

en forma de capas para SIG

¿Qué son los SIG?

Definición breveSistema computacional para analizar datos espacialmente referenciados

Surgen…en los años 60 en Canadá con la necesidad de manejo de áreas forestales

Se aplican en la actualidad en…la protección ambiental, planificación urbana y regional, manejo de recursos, tierras y suelos, catastro, localización óptima de sitios (colegios, empresas, hospitales, etc.), aspectos militares, entre otros

+ +

¿Qué permiten los SIG?

Para el caso que nos atañe, los SIG permiten

• Mostrarnos objetos en forma de puntos, líneas o polígonos y ubicarlos sobre la representación de la superficie terrestre (mapa)

• Crear áreas (de influencia) alrededor de dichos puntos, líneas o polígonos

• Sobreponer esos objetos a mapas que pueden contener diferente tipo de información (mapas temáticos)

• Transformar esos mapas a nuestra conveniencia

• Extraer información para cada punto de uno o más mapas sobrepuestos

• Hacer todo esto con bastante rapidez y confiabilidad

Gráficamente…

Y

X

Punto Roads Land use Elevation

1 C-405 Forest 1110

2 A-2 Urban 294

3 NIV Swamp 562

Estaríamos caracterizando

ecogeográficamente el

sitio de recolección

Y las variables de donde se extrae?

En SIG se conocen como capas, y las hay de dos tipos

Vectorial Raster

Imagen ©ESRI

Como mapas, poseen:

1. Escala2. Sistema de coordenadas

Y se agrupan por temáticas:

1. Bioclimáticos2. Geofísicos3. Edáficos4. Bióticos5. Antrópicos

Fuentes de información

A nivel nacional suele existir cartografía en forma de capa, pero en general no son de acceso público y/o gratuito. Su resolución suele ser alta al abarcar menos espacio (un país). Pregunte en su Instituto Geográfico Nacional de confianza.

A nivel internacional, hay una creciente oferta de información, generalmente de acceso público y gratuito (para usos no comerciales) y su resolución es progresivamente mayor (debido a su alcance global). Recomendables:

• Global Administrative Areas (GADM), http://www.gadm.org•WorldClim, http://www.worldclim.org•Harmonized world soil database (HWSD) http://webarchive.iiasa.ac.at/Research/LUC/External-World-soil-database/HTML/•Globcover http://due.esrin.esa.int/globcover/•FAO geonetwork http://www.fao.org/geonetwork/srv/en/main.home•CGIAR-SRTM http://srtm.csi.cgiar.org/•ESRI http://www.esri.com/data/free-data•WWF ecoregions http://worldwildlife.org/biomes

Software SIG y herramientas asociadas

Software

•DIVA-GIS (software SIG) http://www.diva-gis.org•ArcGIS de ESRI http://www.esri.com/software/arcgis/arcgis-for-desktop•R http://cran.r-project.org/•Grass http://grass.osgeo.org/

Georreferenciación

•Google, google maps, google earth, google apps…•Gaceteros (gazetteer)•GeoLocate http://www.museum.tulane.edu/geolocate/•Web con vínculos varios http://www.herpnet.org/herpnet/Gazetteer/GeorefEspanol.html

Segunda parte

1. Caracterización ecogeográfica

2. Aplicaciones de la ecogeografía en recursos fitogenéticos

3. Casos de estudio

Caracterización ecogeográfica

Como cualquier otra…. sólo que

OTU VAR1 VAR2 VAR3

1 Entero Postrado 120.4

2 Serrado Semierecto 115.1

3 Denticulado Semierecto 110.0

4 Entero Postrado 125.1

5 Biserrado Semierecto 118.3

6 Serrado Semierecto 90.7

Medición/determinación

y la ecogeográfica

OTU X Y

1 -65.31 0.12

2 -78.28 1.73

3 -67.13 2.95

OTU VAR1 VAR2 VAR3

1 14.5 ºC 330 mm inceptisol

2 13.2 ºC 1350 mm alfisol

3 9,5 ºC 2200 mm andisol

Análisis similar

• Estadísticas descriptivas• Análisis de correlaciones• Análisis de agrupamientos• Análisis factoriales•

•

•

Pero… y si caracterizamos todo?

Sólo sitios de recolección

Pero tenemos información para todo el territorio!

Grupos por componentes

Entonces tenemos Mapas ELC

Otros tipos de mapas similares

Mapas de ecoregiones, bioregiones, etc.Mapas de regiones ecológicasMapas de ecosistemas

Cómo se caracterizaría germoplasma con mapas ELC ?

OTU ELC cat

1 23

2 21

3 17

Otros análisis importantes…

• Análisis de faltantes (vacíos) o gap analysis

FALTANTES!REPRESENTADO

Otros análisis importantes…

• Modelos de distribución de especies

B. vulgaris subsp. maritima

Lista de aplicaciones posibles en RFG

1. Colectas optimizadas de RFG2. Detección de sesgos en recolecciones previas

3. Determinación y evaluación de áreas protegidas para conservación in situ4. Determinación de zonas aptas para constituir reservas genéticas5. Determinación de sitios apropiados para conservación “on farm”.

6. Determinación de sitios apropiados para regeneraciones/multiplicaciones de RFG7. Caracterización ecogeográfica de los sitios de colecta8. Mapas de diversidad genotípica, fenotípica y/o ecogeográfica9. Estudios de representatividad ecogeográfrica de las colecciones10. Establecimiento de colecciones nucleares (core collections) ecogeográficas11. Descripción ambiental de los sitios de caracterización/evaluación de germoplasma12. Enriquecimiento de los análisis fenotípicos y genotípicos de germoplasma

13. Mejora de la documentación, esencialmente la georreferenciación del germoplasma14. Favorecimiento del uso del germoplasma a través de sistemas de información ecogeográfico,

que proveen al mejorador de información útil para la selección de parentales15. Utilización optimizada. Focused Identification Germplasm Strategy (FIGS)

RECOLECCIÓN

CONSERVACIÓN EX SITU, CARACTERIZACIÓN Y EVALUACIÓN

DOCUMENTACIÓN Y UTILIZACIÓN

CONSERVACIÓN IN SITU

Casos de estudioLupinus en España

• Evaluación de la cobertura de la red de áreas protegidas

Real Potencial

95 LICs4%

914 LICs39%

520 poblaciones dentro de LICs (28%)

Casos de estudioLupinus en España

• Evaluación de la representatividad ex situ (análisis de faltantes)

Casos de estudioLupinus en España

• Colecciones nucleares/núcleo ecogeográficas

Casos de estudioLupinus en España

• Recolección optimizada de germoplasma (faltantes espaciales)

No hay faltante Faltante de

media prioridad

Faltante de

alta prioridad

Casos de estudioLupinus en España

• Recolección optimizada de germoplasma (faltantes ecogeográficos)

Casos de estudioLupinus en España

• Recolección optimizada de germoplasma (riqueza potencial de especies)

Casos de estudioLupinus en España

• Recolección optimizada de germoplasma (campo)

Casos de estudioInventario Nacional Español de Recursos Fitogenéticos, proyecto SIERFE

• Sistemas Nacionales de Información Ecoeográfica sobre Germoplasma

Próximamente en http://www.sierfe.es

Casos de estudioInventario Nacional Español de Recursos Fitogenéticos, proyecto SIERFE

• Sistemas Nacionales de Información Ecoeográfica sobre Germoplasma

Casos de estudioEuropa – Proyecto AEGRO

• Áreas apropiados para el establecimiento de reservas genéticas de parientes silvestres (Avena, Beta, Brassica, Prunus)

http://www.agrobiodiversidad.org/aegro/

Casos de estudioMaíz en Ecuador

• Uso de mapa ELC para mejorar representatividad de la Colección Nacional

INIAPEcuador

Casos de estudioMaíz en Ecuador

• Determinación de las zonas más apropiadas para programas de conservación in situ de razas de maíz en la Sierra de Ecuador

636 recolecciones, 29 razas encontradas, 292 encuestas

Colombia

Perú

Océano Pacífico

Ecuador

INIAPEcuador

Casos de estudioMaíz en Ecuador

Casos de estudioMaíz en Ecuador

Raza Canguil Erosión Genética!!

Casos de estudioMaíz en Ecuador

Número de usos dados almaíz

Grupo étnico predominanteNúmero de especies asociadas al maíz

Casos de estudioMaíz en Ecuador

Zonas de alta riqueza en número de razas

Zonas donde se han detectado mayor no. de

mezclas

Zonas donde se han detectado mayor introducción de

variedades locales

Casos de estudioMaíz en Ecuador

¿DONDE?

Otros estudios en curso…

• Recolección optimizada de Aegilops en España con principios FIGS (CRF-INIA)

• Selección focalizada de germoplasma de Phaseolus vulgaris con potencial resistencia a Xanthomonas en España (CRF-INIA)

• Determinación de áreas de especial protección por contener poblaciones del genepool de Trifolium repens y T. pratense con potenciales rasgos de interes –Global (USDA)

•Mapas de diversidad genotípica, fenotípica y ecogeográfica de Medicagotruncatula (USDA)

• Análisis de la diversidad genética y ecogeográfica de tomates silvestres en provincia de Manabí (Ecuador)

•Mapas de diversidad ecogeográfica, genotípica y morfológica en maní en Ecuador

• FIGS en genepools de Avena, Beta, Brassica y Medicago en Europa (PGRsecure)

FIN