Variabilidad genética en Raulí (Nothofagus nervosa (Phil.) Dim. et Mil. su relación con procesos evolutivos y su importancia en la conservación y utilización de sus recursos genéticos.

Abstract

El Raulí, Nothofagus nervosa (Phil.) Dim. et Mil., es una de las especies arbóreas de los bosques Andino-patagónicos de importancia ecológica y económica. Su distribución en Argentina es muy reducida y relativamente fragmentada. Abarca una estrecha franja entre 39º 25´ S y 40º 35´ S que no supera los 40 km en su ancho máximo, siguiendo los valles de las distintas cuencas lacustres de origen glacial. La sobreexplotación de la que fue objeto en el pasado por la calidad de su madera, agravada por sobrepastoreo e incendios forestales recurrentes llevaron a una situación crítica a muchas de las poblaciones de la especie, lo cual derivó en la necesidad de implementar programas de conservación y mejoramiento genético. El primer paso en dichos programas es conocer la intensidad y patrón de distribución de la variación genética de las poblaciones. Los objetivos principales de esta tesis son conocer dicha variación y relacionarla con procesos evolutivos, principalmente el flujo génico, la hibridación y el efecto de las últimas glaciaciones por la drástica reducción de las masas boscosas. La distribución natural de la especie restringida a las cuencas lacustres y la unidireccionalidad de los fuertes vientos en sentido oeste-este dentro de cada cuenca sugieren una diferenciación genética en sentido latitudinal con la posibilidad de un flujo génico extensivo que homogeneice la variación genética dentro de las cuencas. Con el objetivo de estudiar la variación genética dentro y entre poblaciones y con la intención de poner a prueba la hipótesis planteada arriba, se recolectaron semillas durante cuatro años consecutivos en 28 poblaciones de Raulí abarcando todo su rango de distribución natural en Argentina. A modo comparativo, se estudiaron semillas provenientes de tres localidades de Chile. En primer lugar se analizaron, en todas las poblaciones y años recolectados, características seminales como la producción total de semillas por unidad de superficie, el peso de mil semillas y la proporción de daño por insectos. La variación en estas características tiene una influencia ambiental muy importante por lo que brinda información sobre procesos adaptativos de las poblaciones. Todas las características seminales analizadas fueron altamente variables tanto a nivel espacial (entre poblaciones) como temporal (entre años), existiendo interacción entre las poblaciones y los años tanto para el peso de las semillas como para el daño ocasionado por insectos. A su vez, se detectaron correlaciones significativas con variables geográficas como la latitud y la longitud. En particular, el peso de las semillas mostró una variación latitudinal, siendo las semillas de las poblaciones del norte significativamente más pesadas que las del sur. En una segunda etapa se estudió la variación genética en 20 poblaciones de la especie mediante la utilización de marcadores génicos isoenzimáticos. Si bien en general se asume que las variantes aloenzimáticas son selectivamente neutras, se han descripto numerosas excepciones. Por ende, la variación detectada en estos marcadores podría tener alguna implicancia adaptativa. El primer paso de este estudio consistió en la determinación de los marcadores mediante el análisis genético de las variantes fenotípicas observadas. A tal fin se cosecharon yemas de 55 árboles madre y su descendencia (semillas) de polinización abierta. Se probaron distintos sistemas enzimáticos encontrándose buena resolución y variación en seis de ellos. Se detectaron los árboles madre supuestamente heterocigotas para cada locus putativo y se analizaron al menos 100 semillas de los mismos. Se puso a prueba la hipótesis de segregación 1:1 de las variantes detectadas. Con este método se determinaron ocho loci marcadores. La superposición de zonas de actividad en los zimogramas de algunos sistemas enzimáticos, la existencia de bandas dobles o triples para genotipos homocigotas y la hibridación natural con Roble Pellín resaltan la importancia del análisis genético previo a la utilización de las variantes fenotípicas como marcadores génicos. Con los marcadores determinados se analizaron la diversidad y diferenciación genéticas en las 20 poblaciones de Raulí de Argentina y tres de Chile. Por otro lado se analizaron 390 individuos adultos (yemas) de Raulí y Roble Pellín: 100 de cada especie en zona pura y 100 de Roble Pellín y 90 de Raulí de zona de simpatría. Este estudio confirmó la existencia de dos loci enzimáticos que poseen alelos especieespecíficos (Adh y Pgi), permitiendo el seguimiento del proceso de hibridación entre ambas especies. En cada población se estudió un mínimo de 100 semillas. Se detectaron altos niveles de variación intrapoblacional con un número medio de alelos (AL) de 3,38, diversidad génica (V) de 1,29, heterocigosis observada (Ho) y esperada (He) de 15,9 % y 18,1 % respectivamente. La diferenciación de cada población respecto a las restantes (Dj) varió entre 2,4 % y 8,1 % siendo el valor medio de diferenciación entre poblaciones (8) de 4,7 %. Todos estos parámetros fueron variables entre las poblaciones, incluso entre aquellas cercanas y pertenecientes a una misma cuenca lacustre. Las poblaciones más diferenciadas se encontraron en el sector occidental de la distribución, mientras que las mayores proporciones de semillas híbridas se observaron entre las poblaciones del este, detectándose altos porcentajes de retrocruzas en algunas de ellas. Las poblaciones de Chile mostraron niveles menores de variación. Se analizó también la variación temporal en el sistema de apareamiento y su influencia en la estructura genética de la generación seminal. A tal fin se comparó la variación genética de las semillas provenientes de dos temporadas de cosecha en nueve poblaciones. En todas las poblaciones se detectaron diferencias significativas entre años tanto cuali (presencia/ausencia de alelos raros) como cuantitativas (frecuencias alélicas). Por último, se analizó el polimorfismo en secuencias no codificantes del ADN de cloroplasto. En general se desconoce la función de estas regiones de ADN por lo que se considera que las mutaciones se acumulan en forma selectivamente neutra. La elevada conservación del genoma cloroplástico y la herencia clonal permiten que las variantes haplotípicas se mantengan en un linaje a través de las generaciones. La baja tasa de mutaciones de este genoma, la herencia materna y la escasa dispersión de las semillas en Raulí facilitan la diferenciación entre poblaciones y el seguimiento de los caminos migratorios recorridos por las distintas poblaciones de la especie luego de las glaciaciones del Cuaternario. Mediante las técnicas de PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa) y RFLP (Polimorfismo en el Largo de los Fragmentos de Restricción) se detectaron dos regiones variables en el genoma cloroplástico de Raulí. El polimorfismo permitió la identificación de dos haplotipos distintos con una clara distribución geográfica en sentido norte-sur. La misma distribución se observó en dos poblaciones de Chile cercanas a la Cordillera de los Andes. Una población de la Cordillera de Nahuelbuta, en la zona costera de Chile presentó el mismo haplotipo que las poblaciones situadas al sur. La variación detectada en los tres niveles analizados es considerablemente alta dada la reducida distribución de la especie en Argentina. La diferenciación genética entre poblaciones en sentido latitudinal observada tanto en el genoma cloroplástico como en el peso de las semillas confirma, en parte, la hipótesis principal de la tesis. Sin embargo, los altos niveles de variación encontrados con los marcadores isoenzimáticos entre poblaciones pertenecientes a una misma cuenca lacustre, agregan el componente longitudinal en el patrón de distribución de la variación genética. A su vez, el proceso de hibridación introduce otro factor de variación por la posible introgresión del pool génico de N. obliqua en N. nervosa. La identificación de dos haplotipos cloroplásticos sugiere la expansión de las poblaciones a partir de al menos dos refugios glaciarios. Se proponen los posibles centros de dispersión luego de las glaciaciones así como un modelo de migración a partir de los mismos. Se discute la importancia de los resultados obtenidos como apoyo a los programas de conservación y utilización de los recursos genéticos de Nothofagus nervosa, así como los distintos procesos evolutivos que ejercen mayor influencia en la variación genética de la especie.