presentación doctorado angel
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Variación química y genética entre las poblaciones de
Mikania micrantha y su relación con la herbivoría.
Angel Eliezer Bravo MonzónAsesor: Francisco J. Espinosa García
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICOCentro de Investigaciones en Ecosistemas
Morelia, Michoacán. Junio, 2014
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Plantas Invasoras
¿QUÉ FACTORES CONTRIBUYEN A SU ÉXITO?
¿CÓMO PODEMOS CONTROLARLAS EFECTIVAMENTE?
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Área Nativa
Cuando una especie se establece en una nueva área, pueden ocurrir cambios...
…en su constitución química y genética.
Área Invadida
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Cambios Químicos
Área Nativa Área InvadidaEvolution of Increased Competitive Ability
Mayor concentración y número de MS Menor concentración y número de MS
Novel Weapons HypothesisMenor concentración y número de MS Mayor concentración y número de MS
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Cambios Genéticos
Área Nativa Área Invadida
Diversidad y Diferenciación GenéticasMayor diversidad genética Menor diversidad genética
Menor diferenciación genética Mayor diferenciación genética
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¿QUÉ SUCEDE AL INTERIOR DEL ÁREA DE DISTRIBUCIÓN NATIVA?
Nuestra pregunta
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Modelo Centro-Margen
La densidad de individuos en las poblaciones disminuye del centro hacia el margen.
En el margen, las poblaciones son escasas y muchas veces aisladas entre sí.
Las poblaciones son más abundantes, e incluso contiguas, cerca del centro de distribución.
central
marginal marginal
(Brown, 1984; Guo et al. 2005)
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Teoría del Mosaico Geográfico
(Thompson, 2001)
Cada población estará bajo una selección específica formando un mosaico de selección.
La distribución geográfica de una especie es una colección de poblaciones aisladas entre sí, caracterizadas por sus interacciones con otras especies (como los herbívoros).
Hotspot: Existe selección recíproca entre dos especies.
Coldspot: No hay selección recíproca. No está presente alguno de los participantes.
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Mikania micrantha Kunth(Asteraceae)
• Nativa de América (México – Argentina)
• Invasora en Asia tropical
• Perenne• Crecimiento rápido• Trepadora
• Reproducción sexual y asexual (nudos)
• Polinización por insectos
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Mikania micranthaMetabolitos Secundarios
α-Pineno Limoneno β-Felandreno Germacreno D Cariofileno
MiscandeninaDeoximikanólidaComp 1 Comp 2 Comp 3 Comp 4 Comp 5 Comp 6
0123456789
Fenotipo químico
mg/
g
TERPENOS VOLÁTILES
LACTONAS SESQUITERPÉNICAS
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Mikania micrantha en MéxicoReportada en 19 estados
Nayarit y Tamaulipas son el límite de su distribución al norte.
(CONABIO-MEXU) (Villaseñor y Espinosa, 1997)
Chiapas, Tabasco y sur de Veracruz constituyen el centro de la distribución.
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Distribución potencial en México
Condiciones óptimas en Chiapas, Tabasco y sur de Veracruz
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Hipótesis General
La variación química y genética entre poblaciones Mexicanas de M. micrantha está asociada a su origen geográfico (Centro-Margen, Atlántico-Pacífico) lo cual tiene efecto en su susceptibilidad a la herbivoría por insectos.
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Organización del proyecto
I• Variación
química y herbivoría.
II• Variabilidad y
diversidad genética.
III• Susceptibilidad
al ataque de herbívoros.
Patrones de variación dentro
del área de distribución
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Sitios de colecta - Atlántico(Diciembre 2007)
Tamaulipas – Veracruz – Tabasco - Chiapas
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Sitios de colecta – Pacífico(Diciembre 2008)
Michoacán – Guerrero - Oaxaca
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Capítulo 1Diversidad química entre
poblaciones de Mikania micrantha
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Modelo Centro-MargenLas poblaciones centrales tendrán:1) Mayor diversidad química.2) Mayor concentración de terpenoides.3) Menor daño por herbívoros.
Capítulo 1: Química
Modelo de Mosaico Geográfico
La variación espacial en diversidad química y la intensidad de herbivoría están correlacionadas.
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MétodosCapítulo 1: Química
Cuantificación e identificación de terpenoides volátiles (CG-MS)
Matriz de concentración
ANOVADiversidad individual
(compuestos)
Matriz de porcentaje
Diversidad población(fenotipos químicos)
Análisis de cúmulosAnálisis PCA – DA
Prueba MantelAnálisis de barreras
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MétodosCapítulo 1: Química
Cuantificación de herbivoría(área consumida)Regresión múltiple
Concentración total de terpenoides
Diversidad individualDiversidad población
Variables geográficas (latitud, longitud, altitud)
Variables ambientales (precipitación y temperatura
promedio anual)
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Concentración de terpenoides foliaresCapítulo 1: Química
Hay diferencias significativas entre poblaciones. La concentración varía desde 2.95 hasta 15.94 mg g-1.
No hubo diferencia entre poblaciones centrales y marginales.
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Diversidad química entre Atlántico-Pacífico
Capítulo 1: Química
Mayor diversidad en poblaciones del Pacífico.
No hubo diferencia entre poblaciones del centro y del margen.
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Daño por herbivoríaCapítulo 1: Química
Hay diferencias entre algunas poblaciones (COY).
No hay diferencia significativa entre poblaciones del Atlántico y el Pacífico, o entre poblaciones centrales y marginales.
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Barreras genéticas entre poblacionesAlgoritmo de Monmonier
Capítulo 1: Química
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Disimilitud entre las poblacionesCapítulo 1: Química
Poblaciones químicamente divergentes.
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Análisis de componentes principalesCapítulo 1: Química
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Relación entre la herbivoría y la diversidad química poblacional
Capítulo 1: Química
“Mayor diversidad – Mayor protección”
No encontramos relación con diversidad química individual, variables geográficas o climáticas.
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Conclusiones
Capítulo 1: Química
1. La distribución geográfica de la diversidad química, la concentración de terpenoides y la herbivoría en M. micrantha no se ajustan al modelo centro-margen sino al modelo de mosaico.
2. La diversidad química en las poblaciones de M. micrantha está relacionada negativamente con la herbivoría que experimentan.
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Capítulo 1: Química
Artículo publicado Agosto 2013
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Capítulo 2Estructura espacial de la diversidad genética y química en poblaciones Mexicanas de Mikania micrantha
Correlación Genética-Química
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Hipótesis
Capítulo 2: Genética
Las barreras geográficas que afectan a la diversidad química también afectan a la diversidad genética.
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MétodosCapítulo 2: Genética
Seis microsatélites nucleares específicos para M. micrantha marcados con fluorescencia: Mm01, Mm05, Mm07, Mm12, Mm19 y Mm31 (Hong et al. 2008).
Matriz con productos de PCR
Variación genética dentro de las poblaciones
Heterocigosidad Equilibrio H-W
Diferenciación genética entre las
poblaciones
AMOVA
Estructura genética de las poblaciones
Dendrograma UPGMAAnálisis de CP
StructureAnálisis de barreras
Diversidad genética y diversidad química
Prueba de MantelAnálisis de regresión
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Variación genética dentro de las poblacionesCapítulo 2: Genética
Población HO HE
Atlántico 0.230 0.251
Pacífico 0.136 0.156
No hay diferencia significativa.(p = 0.1158)
Desviaciones significativas de Hardy-Weinberg enMm19 y Mm31: evidencia de alelos nulos.
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Diferenciación genética entre poblaciones
Capítulo 2: Genética
Fuente de variación g.l.Porcentaje de la
variaciónP
Entre regiones 1 29.04 0.005
Entre poblaciones dentro de las regiones
11 27.77 <0.0001
Dentro de las poblaciones 305 43.19 <0.0001
La diferenciación entre las regiones Atlántico y Pacífico es significativa.
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Estructura genética de las poblacionesDendrograma de distancias genéticas
Capítulo 2: Genética
Pacífico
Atlántico
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Estructura genética de las poblacionesAnálisis de coordenadas principales
Capítulo 2: Genética
Pacífico
Atlántico
WJA
NPA
ABA
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Barreras genéticas
Capítulo 2: GenéticaSTRUCTURE
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Barreras genéticas
Capítulo 2: Genética
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Diversidad genética – Diversidad químicaCapítulo 2: Genética
Riqueza alélica – Diversidad química poblacional
r2=0.750; p=0.0276
POBLACIONES DEL PACIFICO POBLACIONES DEL ATLANTICO
r2=0.311; p=0.1937
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Diversidad genética – Diversidad químicaCapítulo 2: Genética
Pruebas de MantelSin correlación entre la distancia genética y la distancia química de todas las poblaciones.
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Conclusiones
Capítulo 2: Genética
1. Existe una diferenciación genética significativa entre las poblaciones del Atlántico y el Pacífico.
2. Encontramos una relación significativa entre la riqueza alélica y la composición química de las poblaciones en el Pacífico.
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Capítulo 3Selección diferencial de hospederos en el
escarabajo herbívoro Stolas punicea sobre fenotipos químicos de Mikania micrantha
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Stolas punicea (Boheman, 1850)
Capítulo 3: Herbivoría
Escarabajo americanoColeoptera: Chrysomelidae
Se alimenta de: M. micrantha y M. cordifolia
PACIFICO ATLANTICO
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Hipótesis
Capítulo 3: Herbivoría
El origen geográfico del herbívoro especialista Stolas punicea afecta su preferencia por plantas de M. micrantha con distinto fenotipo químico.
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Cría de insectosMichoacán y Veracruz
Capítulo 3: Herbivoría
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Bioensayos de preferenciaCapítulo 3: Herbivoría
Hembras adultas: VERACRUZ y MICHOACÁN
Fenotipos químicos de invernadero:ATLÁNTICO (Actopan, Huimanguillo)PACÍFICO (Parácuaro, San Agustín)
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Bioensayos de preferenciaCapítulo 3: Herbivoría
Cuantificación de área consumida
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Fenotipos QuímicosCapítulo 3: Herbivoría
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Herbivoría de S. punicea de dos localidades sobre perfiles químicos de
M. micrantha de cuatro localidades.
Capítulo 3: Herbivoría
SIN PREFERENCIA
RECHAZO DE LA POBLACIÓN ‘HUI’
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Estudios biogeográficos de insectos en México
Capítulo 3: Herbivoría
134 especies de coleópteros (Morrone y Márquez, 2001)
Los insectos de Veracruz mantienen la capacidad de alimentarse de todos los fenotipos de M. micrantha.
Los insectos de Michoacán perdieron esa capacidad.
TRAZO BIOGEOGRÁFICO DEL SUR
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ConclusionesCapítulo 3: Herbivoría
1. Existe variación geográfica significativa en la preferencia del herbívoro S. punicea sobre fenotipos químicos de M. micrantha.
2. Algunas poblaciones de S. punicea serían incapaces de establecerse en todos los fenotipos químicos de M. micrantha.
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EN RESUMEN
I• … la composición
química y está asociada al ataque de herbívoros.
II• … la composición
genética que puede estar asociada a la composición química.
III• … la selección de
hospedero para un herbívoro especialista.
En el área nativa hay variación
geográfica en…
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GRACIAS
Comité tutor
Instituciones
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GRACIAS
Laboratorio de Ecología Química y Agroecosistemas