Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C ... · María y su esposo Ricardo por toda la...
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Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C. Posgrado en Ciencias Biológicas ESTRUCTURA GENÉTICA EN EL ACERVO GENÉTICO MESOAMERICANO DEL FRIJOL LIMA SILVESTRE (PHASEOLUS LUNATUS VAR. SILVESTER BAUDET.) DE MÉXICO. Tesis que presenta Pedro Jesús Ruiz Gil En opción al título de MAESTRO EN CIENCIAS (Ciencias Biológicas: Recursos Naturales) Mérida, Yucatán, México 2018
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Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C.
Posgrado en Ciencias Biológicas
ESTRUCTURA GENÉTICA EN EL ACERVO GENÉTICO
MESOAMERICANO DEL FRIJOL LIMA SILVESTRE
(PHASEOLUS LUNATUS VAR. SILVESTER BAUDET.) DE
MÉXICO.
Tesis que presenta
Pedro Jesús Ruiz Gil
En opción al título de
MAESTRO EN CIENCIAS
(Ciencias Biológicas: Recursos Naturales)
Mérida, Yucatán, México
2018
AGRADECIMIENTOS
Mis más profundos y especiales agradecimientos a las personas que más han confiado en
mí, mis padres. Agradezco enormemente por todo el gran apoyo brindado a lo largo de
todos los años de mi vida y especialmente en estos años de maestría. Los amo.
Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por el apoyo económico otorgado
para la realización de mi estudio del posgrado a través de la beca 612364. También se
agradece por el apoyo de la beca mixta que fue útil para la realización de una estancia.
Al proyecto 82642 de Ciencia Básica CONACYT por el apoyo económico otorgado para la
realización de este trabajo y para la asistencia a un curso.
Al Centro de Investigación Científica de Yucatán. A.C. (CICY) por abrirme a sus puertas y
haberme brindado sus instalaciones, como: laboratorio, biblioteca, salones de clases, entre
otros.
A mi director de tesis el Dr. Jaime Martínez Castillo por haber confiado en mí nuevamente
para realizar esta investigación y haberme brindado su enseñanza y apoyo.
A mi comité tutoral conformado por la Dra. Mariana Chávez Pesqueira, el Dr. Rubén
Andueza Noh y por la Dra. María Isabel Chacón Sánchez. Se les agradece por todo el gran
aporte brindado a lo largo del desarrollo de este trabajo de investigación.
A la Dra. María Isabel Chacón Sánchez por haberme brindado la oportunidad de hacer una
estancia bajo su asesoría y a la Universidad Nacional de Colombia por haberme brindado
sus instalaciones.
Agradezco a la Dra. María y su esposo Ricardo por toda la asesoría y gran apoyo brindado
mientras estuve en Colombia.
Agradezco también al Dr. Javier Mijangos Cortes por haber sido parte de mi comité revisor
y por todos sus comentarios y sus aportaciones a este trabajo.
A los técnicos del laboratorio de marcadores moleculares de la unidad de recursos
naturales, especialmente a la Q.F.B. Matilde (Mati), al Biol. Nestor (Né) y al Biol. Jaime
Muñoz, por toda su ayuda técnica y su conocimiento de laboratorio. También por su amistad
y buenos momentos vividos.
A mis abuelos, tíos, primos, y familia en general por todo su cariño y ejemplos de vida.
A todos mis compañeros de la Unidad de Recursos Naturales, del laboratorio de
marcadores moleculares y a todos los que conformamos la línea de agrobiodiversidad.
A mis buenos amigos, quienes me han apoyado y brindado su amistad, en especial a
Paulina, Emanuel, Julio, Dinosca, Ismael, Elia, Gabi, Claudia, Stephany, Susana, Gabi
Sosa, Marypaz, Iván, Majo, Gerardo Linares, Grecia, Zamaria, Emeli, Cristina, Pablo,
Roberth Us. Gracias por todo.
A mis parceritos: Laura Mendoza, Tatiana, Chary, Isaac, Edsly, Oscar, Laura, José Miguel,
Paola. Especialmente a Tatiana por haberme ayudado con parte de bioinformática y a Laura
Mendoza, por su amistad a lo largo de mi estancia en Colombia y apoyarnos en búsqueda
de lugares de comida y en la clase de genética de poblaciones.
A doña Gloria y a don Martín por brindarme su amistad y que siempre brindaron una sonrisa
en cualquier momento del día.
A Karla Reynoso Preisser por toda su ayuda con trámites administrativos y sobre todo por
su gran carisma y amistad.
A todo el equipo de servicios de posgrado del CICY.
A todos los profesores que me impartieron clases a lo largo del periodo de maestría,
especialmente al Dr. José Luis Andrade, A la Dra. Ivón Ramírez y a la Dra. Cecilia
Rodríguez.
DEDICATORIA
A mis grandes pilares:
Mis padres
Hermanas
Sobrinos
Familia
Y a mis buenos amigos.
No es la especie más fuerte la que sobrevive y tampoco la más inteligente. Sino,
es aquella que se adapta mejor al cambio.
Charles Darwin
i
ÍNDICE
ÍNDICE ............................................................................................................................................. I
ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................... IVV
ÍNDICE DE CUADROS ................................................................................................................. VIII
RESUMEN .................................................................................................................................... VIII
ABSTRACT ....................................................................................................................................IX
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 1
CAPÍTULO I ...................................................................................................................... 3
1.1. ANTECEDENTES ............................................................................................................... 3
1.2. ESTRUCTURA GENÉTICA. ........................................................................................................ 3
1.3. EL GÉNERO PHASEOLUS EN MÉXICO. ...................................................................................... 6
1.4. FRIJOL LIMA (PHASEOLUS LUNATUS L.) ................................................................................... 8
1.4.1. EL ACERVO GENÉTICO MESOAMERICANO DEL FRIJOL LIMA. ................................................ 12
1.5. MARCADORES MOLECULARES SNPS (POLIMORFISMO DE UN SOLO NUCLEÓTIDO). ................... 14
1.6. ESTUDIOS DE ESTRUCTURA Y DIVERSIDAD GENÉTICA REALIZADOS EN FRIJOL LIMA (PHASEOLUS
LUNATUS L.) UTILIZANDO MARCADORES MOLECULARES. .................................................................... 17
JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................................... 21
PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN ............................................................................................ 21
HIPÓTESIS ................................................................................................................................... 22
OBJETIVO GENERAL.................................................................................................................. 22
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................................ 22
ii
ESTRATEGIA EXPERIMENTAL .................................................................................................. 23
CAPÍTULO II ................................................................................................................... 25
DETERMINANTES DE LA ESTRUCTURA GENÉTICA DEL FRIJOL LIMA SILVESTRE
(PHASEOLUS LUNATUS VAR. SILVESTER BAUDET.) DEL ACERVO GENÉTICO MESOAMERICANO
EN MÉXICO. ................................................................................................................................. 25
2.1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 25
2.2. METODOLOGÍA ................................................................................................................ 27
2.2.1. MATERIAL VEGETAL.......................................................................................................... 27
2.2.2. DETECCIÓN DE SNPS. ..................................................................................................... 28
2.2.3. ESTRUCTURA Y DIVERSIDAD GENÉTICA. ............................................................................. 28
2.2.4. ASOCIACIÓN ENTRE LA ESTRUCTURA GENÉTICA Y FACTORES GEOGRÁFICOS Y AMBIENTALES. ..
……………………………………………………………………………………………………………...29
2.3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .......................................................................................... 32
2.3.1. DETECCIÓN DE SNPS. ..................................................................................................... 32
2.3.2. ESTRUCTURA Y DIFERENCIACIÓN GENÉTICA DEL FRIJOL LIMA SILVESTRE............................. 33
2.3.3. TOPOLOGÍA NEIGHBOR-JOINING. ...................................................................................... 33
2.3.4. ANÁLISIS DE COORDENADAS PRINCIPALES (PCOA). ........................................................... 36
2.3.5. PRUEBA DE ASIGNACIÓN DE INDIVIDUOS. ........................................................................... 37
2.3.6. DIVERSIDAD GENÉTICA. .................................................................................................... 43
2.3.7. ASOCIACIÓN ENTRE LA ESTRUCTURA GENÉTICA Y LOS FACTORES GEOGRÁFICOS Y
AMBIENTALES. ................................................................................................................................. 44
iii
CAPÍTULO III .................................................................................................................. 51
3.1. CONCLUSIONES GENERALES ................................................................................................ 51
3.2. PERSPECTIVAS .................................................................................................................... 52
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................ 53
ANEXO 1. ...................................................................................................................................... 70
ANEXO 2. ...................................................................................................................................... 73
iv
ÍNDICE DE FIGURAS
CAPÍTULO I
Figura 1.1. Aspectos generales del frijol Lima (P. lunatus). A) Hábito de crecimiento; B) Flor;
C) Vaina; y D) Semillas silvestres y cultivadas. .................................................................. 9
Figura 1.2. Semillas de frijol Lima. A) Semillas silvestres (P. lunatus var silvester).
Cultigrupos del frijol Lima cultivado (P. lunatus var lunatus): B) Gran Lima; C) Papa; D)
Sieva. .............................................................................................................................. 10
Figura 1.3. Distribución geográfica del acervo genético Mesoamericano y Andino del frijol
Lima (Modificado de Gutiérrez Salgado et al., 1995)........................................................ 12
Figura 1.4. Distribución geográfica de los grupos MI y MII del frijol Lima silvestre en México.
Triángulos rojos, grupo MI; círculos verdes, grupo MII; cruz negras, individuo intermedio;
cuadrado amarillo; individuo perteneciente al grupo AI (Modificado de Chacón-Sánchez y
Martínez-Castillo, 2017). .................................................................................................. 14
Figura 1.5. Pasos para la construcción de librerías por GBS. 1) Colocación y secado del
ADN, adaptadores y códigos de barras; 2,3) digestión de las muestras con la enzima de
restricción ApeKI y ligado (ligasa T4) de los adaptadores; 4) inactivación de la ligasa T4
mediante el calentamiento; agrupación y limpieza de las alícuotas; 5) uso de cebadores con
sitios de unión a los adaptadores y realización de PCR (reacción en cadena de la
polimerasa) para aumentar el número de los fragmentos; 6,7) Limpieza de los productos de
PCR y verificación de los fragmentos. Las librerías sin dímeros de adaptadores son
conservadas para la secuenciación de los fragmentos de ADN. Con esta metodología es
posible procesar hasta 96 muestras (Modificado de Elshire et al., 2011). ........................ 17
Figura 1.6. Diagrama ilustrativo de la estrategia experimental del estudio. ..................... 23
v
CAPÍTULO II
Figura 2.1. Distribución geográfica de los 68 individuos de frijol Lima (P. lunatus) incluidos
en el estudio. ................................................................................................................... 27
Figura 2.2. Distribución de los 9 475 SNP en los 11 cromosomas. Tomando de referencia
el genoma del frijol común (P. vulgaris). .......................................................................... 32
Figura 2.3. Topología Neighbor-joining que muestra la relación genética entre los 68
individuos de frijol Lima silvestre de México. Individuos pertenecientes al grupo MI
representados en color rojo; individuos pertenecientes al grupo MII representados en color
verde; individuos intermedios están representados en color negro. ................................. 35
Figura 2.4. Distribución geográfica de los 68 individuos silvestres del frijol Lima en México.
Triángulos rojos, grupo MI; círculos verdes, grupo MII; cruces negras, individuos
intermedios. ..................................................................................................................... 36
Figura 2.5. Análisis de coordenadas principales de 68 individuos silvestres de frijol Lima de
México. Triángulos rojos, grupo MI; cruces; individuos intermedios; círculos verdes, grupo
MII. .................................................................................................................................. 37
Figura 2.6. Gráfica del valor de delta K que determina el número ideal de grupos presentes
en el acervo genético Mesoamericano del frijol Lima. ...................................................... 38
Figura 2.7. Prueba de asignación de 68 individuos de frijol Lima pertenecientes al acervo
genético Mesoamericano. Con K = 2, el color rojo representa al grupo MI y el color verde al
grupo MII. ........................................................................................................................ 38
Figura 2.8. Distribución de los grupos MI y MII en los diferentes tipos de vegetación.
Triángulos rojos, individuos pertenecientes al grupo MI; círculos verdes, individuos
pertenecientes al grupo MII; cruces blancas, individuos intermedios. .............................. 40
vi
Figura 2.9. Ubicación de las barreras más probables obtenidas por Barrier para los 12
grupos armados de frijol Lima silvestre en México. Las líneas negras hacen referencia a: 1)
Istmo de Tehuantepec; 2) Sierra de Juárez; 3) Sierra Madre del Sur; 4) Eje Neovolcánico
Transversal. Los círculos rojos, individuos pertenecientes al grupo MI, círculos verdes,
individuos pertenecientes al grupo MII. ............................................................................ 46
Figura 2.10. Análisis de componentes principales de los 68 individuos y las 18 variables
climáticas, mostrando la presencia de dos grupos. Triángulos rojos, individuos
pertenecientes al grupo MI; círculos verdes, individuos pertenecientes al grupo MII; cruces
negras, individuos intermedios. ........................................................................................ 49
vii
ÍNDICE DE CUADROS
CAPÍTULO I
Cuadro 1.1. Resumen de los factores intrínsecos de la especie que determinan la
estructura genética. ........................................................................................................... 4
Cuadro 1.2. Resumen de los estudios relacionados con la estructura y diversidad genética
en frijol Lima silvestre. ..................................................................................................... 18
CAPÍTULO II
Cuadro 2.1. Variables climáticas disponibles en wordclim.org. De BIO 1 a BIO11
corresponden a la variable temperatura y de BIO12 a BIO19 corresponde a la de
precipitación. ................................................................................................................... 30
Cuadro 2.2. Estimadores de diversidad genética del acervo genético Mesoamericano del
frijol Lima y de los grupos observados, calculados con 9475 marcadores SNPs. ............ 44
Cuadro 2.3. Resultados de la prueba simple y parcial de Mantel entre la correlación de las
distancias genéticas (Disgen), geográficas (Disgeo) y climáticas (Disclim) de los 68
individuos de frijol Lima. ................................................................................................... 45
Cuadro 2.4. Número de variables asociadas y aportación de la varianza de los tres
componentes principales. ................................................................................................ 48
Cuadro 2.5. Variables climáticas asociadas a cada componente. ................................... 48
viii
RESUMEN
Diferentes estudios han reportado para México la existencia de dos grupos en el acervo
genético Mesoamericano del frijol Lima, conocidos como Mesoamericano I (MI) y
Mesoamericano II (MII), los cuales presentan una distribución contrastante: MI se distribuye
principalmente por la costa del Pacífico y MII por la vertiente del Golfo de México. Al día de
hoy no se ha logrado entender por completo los diferentes procesos que llevaron a la
diferenciación de estos grupos. Por eso, el objetivo central de este trabajo fue analizar el
papel que juegan los factores geográficos y ambientales en la diferenciación genética de
MI y MII. Para esto, se relacionó la información genética de 68 accesiones de frijol Lima
silvestre de México generada usando 9,475 marcadores SNPs con información ambiental
y geográfica de los sitios de colecta, y los resultados se analizaron empleando un enfoque
de genómica de poblaciones. Los análisis realizados con Neighbor-Joining, Structure y
PCoA confirmaron la existencia de dos grupos con una distribución geográfica
correspondiente a la reportada para MI y MII; un AMOVA y el FST indicaron una
diferenciación genética alta entre estos grupos (59% de la variación); y los valores de
diversidad genética fueron similares entre ambos grupos (MI: HE= 0.155; MII: HE= 0.199).
La prueba de Mantel mostró una correlación alta entre las distancias genéticas y las
distancias geográficas, indicando un proceso de aislamiento por distancia. La prueba parcial
de Mantel, usando las distancias geográficas y distancias climáticas, indicó que MI y MII
se encuentran bajo selección ambiental mediada por factores geográficos y climáticos. La
mayoría de las accesiones de MI se distribuyeron en bosques secos y las del grupo MII en
selvas medianas y altas. El programa Barrier indicó que los principales sistemas
montañosos de México participan en la diferenciación de MI y MII; siendo el Istmo de
Tehuantepec y la Sierra de Juárez, dos de las barreras más probables para esta
diferenciación. Un análisis de componentes principales indicó que la temperatura media
anual, la precipitación del trimestre más seco y la estacionalidad de la temperatura, son las
variables que explican la mayor variación. En conjunto, todos estos resultados indican que
la diferenciación de los grupos MI y MII del acervo genético Mesoamericano del frijol Lima
presentes en México estuvo mediada por factores como las presiones selectivas
ambientales, el efecto de las distancias geográficas y por barreras geográficas.
ix
ABSTRACT
Different studies have reported for Mexico the existence of two groups in the Mesoamerican
gene pool of Lima bean, known as Mesoamericano I (MI) and Mesoamericano II (MII), which
have a contrasting distribution: MI is distributed mainly along the Pacific coast and MII on
the slope of the Gulf of Mexico. To this day, it has not been possible to fully understand the
different processes that led to the differentiation of these groups. Therefore, the main
objective of this work was to analyze the role played by geographic and environmental
factors in the genetic differentiation of MI and MII. To do this, genetic information of 68
accessions of Lima wild bean from Mexico was generated using 9,475 SNP markers and
then related with environmental and geographic information of the collection sites, and the
results were analyzed using a population genomics approach. The analyzes carried out with
Neighbor-Joining, Structure and PCoA, confirmed the existence of two groups with a
geographical distribution corresponding to that reported for MI and MII; an AMOVA and the
FST indicated a high genetic differentiation between these groups (59% of the total variation);
and the values of genetic diversity were similar between both groups (MI: HE = 0.155, MII:
HE = 0.199). The Mantel test showed a high correlation between genetic distances and
geographical distances, indicating a process of isolation by distance. The partial Mantel test,
using geographic distances and climatic distances, indicated that MI and MII are under
environmental selection mediated by geographic and climatic factors. Most of the MI
accessions were distributed in dry forests and those of the MII group in medium and high
forests. The Barrier program indicated that the main mountain systems of Mexico participate
in the differentiation of MI and MII, being the Isthmus of Tehuantepec and the Sierra of
Juárez, two of the most likely barriers to this differentiation. The PCA indicated that the
annual average temperature, the precipitation of the driest trimester and the seasonality of
temperatura, are the variables that explain the greatest variation. Taken together, all these
results indicate that the differentiation of the MI and MII groups of the Mesoamerican gene
pool of Lima bean present in Mexico was mediated by factors such as selective
environmental pressures, the effect of geographical distances and geographic barriers.
INTRODUCCIÓN
1
INTRODUCCIÓN
Un pariente silvestre de una especie cultivada puede definirse como “aquella especie o
subespecie la cual está relacionada a un cultivo y que a diferencia de la especie cultivada,
esta no ha sido domesticada, pero es capaz de aportar material genético” (Heywood et al.,
2007; Meilleur y Hodgkin, 2004). Además, existen casos donde los parientes silvestres de
las especies domesticadas son la misma especie.
Desde los inicios de la agricultura y la domesticación de los cultivos, se han
producido cruces naturales y artificiales entre las especies cultivadas y sus parientes
silvestres. Así, los agricultores han utilizado, de manera consciente o inconsciente, a las
poblaciones silvestres como fuente de variación genética para la mejora de sus cultivos
(Heywood et al., 2007).
Actualmente, las sucesivas rondas de selección artificial y mejoramiento de aquellos
cultivos que alimentan a la población mundial, han traído consigo una disminución en su
variación genética en comparación con sus parientes silvestres (van Heerwaarden et al.,
2011). Esta pérdida de diversidad genética se ha visto agravada por la alta demanda en la
producción de alimentos y la tendencia de homogeneización de los cultivos en el campo
(Dempewolf et al., 2017). La disminución de la variación genética se ve traducida en una
mayor susceptibilidad de los cultivos actuales contra factores bióticos y abióticos; sin
embargo, los parientes silvestres de las especies domesticadas aún conservan muchos de
estos rasgos de tolerancia y resistencia (Dempewolf et al., 2017). Por esto, los parientes
silvestres de las especies domesticadas son foco de atención para los programas de
conservación y mejoramiento de plantas, al ser considerados un gran reservorio genético
cuyo uso podría incrementar la adaptabilidad de los cultivos (Dempewolf et al., 2017; Hajjar
y Hodgkin, 2007).
Muchos de los parientes silvestres de las especies cultivadas se distribuyen
principalmente dentro o cerca de su centro de origen; sin embargo, gran parte de ellos se
encuentran en riesgo debido a la pérdida y degradación de sus hábitats causados por la
expansión demográfica, la industrialización y la expansión de la agricultura, entre otras
actividades antropogénicas que ponen a estas especies en peligro (Hunter y Heywood,
2011; Heywood et al., 2007). La pérdida del hábitat de las especies silvestres ha causado
INTRODUCCIÓN
2
también pérdida en la diversidad genética de sus poblaciones, por lo cual se han generado
estrategias de conservación como los bancos de germoplasma para la conservación ex situ
o estrategias de conservación in situ (Hunter y Heywood, 2011; IPGRI, 1993).
Para los programas de mejoramiento y conservación, es necesario conocer la
distribución geográfica de la variación genética en el rango natural donde ocurre la especie
de interés, con el fin de entender cómo diferentes procesos evolutivos moldearon los
patrones genéticos actuales de las poblaciones (Loveless y Hamrick, 1984). Por otra parte,
el entendimiento de los datos ecológicos y geográficos deben ser considerados como un
factor importante para mejorar las estrategias de muestreo con el objetivo de conservar
aquellas poblaciones que contengan mayor diversidad (Parra-Quijano et al., 2012).
En los últimos años, se han generado diferentes estudios sobre la diversidad y
estructura genética del frijol Lima (Phaseolus lunatus L.) (Chacón-Sánchez y Martínez-
Castillo, 2017; Ruiz-Gil et al., 2016; Martínez-Castillo et al., 2014; Andueza-Noh et al., 2013;
Serrano-Serrano et al., 2010), el cual representa la segunda especie económicamente más
importante del género Phaseolus en el mundo (Baudoin, 2004). Actualmente se sabe que
esta especie posee poblaciones silvestres que se distribuyen desde el norte de México
hasta el norte de Argentina y que al interior de este acervo se pueden reconocer tres grupos:
Andino, Mesoamericano I (MI) y Mesoamericano II (MII). Sin embargo, pocos esfuerzos se
han realizado para entender el papel de los factores geográficos-ecológicos que moldearon
la estructura genética de estos grupos.
En este trabajo se estudió la estructura y diversidad genética de las poblaciones
silvestres del frijol Lima presentes en México, utilizando marcadores polimorfismos de un
solo nucleótido (SNP, por sus siglas en inglés) y se analizaron los determinantes
geográfico-ecológicos que podrían haber favorecido la estructuración de esta diversidad en
México, uno de los centros de domesticación del frijol Lima. Los resultados aquí
presentados permitirán generar información para la conservación y/o aprovechamiento de
los parientes silvestres del frijol Lima, los cuales son considerados como una fuente de
genes para las poblaciones cultivadas.
CAPÍTULO I
3
CAPÍTULO I
1.1. ANTECEDENTES
1.2. Estructura genética.
La estructura genética puede ser descrita como el total de la variación genética que se
encuentra dentro y entre las poblaciones (Slatkin, 1987; Wright, 1931). Se presenta en casi
todos los organismos y puede manifestarse entre poblaciones que se encuentren
geográficamente distantes o inclusive dentro de las mismas poblaciones (Hartl y Clark,
1998; Loveless y Hamrick, 1984). Esta estructura puede ser alta (cuando existen fuertes
diferencias en las frecuencias alélicas entre las poblaciones) o baja (casi nula diferencia en
las frecuencias alélicas) (Eguiarte et al., 2015).
Las poblaciones de una especie que son muy distintas genéticamente (que tienen
alta estructura genética) podrían indicar que el tamaño poblacional ha sido pequeño (por
efecto de la deriva genética) y/o ha existido poco flujo genético entre las poblaciones por
mucho tiempo. La selección natural también puede causar diferencias entre las
poblaciones; sin embargo, solo genera diferencias en genes relacionados o ligados a
condiciones ambientales (Eguiarte et al., 2015). Por su parte, el flujo genético es uno de los
componentes más importantes de la estructura genética, debido a que la cantidad de flujo
genético determina hasta qué punto cada población es una unidad evolutiva independiente.
Es decir, si hay una gran cantidad de flujo genético entre las poblaciones, éstas tenderán a
ser homogéneas o poco diferenciadas (estructura genética baja), pero si el flujo genético
es poco, las poblaciones serán diferentes y por lo tanto serán genéticamente diferentes
(estructura genética alta) (Slatkin, 1987).
Los niveles de estructuración genética pueden ser el resultado de procesos
microevolutivos como la migración, mutación, selección natural y deriva genética, así como
las características intrínsecas e historia de vida de las especies (Loveless y Hamrick, 1984;
Hamrick et al., 1979).
Loveless y Hamrick (1984) realizaron una revisión en la cual resumen algunas
determinantes que ayudan a predecir los niveles de estructura genética; sin embargo, esta
revisión solo fue basada en las propiedades intrínsecas de las especies (Cuadro 1.1).
CAPÍTULO I
4
Cuadro 1.1. Resumen de los factores intrínsecos de la especie que determinan la estructura
genética.
Factor Estructura genética entre
poblaciones Estructura genética dentro
de las poblaciones
Sistema de apareamiento
Predominantemente autógama
Promueve la diferenciación Alta subdivisión poblacional, reducción de heterocigotos
Mixto Posible diferenciación Posible subdivisión
poblacional
Predominantemente alógama
Diferenciación reducida Incrementa Ne y reduce la
subdivisión
Morfología floral
Hermafrodita Posible reducción de
diferenciación Posible subdivisión
poblacional
Monoica Posible reducción de
diferenciación Posible reducción de
subdivisión
Dioica Reduce diferenciación Posible reducción de
subdivisión
Mecanismo de polinización
Entomofilia, mariposas abejas grandes y pequeñas
Limitado movimiento de polen/incrementa la
diferenciación
Posible subdivisión poblacional
Viento, aves/murciélagos Reduce diferenciación Reduce subdivisión
Dispersión de semillas
Explosiva Promueve la diferenciación Incrementa homocigosidad
y subdivisión
Viento/plumosa Posible reducción de
diferenciación Posible reducción de
subdivisión
Animales Posible reducción de
diferenciación Posible reducción de
subdivisión
Ciclo de vida
Anual Promueve la diferenciación Incrementa homocigosidad
y subdivisión
CAPÍTULO I
5
Además de los señalados en el Cuadro 1.1, existen otros factores que ocasionan la
estructura genética de las poblaciones. Estos incluyen procesos demográficos como los
cuellos de botella o efectos fundadores (Hartl y Clark, 1998). Además, procesos de
aislamiento por distancia o por el ambiente generan diferenciación genética (Pournosrat et
al., 2018; Parra-Quijano et al., 2012; Nosil et al., 2008). Los procesos de aislamiento por
distancia, describen un patrón de diferenciación genética entre las poblaciones o
subpoblaciones conforme aumenta la distancia geográfica (Wang y Bradburd, 2014; Wright,
1943). El aislamiento por distancia es un fenómeno común en las poblaciones naturales, en
este caso, los factores geográficos como las distancias físicas y/o barreras geográficas son
las responsables de la diferenciación y aislamiento de las poblaciones, debido a la
restricción del flujo genético y a la deriva genética (Meirmans, 2012; Lee y Mitchell-Olds,
2011; Mayr, 1963). Sin embargo, estos factores geográficos solo representan un
componente clave del paisaje que puede influir en el flujo genético y en la conectividad de
las poblaciones (Lee y Mitchell-Olds, 2011; Crispo et al., 2005).
Otro componente importante en la estructura de las poblaciones es el ambiente, ya
que también entra en juego en los procesos microevolutivos pudiendo generar procesos de
aislamiento por el ambiente. Este proceso puede definirse como los patrones en los cuales
las diferencias genéticas aumentan con las diferencias ambientales, independientemente
de la distancia geográficas (Wang y Bradburd, 2014; Bradburd et al., 2013). Esta interacción
Perenne Reduce diferenciación Incrementa Ne , reduce la
subdivisión
Rango geográfico
Endémico Promueve la diferenciación Posiblemente homogéneo,
perdida de variabilidad
Distribución espacial de la población
Parche Promueve la
diferenciación/reducción de flujo genético
Reducción de flujo genético, reducción de Ne y promueve
la subdivisión
Uniforme Promueve la migración y la
homogeneidad Incrementa el flujo genético
y reduce la subdivisión
Ne= tamaño efectivo de la población
CAPÍTULO I
6
de las poblaciones y su entorno pueden moldear la distribución de la variación genética,
debido a las interacciones del ambiente en el flujo genético y conectividad de las
poblaciones (Wang y Bradburd, 2014). Las factores climáticas más importantes pueden ser
continuas, como la elevación o la humedad (Bradburd et al., 2013; Murphy et al., 2010) o
discretas, como el tipo de hábitat o suelo (Andrew et al., 2012). Estas pueden describir
factores abióticos como la temperatura y la precipitación (Wang, 2012) o bióticos, como la
densidad de la vegetación (Via y Hawthorne, 2002). Por lo tanto las condiciones climáticas
como la temperatura y la precipitación, contribuyen en la adaptación local y la diferenciación
intraespecifica (Zhou et al., 2014).
La relación de variables geográficas y ambientales con datos moleculares, datos
fenotípicos y datos espaciales puede proveer, además de la descripción de la variación
genética, información que puede ser utilizada para entender eventos evolutivos que han
afectado a las poblaciones, tales como la selección natural, la adaptación y procesos de
domesticación de las especies (Rodriguez et al., 2013; Papa et al., 2007; Papa y Gepts,
2003;).
1.3. El género Phaseolus en México.
El género Phaseolus L. es el más diverso y con la distribución más extensa de los que
integran la subtribu Phaseolinae (tribu Phaseoleae, familia Fabaceae) del continente
Americano. Aproximadamente 65 especies que pertenecen al género Phaseolus se
distribuyen en Mesoamérica (Delgado y Gama-López, 2015; Delgado-Salinas et al., 2006),
área en donde se cree que el género se diversificó hace 4-6 millones de años (Delgado-
Salinas et al., 2006). Esta diversificación posiblemente se llevó a cabo durante y después
de los eventos tectónicos que dieron origen a la forma actual de México (Delgado-Salinas
et al., 2006). Análisis filogenéticos muestran que las especies del género Phaseolus se
agrupan en dos clados hermanos principales: un clado incluye a los grupos Tuerckheimii,
Pedicellatus y Pauciflorus; el otro comprende los grupos Filiformis, Vulgaris, Lunatus,
Leptostachyus y Polystachios. De este segundo clado, el grupo Vulgaris contiene la mayoría
de las especies silvestres de Phaseolus presentes en Mesoamérica, mientras que el grupo
Lunatus posee principalmente especies silvestres de Suramérica (Delgado-Salinas et al.,
2006, 1999)
CAPÍTULO I
7
En México, el género Phaseolus tiene una gran importancia económica, social,
biológica y cultural (Avendaño-Arrazate et al., 2004). En nuestro país se encuentran la
mayoría de las especies reportadas de Phaseolus, las cuales cubren diversos ambientes
ecológicos y altitudes que van desde el nivel del mar hasta los 3000 m (Delgado y Gama-
López, 2015). Además, en México se encuentran las cinco especies domesticadas del
género Phaseolus: P. vulgaris L. (frijol común), P. lunatus L. (frijol Lima), P. coccineus L.
(frijol ayocote), P. acutifolius A. Gray (frijol tepari) y P. dumosus Macfad (frijol acelete)
(Delgado y Gama-López, 2015; Delgado-Salinas et al., 1999;). La divergencia de estas
cinco especies es relativamente reciente (2-4 millones de años) (Delgado-Salinas et al.,
2006). El mayor número de las especies del género Phaseolus se distribuyen en el
occidente de México; siendo Durango, Jalisco y Oaxaca los estados con mayor diversidad
de especies, mientras que aquellos con la menor diversidad de especies son Yucatán,
Tabasco y Tlaxcala (Delgado y Gama-López, 2015).
Las especies pertenecientes al género Phaseolus han logrado colonizar diversos
tipos de vegetación a lo largo de su amplia distribución geográfica; sin embargo, la
abundancia de algunas especies puede ser rara o escasa. Por otra parte, otras especies
no sólo se encuentran en ambientes contrastantes, sino que su distribución es abundante
(Rzedowski, 1978). Un ejemplo de esta última situación es el frijol Lima (P. lunatus), especie
que tiene amplia distribución y puede encontrarse en catorce tipos de vegetación diferentes.
Las poblaciones silvestres del frijol Lima suelen contener gran número de individuos y una
gran producción de semillas, lo que podría sugerir un gran poder de colonización (Degreef
et al., 2002; Zoro Bi et al., 2003). Una prueba de lo anterior es su amplia distribución
geográfica (Delgado y Gama-López, 2015), asociada a fenómenos de dispersión natural,
debido a que a las semillas son muy pesadas para ser transportadas por el viento y la
presencia de ácido hidrociánico en las semillas dificultaría el transporte y el consumo por
animales (Baudoin et al., 1991).
CAPÍTULO I
8
1.4. Frijol Lima (Phaseolus lunatus L.)
El frijol Lima tiene un origen Andino (Delgado-Salinas et al., 2006, 1999; Fofana et al., 1999).
Es una de las cinco especies domesticadas del género Phaseolus (Kaplan y Lynch, 1999),
con gran importancia económica y cultural a nivel mundial, pero particularmente en México,
país en el cual es sembrado como cultivo de subsistencia por diferentes grupos étnicos, los
cuales han nombrado a esta especie como: ib o ibes, en la península de Yucatán;
patashetes en Chiapas y combas en Guerrero (Hernández-Delgado et al., 2015; Martínez-
Castillo et al., 2004; Ballesteros, 1999; Delgado-Salinas et al., 1999). Además, esta especie
es considerada como tolerante a algunos tipos de estrés como altas temperaturas y
ataques de insectos (Hernández-Delgado et al., 2015).
El frijol Lima es una especie plurianual, predominantemente autógama como
resultado de la maduración sincronizada del polen y el estigma, y la proximidad de éstos en
la yema floral. Sin embargo, se han reportado niveles de entrecruzamientos de hasta 48 %,
considerándola como una especie de apareamiento mixto (Baudoin et al., 1998; Webster et
al., 1979). Es de crecimiento indeterminado, con periodo de floración prolongada y gran
producción de vainas (Figura 1.1) y, como la mayoría de las especies del género Phaseolus,
su contenido cromosómico es 2n=22 (Mercado-Ruaro y Delgado-Salinas, 1998).
CAPÍTULO I
9
Figura 1.1. Aspectos generales del frijol Lima (P. lunatus). A) Hábito de crecimiento; B) Flor; C)
Vaina; y D) Semillas silvestres y cultivadas.
El frijol Lima ha sido clasificado en dos variedades botánicas: P. lunatus var. lunatus
y P. lunatus var. silvester (Baudet, 1977a):
1) Phaseolus lunatus var. lunatus comprende a las poblaciones cultivadas. Dentro
de esta variedad botánica son conocidos tres cultigrupos, definidos por el
tamaño y forma de la semilla: a) cultigrupo Gran Lima, caracterizado por
presentar semillas grandes y planas; b) cultigrupo Sieva, identificado por sus
semillas de tamaño medio abultadas y de forma arriñonada; y c) cultigrupo tipo
Papa, con semillas pequeñas de forma globular (Baudet, 1977b). Al interior de
cada uno de estos cultigrupos existe un gran número de variedades nativas que
presentan variación en cuanto a color y tamaño de la semilla (Figura 1.2).
CAPÍTULO I
10
2) Phaselus lunatus var silvester comprende a las poblaciones silvestres. Estas
poblaciones tienen una dinámica metapoblacional debido a que generan
grandes bancos de semillas en el suelo las cuales pueden permanecer viables
hasta por tres años después de la dispersión, favoreciendo con ello procesos de
extinción-colonización (Degreef et al., 2002; Zoro Bi et al., 2003; Baudet, 1977a).
Figura 1.2. Semillas de frijol Lima. A) Semillas silvestres (P. lunatus var silvester). Cultigrupos del
frijol Lima cultivado (P. lunatus var lunatus): B) Gran Lima; C) Papa; D) Sieva.
En el caso particular de P. lunatus var. silvester, tema de estudio del presente
trabajo, su distribución geográfica abarca desde México hasta el norte de Argentina, donde
puede encontrarse en ambientes muy diversos que van desde zonas al nivel del mar y
temperaturas mayores de 22°C, hasta bosques templados con altitudes que van de 800 a
2000 msnm y temperaturas menores de 17°C (Baudoin, 2004b). Esta variedad prospera en
lugares tropicales húmedos y subhúmedos, con precipitaciones anuales que van desde los
900 hasta más de los 1500 mm; aunque es considerada como resistente a la sequía ya que
prospera en áreas con precipitaciones que pueden ir de 600 a 500 mm anuales (Ballesteros,
1999). En el caso particular de México, las poblaciones silvestres del frijol Lima se
distribuyen en las tierras bajas del golfo de México, Océano Pacífico y en la península de
Yucatán. Sin embargo, se han encontrado poblaciones silvestres a altitudes de más de
1600 metros sobre el nivel del mar (msnm) en los estados de Puebla y Nayarit (Martínez-
Castillo et al., 2014).
CAPÍTULO I
11
Con base en evidencia morfológica (Debouck et al., 1987), bioquímica (Gutiérrez
Salgado et al., 1995; Maquet et al., 1997; Lioi et al., 1999) y molecular (Caicedo et al., 1999;
Fofana et al., 1999) generada hasta antes del año 2000, se había determinado que el frijol
Lima comprendía dos grandes acervos genéticos: el acervo genético Mesoamericano y el
acervo genético Andino, conteniendo ambos formas silvestres y domesticadas (Figura 1.3).
Recientemente, información molecular (Andueza-Noh et al., 2015; Martínez-Castillo et al.,
2014; Andueza-Noh et al., 2013; Serrano-Serrano et al., 2012; Motta-Aldana et al., 2010;
Serrano-Serrano et al., 2010) ha indicado que dentro del acervo genético Mesoamericano
la estructura genética podría ser más compleja, reportándose la existencia de dos grupos
que divergen geográficamente: Mesoamericano I (MI) distribuido principalmente en el
centro occidente de México y Mesoamericano II (MII) distribuido a lo largo del Golfo de
México, la península de Yucatán, Centro América y Suramérica ( Andueza-Noh et al., 2015;
Martínez-Castillo et al., 2014; Andueza-Noh et al., 2013; Serrano-Serrano et al., 2012;
Motta-Aldana et al., 2010; Serrano-Serrano et al., 2010).
CAPÍTULO I
12
Figura 1.3. Distribución geográfica del acervo genético Mesoamericano y Andino del frijol Lima
(Modificado de Gutiérrez Salgado et al., 1995).
1.4.1. El acervo genético Mesoamericano del frijol Lima.
Las poblaciones silvestres del acervo genético Mesoamericano del frijol se pueden
encontrar en el norte de México, Guatemala, Belice, El Salvador, Honduras, Nicaragua,
Costa Rica y Panamá, así como, en algunas regiones de Suramérica y en el Caribe
(Debouck, 2008; Baudoin, 2004; Maquet y Baudoin, 1997; Gutiérrez Salgado et al., 1995).
Las poblaciones silvestres del acervo Mesoamericano del frijol Lima en México ocurren: por
la provincia biogeográfica Costa Pacífica Mexicana, en donde se encuentran principalmente
las poblaciones del grupo MI, en hábitats de selva tropical caducifolia y subcaducifolia
donde el clima predominante es cálido subhúmedo con lluvias en verano (AW), una altura
promedio de 448 msnm. Por la parte de la provincia biogeográfica del Golfo de México se
CAPÍTULO I
13
encuentra el grupo MII, cuyas poblaciones se distribuyen en selvas altas y medianas
perennifolias, el clima que predomina en estos hábitats son: clima cálido húmedo con lluvias
en verano (AM) y cálido templado húmedo con lluvias en verano (CW) (Andueza-Noh et al.,
2016). Ambas regiones se encuentran separadas por el Eje Neovolcánico y la Sierra Madre
del Sur (Espinoza et al., 2008).
El frijol Lima, al existir en varios tipos de ecosistemas y a diferentes altitudes, podría
contener una amplia variabilidad genética que le estaría permitiendo una gran adaptabilidad
y colonización a diferentes ambientes ecológicos que predominan en los diferentes hábitats
en donde se localiza (Andueza-Noh et al., 2016). Sin embargo, la mayoría de las
poblaciones silvestres de P. lunatus crecen principalmente en vegetación secundaria
debido a perturbaciones antropogénicas, esto sugiere que el estado de conservación de las
poblaciones es bajo (Andueza-Noh et al., 2016).
Para el frijol Lima se ha sugerido que la divergencia de los grupos MI y MII podría
estar asociada a la existencia del Istmo de Tehuantepec (Figura 1.4) (Andueza-Noh et al.,
2015, 2013; Martínez-Castillo et al., 2014; Serrano-Serrano et al., 2012, 2010; Motta-Aldana
et al., 2010) o también podrían coincidir debido a las diferentes condiciones climáticas que
gobiernan a los dos grupos (Serrano-Serrano et al., 2012). El Istmo de Tehuantepec es
considerado como una barrera biogeográfica debido a que hace miles de años se
encontraba sumergido bajo el agua y emergió durante el pleistoceno (Perry, 1991), cuando
existía un enfriamiento general y drástico de la Tierra durante el Mioceno tardío y el Plioceno
(Savin, 1977). Diferentes estudios fitogeográficos han indicado la importancia de este Istmo
como una barrera geográfica para muchos taxones (Gutiérrez-Rodríguez et al., 2011; Ortíz-
Medrano et al., 2008; Huidobro et al., 2006; Parra-Olea et al., 2002; Peterson et al., 1999).
Debido a la baja elevación del Istmo, los hábitats y las condiciones ecológicas que se
encuentran a cada lado de esta barrera son diferentes (Marshall y Liebherr, 2000), aislando
o reduciendo el flujo genético de algunas poblaciones que se encuentren en cada lado del
Istmo de Tehuantepec (Gutiérrez-Rodríguez et al., 2011). Por lo tanto, los cambios de
hábitats causados por el clima pueden ser los causantes de la formación de los patrones
genéticos en las especies (Barber y Klicka, 2010).
CAPÍTULO I
14
Figura 1.4. Distribución geográfica de los grupos MI y MII del frijol Lima silvestre en México.
Triángulos rojos, grupo MI; círculos verdes, grupo MII; cruz negras, individuo intermedio; cuadrado
amarillo; individuo perteneciente al grupo AI (Modificado de Chacón-Sánchez y Martínez-Castillo,
2017).
1.5. Marcadores moleculares SNPs (Polimorfismo de un solo nucleótido).
Los marcadores de ADN, también conocidos como marcadores moleculares, son
polimorfismos (variaciones) detectados en la secuencia del ADN (Picca et al., 2004). Los
marcadores moleculares pueden definirse como secciones del genoma, generalmente muy
pequeñas en comparación con el genoma completo del organismo, los cuales son elegidos
con el objetivo de que sean representativos en las cadenas más largas de ADN (Beebee y
Rowe, 2008). Los polimorfismos pueden detectarse en el ADN del núcleo y en algunos
organelos como en las mitocondrias y cloroplastos. Al basarse en el análisis directo del
ADN, esta clase de marcadores se consideran como medidas directas de la variación y
pueden hallarse por todo el genoma. Además, algunos marcadores pueden no estar sujetos
CAPÍTULO I
15
a factores ambientales (marcadores neutrales); sin embargo, esto no es una regla general
ya que existen algunos marcadores que se consideran como no neutrales, es decir que se
encuentran bajo selección natural o inclusive a selección humana o artificial (Picca et al.,
2004; Morin et al., 2004; IPGRI, 2003; Karp, 1997).
Los marcadores moleculares pueden ser utilizados en estudios de: a) diversidad y
estructura genética de las poblaciones, b) taxonomía e identificación de especies, c)
estudios filogenéticos, d) domesticación y evolución, e) flujo e introgresión genética, f)
cartografía comparativa de genomas g) caracterización de germoplasma, h) análisis de
asociaciones genotipo-fenotipo, entre otros (Freeland, 2005; Morin et al., 2004; IPGRI,
2003; Soltis y Soltis, 1998; Karp, 1997)
Entre todos los marcadores que existen, los SNPs (polimorfismo de un solo
nucleótido) son más abundantes y robustos para el genotipado (Alkan et al., 2011;
Steemers y Gunderson, 2007). Estos pueden encontrarse en regiones codificantes y no
codificantes del genoma; los primeros podrían estar sujetos a selección e inclusive afectar
al fenotipo del individuo; por otra parte los que se encuentran en regiones no codificantes
se podrían considerar marcadores neutrales ya que no están sujetos a selección (Vignal et
al., 2002; Jorde et al., 2000; Hacia et al., 1999). Los SNPs son variaciones que constan en
la sustitución de un nucleótido cuando este es comparado con dos alelos de cromosomas
homólogos (Thavamanikumar et al., 2011). Los SNPs son abundantes y se distribuyen
amplia y uniformemente en todo el genoma de las especies; sin embargo, no todas las
variaciones son consideradas SNPs ya que estas deben estar en una frecuencia mayor al
1 % en la población. Por lo tanto, las variaciones que son causadas por inserciones o
deleciones no son considerados como SNPs (Brookes, 1999).
La gran mayoría de los SNPs son bialélicos, es decir, tienen dos alelos los cuales
se representan por una sustitución de un nucleótido por otro. Los SNPs se pueden generar
principalmente por mutaciones como las transiciones las cuales es una sustitución de una
purina por otra purina (A-G) o una pirimidina con otra pirimidina (C-T) y transversiones,
sustitución de una purina por una primidina o viceversa (A-C, G-T, A-T, G-C) y las cuales
son las menos frecuentes (Rodrigues, 2009; Rao, 2008), siendo el modelo de mutación de
sitios infinitos el que se ajusta mejor a este marcador (Vignal et al., 2002b). Los SNPs que
CAPÍTULO I
16
se encuentran en las regiones codificantes pueden ser de dos tipos A) SNP sinónimos, los
cuales no afectan la secuencia de aminoácidos y, B) SNP no sinónimos, que cambian la
secuencia de aminoácidos (Huq et al., 2016; Jang et al., 2015). Los SNPs no sinónimos
pueden dividirse en dos tipos: los 1) missense, que se producen cuando el cambio en la
secuencia de aminoácidos provoca que el codón resultante genere un cambio en la proteína
y, 2) los nonsense en los cuales el cambio en la secuencia de aminoácidos genera un codón
de parada (National Center for Biotechnology Information, 2014).
Una gran ventaja que tienen los SNPs en comparación a otros marcadores
moleculares es la automatización para su identificación, por lo tanto se pueden encontrar
miles de SNPs a la vez (Kennedy et al., 2003; Lindblad-Toh et al., 2000). Otra ventaja es
que al usar una gran cantidad de estos marcadores se obtiene una cobertura representativa
del genoma completo (Morin et al., 2004). Para la identificación de los SNPs es necesario
un genoma de referencia, sin embargo, cuando no se cuenta con un genoma de referencia
la identificación puede realizarse usando clonación y “shotgun sequencing” que
básicamente consiste en la subdivisión, secuenciación, alineación y ensamblaje de cadenas
largas de ADN (Huq et al., 2016; Seeb et al., 2011).
Se han desarrollado varias técnicas para el descubrimiento de SNPs con la ayuda
de la tecnología de secuenciación de siguiente generación (NGS por sus siglas en ingles),
con un rendimiento de cientos de millones de bases por ciclo, por lo cual se pueden
descubrir muchos SNPs en una especie a bajo costo (Mardis, 2008). Elshire et al., (2011)
diseñaron un método eficiente para el genotipado de los SNPs conocida como Genotipado
por secuenciación (GBS por sus siglas en ingles), la cual utiliza la plataforma de
secuenciación de Illumina. Esta metodología consiste en la creación de librerías genómicas
usando enzimas de restricción para disminuir la complejidad del genoma (para eliminar
regiones altamente redundantes y poco informativas), y el uso de adaptadores y códigos
de barras únicos para identificar las muestras secuenciadas (Figura 1.5). Esto hace posible
la secuenciación de numerosas muestras en una sola corrida. Esta metodología es
altamente reproducible, extremadamente específica y es posible secuenciar regiones
importantes del genoma los cuales pueden ser inaccesibles utilizando otros métodos.
CAPÍTULO I
17
Figura 1.5. Pasos para la construcción de librerías por GBS. 1) Colocación y secado del ADN,
adaptadores y códigos de barras; 2,3) digestión de las muestras con la enzima de restricción ApeKI
y ligado (ligasa T4) de los adaptadores; 4) inactivación de la ligasa T4 mediante el calentamiento;
agrupación y limpieza de las alícuotas; 5) uso de cebadores con sitios de unión a los adaptadores y
realización de PCR (reacción en cadena de la polimerasa) para aumentar el número de los
fragmentos; 6,7) Limpieza de los productos de PCR y verificación de los fragmentos. Las librerías
sin dímeros de adaptadores son conservadas para la secuenciación de los fragmentos de ADN. Con
esta metodología es posible procesar hasta 96 muestras (Modificado de Elshire et al., 2011).
1.6. Estudios de estructura y diversidad genética realizados en frijol Lima (Phaseolus lunatus L.) utilizando marcadores moleculares.
En el frijol Lima se han realizado diversos estudios sobre la diversidad y estructura genética
de sus poblaciones silvestres (Cuadro 1.2). En resumen, estos estudios han indicado la
existencia de una alta estructura genética y alta diversidad en las poblaciones silvestres en
contraste con su contraparte cultivada. Sin embargo, se ha explorado muy poco sobre los
factores geográfico-ambientales que han determinado o moldeado la estructura genética
de esta especie.
CAPÍTULO I
18
Cuadro 1.2. Resumen de los estudios relacionados con la estructura y diversidad genética en frijol Lima silvestre.
Fuente Estatus de
la especie
Ubicación
del estudio
Marcador Diversidad
genética
Estructura
genética
Otros resultados
Fofana et al.,
(1997)
Cultivado y
silvestre
América RAPD AMOVA= 37.7
% entre grupos
Identificación del acervo
Mesoamericano y Andino.
Ouédraogo y
Baudoin (2002)
Silvestre Costa Rica SSRa e
isoenzimasb
HO= 0.031a,
0.012b; HT=
0.48a, 0.18b
GST=0.56a, 0.68b Nm= 0.17a; Nm= 0.04b; FIT=
0.924a; 9.929b
Zoro Bi et al.,
(2003)
Silvestre Costa Rica Isoenzimas HT= 0.18; DST=
0.11
GST = 0.51 y
FST= 0.49
FIT= 0.93; FIS= 0.86; Nm=
0.39
Ouédraogo et al.,
(2005)
Silvestre Costa Rica SSRa e
isoenzimasb
Ho= 0.020a,
0.012b; HE=
0.143a, 0.080b
GST= 0.30ab y
FST= 0.34a,
0.38b
FIS= 0. 91a; FIS= 0.75b; FIT=
0.94a; FIT= 0.84b
Martínez-Castillo
et al., (2006)
Silvestre Yucatán,
México
SSR HO= 0.67 y
H=0.69
GST= 0.27;
AMOVA= 27 %
entre
poblaciones
Nm= 0.66
CAPÍTULO I
19
Zoro Bi y Baudoin
(2007)
Silvestre Costa Rica Aloenzimas FST= 0.50 FIS=0.88; FIT=0.76; Nm=
0.24
Serrano-Serrano
et al., (2010)
Silvestre América ITSc, atpB-
rbcLdd y
trnL-trnFd
Hdc=0.87;
Hdd=0.86; πc=
0.00498; πd=
0.00347
GST= 0.090c,
0.14d;
NST=0.54c,
0.64d; AMOVA=
51.57 %c y
56.78 %d entre
poblaciones
Primera evidencia de la
existencia de los grupos:
Andino I1 (AI),
Mesoamericano I2 (MI) y
Mesoamericano II3 (MII).
Motta-Aldana et
al., (2010)
Cultivadocu
y silvestres
América ITSc, atpB-
rbcLdd y
trnL-trnFd
Hdc=0.69cu,
0.88sc, Hdd=
0.53cu,0.84s;
πc= 0.00720cu,
0.00690s, πd=
0.00208cu,
0.00317s
Fueron encontrados los tres
grupos (AI, MI, MII)
reportados por Serrano-
Serrano et al (2010)
Andueza-Noh et
al., (2013)
Cultivado y
silvestre
América atpB-rbcL y
trnL-trnF
Hd= 0.74 y π=
0.0024
GST= 0.30MI vs MII,
0.18MI vs AI,
0.27MII vs AI; NST=
Se confirmó la existencia de
los grupos AI, MI, MII
reportados por Serrano-
CAPÍTULO I
20
0.61MI vs MII,
0.80MI vs AI,
0.75MII vs AI
Serrano et al (2010)
Martínez-Castillo
et al., (2014)
Silvestre México SRR HE= 0.61 AMOVA= 49 %
de la variación
se encontró
entre las
poblaciones
Fue confirmada la
existencia de los grupos MI
y MII en México (reportado
en estudios anteriores) y se
encontraron dos subgrupos
dentro del grupo MI (MIa y
MIb).
Ruiz-Gil et al.,
(2016)
Silvestre Chiapas,
México
SRR HE= 0.48 FST= 0.42 a 0.96 FIS= 0.163
Chacón-Sánchez
y Martínez-
Castillo (2017)
Cultivadocu
y silvestres
América SNP HE= 0.22cu,
0.27s
Se permitió confirmar la
existencia de los grupos AI,
MI, MII.
HO, heterocigosidad observada; HT, heterocigosidad total; DST, diversidad genética interpoblacional; HE, heterocigosidad esperada; H, índice de
diversidad de Nei; Hd, diversidad haplotípica; π, diversidad nucleotídica; AMOVA, análisis molecular de varianza, GST, diferenciación genética
entre poblaciones FST, diferenciación genética entre poblaciones; NST, diversidad nucleotídica entre poblaciones.
CAPÍTULO I
21
JUSTIFICACIÓN
El frijol Lima silvestre es una especie con una alta adaptabilidad a condiciones ambientales
y, debido a su alta diversidad genética, es una especie interesante que puede ser
aprovechada en programas de mejoramiento vegetal de frijol. Trabajos anteriores han
reportado una alta estructura genética y se ha encontrado que en México se encuentra la
presencia de dos grupos genéticos (MI y MII) dentro del acervo genético Mesoamericano
del frijol Lima silvestre. Sin embargo, estos estudios solo han explicado la estructura del
acervo silvestre siguiendo un enfoque genético y usando un muestreo genómico limitado.
Considerando estas limitaciones, en este estudio se caracterizó la estructura genética de
las poblaciones silvestres del acervo Mesoamericano del frijol Lima presente en México,
utilizando un muestreo genómico amplio con marcadores SNP y analizando los resultados
con base en información geográfica y climática para poder entender mejor los factores que
propiciaron la estructuración de este acervo. Esta información podrá generar nuevos
elementos que sirvan para mejorar estrategias de muestreo y conservación del acervo
silvestre del frijol Lima presente en México.
PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN
En este estudio se abordaron las siguientes preguntas:
¿Los marcadores SNPs confirmarán la alta diferenciación genética del acervo
Mesoamericano del frijol Lima silvestre presente en México?
Teniendo un mayor muestreo genómico ¿los grupos MI y MII se seguirán conservando?
¿Cuáles podrán ser los posibles factores geográfico-climáticos que puedan permitir el
entendimiento de la diferenciación de los grupos MI y MII?
CAPÍTULO I
22
HIPÓTESIS
1) Phaseolus lunatus var. silvester es una especie de reproducción mixta con
tendencia a la autogamia y que presenta una dispersión limitada de polen y semillas,
aspectos que generan bajos niveles de flujo genético entre las poblaciones y
favorece altos niveles de estructura genética. Considerando esto y que los SNPs
son marcadores moleculares que nos permite tener un muestreo amplio del
genoma, en este trabajo se espera encontrar una estructura genética alta y la
presencia de grupos claramente definidos dentro del acervo genético
Mesoamericano silvestre de P. lunatus presente en México.
2) Las poblaciones silvestres de P. lunatus presentan una amplia distribución en
México, pudiéndoseles encontrar desde el norte hasta el sur-sureste de México,
tanto por la vertiente pacífico como por la del Golfo de México. Con base en esta
distribución, en este trabajo se espera que la estructura genética del acervo genético
Mesoamericano se encuentre asociada a factores geográfico-climáticos.
OBJETIVO GENERAL
Analizar la influencia que han tenido los factores geográfico-climáticos en la
estructura genética de Phaseolus lunatus var silvester presente en México.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar la estructura y diversidad genéticas de P. lunatus silvestre del acervo
genético Mesoamericano presente en México, usando marcadores SNPs.
Describir el papel de los factores geográficos y climáticos en la diferenciación de los
grupos MI y MII presentes en México.
CAPÍTULO I
23
ESTRATEGIA EXPERIMENTAL
Figura 1.6. Diagrama ilustrativo de la estrategia experimental del estudio.
CAPÍTULO I
24
CAPÍTULO II
25
CAPÍTULO II
DETERMINANTES DE LA ESTRUCTURA GENÉTICA DEL FRIJOL LIMA SILVESTRE (Phaseolus lunatus var. silvester Baudet.) DEL ACERVO GENÉTICO MESOAMERICANO EN MÉXICO.
2.1. INTRODUCCIÓN
El frijol Lima (Phaseolus lunatus L.) posee dos acervos genéticos principales, el acervo
genético Andino y el acervo genético Mesoamericano, ambos acervos conteniendo
poblaciones silvestres y cultivadas (Caicedo et al., 1999; Fofana et al., 1999; Lioi et al.,
1999; Maquet et al., 1997; Gutiérrez Salgado et al., 1995; Debouck et al., 1987). Sin
embargo, información actual señala que estos dos grupos no son genéticamente
compactos, ya que se han encontrado subgrupos dentro de ambos acervos (Chacón-
Sánchez y Martínez-Castillo, 2017; Andueza-Noh et al., 2015; Martínez-Castillo et al., 2014;
Andueza-Noh et al., 2013; Serrano-Serrano et al., 2012; Motta-Aldana et al., 2010; Serrano-
Serrano et al., 2010). Para el caso particular del acervo genético Mesoamericano, se ha
reportado la existencia de dos grupos conocidos como Mesoamericano I (MI) y
Mesoamericano II (MII) (Serrano-Serrano et al., 2012; Motta-Aldana et al., 2010; Serrano-
Serrano et al., 2010), los cuales tienen una distribución contrastante en México. El grupo
MI se distribuye principalmente por la vertiente del Pacífico mexicano y el grupo MII se
distribuye principalmente a lo largo del Golfo de México, la península de Yucatán y el Caribe
mexicano (Andueza-Noh et al., 2016; Martínez-Castillo et al., 2014; Andueza-Noh et al.,
2013; Serrano-Serrano et al., 2010).
Se ha sugerido que los grupos MI y MII pudieron haber divergido en el área del Istmo de
Tehuantepec (Serrano-Serrano et al., 2010). Sin embargo, los dos grupos se diferenciaron
hace 0.41349 ± 0.02716 millones de años (Serrano-Serrano et al., 2010), una diferenciación
joven comparada con la edad del Istmo de Tehuantepec, cuya formación se remonta al
Neógeno y al Cuaternario temprano (Lugo-Hubp, 1990). Otros aspectos que pudieron haber
originado la divergencia de los grupos MI y MII podrían estar basados en las características
intrínsecas de la especie, debido a que el frijol Lima es una especie predominantemente
autógama con bajas tasas de dispersión de semillas y polen que no excede los seis metros
de radio (Baudoin, 2004). Conforme las poblaciones se encuentren separadas entre sí, se
CAPÍTULO II
26
puede generar un proceso de aislamiento por distancia, donde las distancias geográficas
restringen el flujo genético, esperando que la diferenciación genética aumente mientras
incrementa la distancia física (Nosil et al., 2008b), siendo así las distancias geográficas, las
que puedan limitar el flujo genético. Otro proceso que pudo haber influido en la
diferenciación genética de los grupos MI y MII es el asilamiento por el ambiente, el cual es
un proceso de adaptación local mediado por las condiciones ambientales y/o climáticas
(Rellstab et al., 2015; Andrew et al., 2012; Nosil et al., 2008). La selección natural juega un
papel importante, ya que las poblaciones se adaptan a diferentes condiciones ambientales
y por lo tanto, se diferencian en sus frecuencias alélicas de otras poblaciones, sin importar
la distancia espacial entre ellas (Andrew et al., 2012; Nosil et al., 2008b).
En la disciplina conocida como Genómica del Paisaje, son empleados muchos marcadores,
tanto neutrales como sujetos a selección. Combinando ambos tipos de marcadores, se
permite inferir las fuerzas microevolutivas que afectan la diferenciación de las poblaciones
y comprender como el paisaje y el ambiente influyen en las poblaciones naturales (Schwartz
et al., 2010). Los marcadores SNPs (polimorfismo de un solo nucleótido) son una
herramienta útil para este propósito, ya que se pueden utilizar cientos de miles de estos
marcadores a un costo relativamente bajo, permitiéndonos tener un muestreo mayor del
genoma de interés (Morin et al., 2004). Además. los marcadores SNPs han sido una
herramienta útil para estudiar la variación genética de diferentes cultivos como el maíz (Zea
mays L; Hao et al., 2015), el frijol común (P. vulgaris; Rodriguez et al., 2016), el melón
(Cucumis melo L; (Esteras et al., 2013), la papa (Solanum tuberosum L; Deperi et al., 2018)
y el arroz (Singh et al., 2013), entre otros.
Para poder tener una mejor inferencia en los factores que pudieron haber influenciado la
diferenciación de los grupos MI y MII, el objetivo principal de este trabajo fue analizar la
influencia que han tenido los factores geográficos-climáticos en los patrones de estructura
genética de las poblaciones silvestres del frijol Lima presentes en México, utilizando
marcadores SNPs e información geográfica y climática.
CAPÍTULO II
27
2.2. METODOLOGÍA
2.2.1. Material vegetal
Se utilizaron secuencias obtenidas por Genotipado por secuenciación (GBS) de 68
individuos silvestres de frijol Lima (P. lunatus) proporcionadas por Chacón-Sánchez y
Martínez-Castillo (2017). El ADN utilizado para la generación de las secuencias GBS fue
extraído de semillas colectadas dentro del área de distribución de la especie y mantenidas
en los bancos de germoplasma del CIAT-Colombia (Centro Internacional de Agricultura
Tropical) y del CICY (Centro de Investigación Científica de Yucatán) (Figura 2.1). Los datos
de colecta de los 68 individuos utilizados en este trabajo se pueden observar en el Anexo
1.
Figura 2.1. Distribución geográfica de los 68 individuos de frijol Lima (P. lunatus) incluidos en el
estudio.
CAPÍTULO II
28
2.2.2. Detección de SNPs.
Las secuencias obtenidas por GBS fueron analizadas con el software NGSEP (Perea et al.,
2016; Duitama et al., 2014), alineando y mapeando las lecturas con el genoma de referencia
del frijol común (P. vulgaris L), el cual se obtuvo de Phytozome v. 12.1 (www.phytozome.net)
e indexado con el programa Bowtie 2 (Langmead y Salzberg, 2012). Después de la
detección de las variantes, todas las muestras fueron genotipadas para cada posición
variable, se conservaron aquellas muestras con calidad arriba de 40 (probabilidad de que
la base observada sea la correcta), soportado por una profundidad de lectura mínima de 10
(número de veces que cada base está presente en las lecturas) y con frecuencia del alelo
menor (MAF) superior al 5 %. También se conservaron las muestras que tuvieron menos
del 10 % de datos faltantes, para obtener un archivo VCF (Variant Call File), el cual contiene
todas las variantes encontrados (SNPs), dicho archivo VCF fue anotado usando el GFF
(General Feature Format, archivo donde se encuentran anotados los genes o en su caso,
proteínas) del genoma del frijol común. Este archivo se convirtió a otros formatos
dependiendo la necesidad, utilizando las herramientas implementadas en NGSEP (Duitama
et al., 2014), Tassel (Bradbury et al., 2007) y PGDSpider (Lischer y Excoffier, 2012).
2.2.3. Estructura y diversidad genética.
Estructura genética. Para estimar la estructura genética, primero se construyó una matriz
de distancias genéticas estándar de Nei entre los individuos con el software Tassel
(Bradbury et al., 2007). Para examinar el patrón de agrupamiento de las poblaciones bajo
estudio se utilizaron tres métodos: 1) un algoritmo de agrupamiento Neighbor-Joining
utilizando el software DARwin v6 (Perrier y Jacquemoud-Collet, 2006) 2) un análisis de
coordenadas principales (PCoA) utilizando el software GenAlex (Peakall y Smouse, 2012);
3) una prueba de asignación de individuos utilizando el programa STRUCTURE (Pritchard
et al., 2000), usando el modelo “Admixture” y frecuencias alélicas correlacionadas. Este
programa asume un enfoque Bayesiano de agrupamiento y asigna genotipos individuales
a un número predefinido de K poblaciones, cada uno caracterizado por un conjunto de
frecuencias de los alelos en cada locus. Se evaluaron los valores de K desde 1 hasta 6 y
se corrió el programa con 5 simulaciones independientes para cada valor de K. Cada
simulación consistió de un período de “burn-in” de 100 000 y 100 000 MCMC (Marcov Chain
Monte Carlo) iteraciones después de “burn-in”. Para obtener el valor de K óptimo fue usado
CAPÍTULO II
29
el método de Evanno et al. (2005), considerando un coeficiente de membresía de 70 %
para asignar cada individuo a un K específico, aquellos que no cumplieron con este criterio
se consideraron como mezclados (admixed).
Para analizar el grado de diferenciación genética se utilizaron los estadísticos F de
Wright (Wright, 1951), así como un AMOVA jerárquico (Análisis Molecular de Varianza) para
observar la variación genética entre y dentro de las poblaciones utilizando el software
Arlequín (Excoffier y Lischer, 2010). También se calculó el flujo genético histórico (Nm) con
el programa Genepop (Rousset, 2008).
Diversidad genética. Se analizó la diversidad genética a dos niveles: A) nivel acervo
genético Mesoamericano y, B) para cada grupo encontrado. Los estimadores empleados
fueron los siguientes: número promedio de alelos por locus (NA), porcentaje de loci
polimórfico (%P), heterocigosidad observada (Ho), heterocigosidad esperada (HE) e índice
de fijación (F). Estos estimadores fueron obtenidos utilizando el software Arlequín (Excoffier
y Lischer, 2010).
2.2.4. Asociación entre la estructura genética y factores geográficos y ambientales.
Se obtuvieron datos de longitud, latitud y altitud de los 68 individuos utilizados y con ello los
datos climáticos de cada sitio de colecta usando la base de datos de Worldclim v2.0
(http://worldclim.org/). Las 19 variables climáticas (1970-2000) (Cuadro 2.1) fueron
descargadas con una resolución de 30 arc/sec. La distribución geográfica de los individuos
fueron mapeados y los valores de las 19 variables climáticas fueron extraídas usando el
software ArcGis 10.3 (Longley et al., 2005). Para investigar la correlación entre distancias
genéticas, geográficas y climáticas (19 variables bioclimáticas) se realizaron pruebas de
Mantel y pruebas parciales de Mantel usando el paquete vegan en R v3.3.2 (Oksanen et
al., 2015; R Development Core Team., 2011;), utilizando 10000 permutaciones para poner
a prueba la significancia de los valores. Las distancias genéticas y geográficas fueron
obtenidas usando el programa Tassel (Bradbury et al., 2007) y GenAlex (Peakall y Smouse,
2012) respectivamente. Para el caso de las distancias climáticas se produjo una matriz de
distancias euclidianas estandarizadas usando el software SPSS v23 (SPSS Inc., Chicago,
IL, USA; http://www.spss.com).
CAPÍTULO II
30
Para observar barreras que pueden restringir el flujo genético, se realizó un análisis para
detectar discontinuidades genéticas utilizando el algoritmo de máxima diferenciación de
Monmonier implementado en el software Barrier v2.2 (Manni et al., 2004). Este programa
genera un mapa con las coordenadas geográficas de las muestras formando un polígono;
a partir de la matriz de distancia genética por pares (FST) se forman las barreras
representadas en el mapa identificando los bordes de los polígonos donde se produjeron
las máximas distancias. Para poder realizar la matriz por pares (FST), se formaron 12 grupos
según la similaridad genética de las muestras (obtenido por la topología Neighbor-Joining)
y su relación geográfica. No fueron incluidas en el análisis aquellas muestras que no tenían
relación geográfica entre el grupo formado en el Neighbor-Joining. Las distancias de FST
por pares se realizaron en el software Arlequín (Excoffier y Lischer, 2010). Para obtener
valores de confianza estadística para las barreras, se calcularon 100 réplicas de la matriz
Cuadro 2.1. Variables climáticas disponibles en wordclim.org. De BIO 1 a BIO11 corresponden a
la variable temperatura y de BIO12 a BIO19 corresponde a la de precipitación.
Variable Descripción
BIO1 Temperatura media anual
BIO2 Rango medio diurno (promedio mensual (temperatura máxima - temperatura mínima))
BIO3 Isotermia (BIO2/BIO7) (* 100)
BIO4 Estacionalidad de la temperatura (desviación estándar * 100)
BIO5 Temperatura máxima del mes más cálido
BIO6 Temperatura mínima del mes más frío
BIO7 Rango de temperatura anual (BIO5-BIO6)
BIO8 Temperatura media del trimestre más húmedo
BIO9 Temperatura media del trimestre más seco
BIO10 Temperatura media del trimestre más cálido
BIO11 Temperatura media del trimestre más frío
BIO12 Precipitación Anual
BIO13 Precipitación del mes más húmedo
BIO14 Precipitación del mes más seco
BIO15 Estacionalidad de la precipitación (coeficiente de variación)
BIO16 Precipitación del trimestre más húmedo
BIO17 Precipitación del trimestre más seco
BIO18 Precipitación del trimestre más cálido
BIO19 Precipitación del trimestre más frío
CAPÍTULO II
31
de distancia genética por pares (FST) usando el entorno de programación R v3.3.2.
Para conocer las variables climáticas que tienen más influencia en la diferenciación
de los grupos en el acervo genético Mesoamericano se realizó un análisis de componentes
principales (PCA). El análisis se llevó acabo con la información de las 19 variables
climáticas extraídas de los 68 puntos de colecta de frijol Lima y el PCA fue llevado a cabo
usado el software past ver. 3 (Hammer et al., 2001)
CAPÍTULO II
32
2.3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
2.3.1. Detección de SNPs.
La técnica de SNPs por GBS produjo un total de 164, 988,478 secuencias para los 68
individuos analizados. De estos, 76, 126,376 lecturas fueron alineadas a única posición en
el genoma de referencia; 35, 308,518 lecturas fueron alineadas a más de una posición y
41, 628,605 no fueron alineadas al genoma de referencia. El porcentaje de lecturas
alineadas fue de 69 %. En promedio, cada muestra produjo 2, 499,825 lecturas de las
cuales 1, 153,430 fueron alineadas a una sola posición (Anexo 2). Las lecturas que fueron
alineadas a una sola posición fueron utilizadas para la detección de variantes entre las
muestras analizadas. Para producir un archivo VCF que contuvo 1, 397,929 SNPs bialélicos
y 42,000 indels bialélicos. Después del filtrado, un total de 9,475 SNPs bialélicos fueron
retenidos, de los cuales 5,494 fueron localizados en regiones codificantes, 3,267 fueron
substituciones sinónimas, 2,222 substituciones missense, y cinco fueron substituciones
non-sense. Las transiciones fueron más frecuentes que las transversiones (tasa de
transición/transversión = 1. 28). Dado que el tamaño aproximado del genoma del frijol
común (P. vulgaris) es de 587 MB (Schmutz et al., 2014), la densidad de mapeo sería de
un SNP cada 62 kb. La densidad de SNP por cromosomas puede observarse en la figura
2.2.
Figura 2.2. Distribución de los 9 475 SNP en los 11 cromosomas. Tomando de referencia el genoma
del frijol común (P. vulgaris).
CAPÍTULO II
33
La cantidad de SNPs detectados en este estudio fueron casi el doble que lo
reportado por Chacón-Sánchez y Martínez-Castillo (2017) utilizando 270 individuos de frijol
Lima. Esta diferencias pueden estar relacionadas a: 1) fueron incluidas algunas muestras
que fueron secuenciadas paired-end, 2) fue utilizado una versión más reciente del genoma
de referencia, y 3) se utilizó una versión más reciente del programa NGSEP. Estos tres
factores podrían haber conducido a una mayor detección de variantes.
Se encontró un mayor número de SNPs en regiones codificantes (5,494 SNPs) que en
regiones no codificantes, patrón similar a lo reportado por Chacón-Sánchez y Martínez-
Castillo (2017), quienes encontraron el 72 % de los SNPs distribuidos en regiones
codificantes del genoma. Este resultado puede deberse a las características de la enzima
de restricción ApeKI empleada en la secuenciación por GBS, ya que esta enzima no corta
los sitios metilados y se encarga de cortar zonas ricas en genes (Elshire et al., 2011).
2.3.2. Estructura y diferenciación genética del frijol Lima silvestre
2.3.3. Topología Neighbor-Joining.
Las relaciones genéticas entre los 68 individuos de frijol Lima silvestre se visualizan en la
Figura 2.3. Se puede observar dos grupos claramente diferenciados, los cuales hacen
referencia a los grupos MI y MII (líneas rojas y verdes, respectivamente) del acervo genético
Mesoamericano previamente reportados por otros autores (Chacón-Sánchez y Martínez-
Castillo, 2017; Andueza-Noh et al., 2015; Martínez-Castillo et al., 2014; Andueza-Noh et al.,
2013; Serrano-Serrano et al., 2012; Motta-Aldana et al., 2010; Serrano-Serrano et al.,
2010). El nodo que logró separar a los grupos MI y MII obtuvo un buen soporte por boostrap
(100 %). Se pudo observar subgrupos dentro de los grupos MI y MII, la mayoría de los
cuales mantienen un sentido geográfico, ya que es posible ver agrupados individuos
pertenecientes a la misma zona geográfica.
El grupo MI se conformó por 34 individuos que se distribuyen principalmente por la
costa del Pacífico mexicano, en los estados de Sinaloa, Nayarit, Jalisco, Colima, Guerrero,
Oaxaca, Chiapas, Puebla, Morelos, Querétaro y Tamaulipas. El grupo MII se constituyó de
31 individuos distribuidos principalmente en las costas del Golfo de México, en los estados
de Veracruz, Campeche, Yucatán, Chiapas, Oaxaca y Guerrero, sin embargo, se
CAPÍTULO II
34
encontraron algunos individuos de MII en los estados de Morelos, Puebla y Jalisco, lugar
donde ocurren naturalmente las poblaciones pertenecientes al grupo MI. También se
observaron tres individuos intermedios (líneas negras) que no pudieron ser asignados a
ninguno de los dos grupos, sin embargo, uno de ellos está más relacionado genéticamente
al grupo MII. Estos tres individuos se ubicaron en los estados de Jalisco y Chiapas.
La topología encontrada nos indicó una agrupación acorde a la ubicación
geográfica, salvo algunos individuos, lo cual nos podría indicar una estructura espacial al
interior del acervo genético Mesoamericano (Figura 2.4).
CAPÍTULO II
35
Figura 2.3. Topología Neighbor-joining que muestra la relación genética entre los 68 individuos de
frijol Lima silvestre de México. Individuos pertenecientes al grupo MI representados en color rojo;
individuos pertenecientes al grupo MII representados en color verde; individuos intermedios están
representados en color negro.
CAPÍTULO II
36
Figura 2.4. Distribución geográfica de los 68 individuos silvestres del frijol Lima en México.
Triángulos rojos, grupo MI; círculos verdes, grupo MII; cruces negras, individuos intermedios.
2.3.4. Análisis de coordenadas principales (PCoA).
Los resultados obtenidos por el PCoA (Figura 2.5) mostraron un patrón de agrupamiento
idéntico al obtenido en el Neighbor-Joining. La distribución de los individuos mostró
claramente dos grupos que corresponden a los grupos MI y MII. Estos dos grupos fueron
conformados por los mismos individuos que conformaron al grupo MI y MII en el Neighbor-
joining. El grupo MI (triángulos rojos) parece ser un grupo sólido, mientras el grupo MII
(círculos verdes) presentó una mayor dispersión. El PCoA también mostró la presencia de
tres individuos intermedios los cuales no se pudieron asignar a ninguno de los dos grupos.
Los grupos MI y MII fueron separados por la primer coordenada principal, la cual aportó el
41.80 % de la variación total y que, en conjunto con la coordena principal dos, aportaron el
48.06 % de la variación observada.
CAPÍTULO II
37
Figura 2.5. Análisis de coordenadas principales de 68 individuos silvestres de frijol Lima de México.
Triángulos rojos, grupo MI; cruces; individuos intermedios; círculos verdes, grupo MII.
2.3.5. Prueba de asignación de individuos.
El método de Evanno indicó un valor de K óptima igual a dos para los 68 individuos
silvestres evaluados (Figura 2.6). La Figura 2.7 muestra la gráfica obtenida por la prueba
de asignación de individuos (STRUCTURE) con el valor de K óptima igual a dos. Se observa
la existencia de dos grupos claramente diferenciados que corresponden a MI y MII del
acervo genético Mesoamericano, apoyando así los resultados obtenidos en la topología
Neighbor-joining y en el PCoA (Figura 2.3 y 2.5). Así mismo, el software STRUCTURE
también detectó tres individuos que no cumplen con el criterio del 70 % de ancestría, por lo
cual no pudieron ser asignados a ninguno de los dos grupos, indicando así que estos
individuos comparten ancestría de los grupos MI y MII.
CAPÍTULO II
38
Figura 2.6. Gráfica del valor de delta K que determina el número ideal de grupos presentes en el
acervo genético Mesoamericano del frijol Lima.
Figura 2.7. Prueba de asignación de 68 individuos de frijol Lima pertenecientes al acervo genético
Mesoamericano. Con K = 2, el color rojo representa al grupo MI y el color verde al grupo MII.
CAPÍTULO II
39
Analizando en conjunto el resultado de los diferentes enfoques usados en el
presente trabajo [Neighbor-joining, PCA y la prueba de asignación de individuos (Figuras
2.3, 2.5 y 2.7)], el uso de SNPs apoya la existencia de dos grupos claramente diferenciados
dentro del acervo genético Mesoamericano MI y MII. La existencia de estos dos grupos
concuerda con lo reportado por Chacón-Sánchez y Martínez-Castillo (2017); Martínez-
Castillo et al., (2014); Andueza-Noh et al., (2013); Serrano-Serrano et al., (2012, 2010) y
Motta-Aldana et al., (2010), quienes reportaron la posible existencia de estos dos grupos
con el empleo de un mayor número de muestras y con el uso de marcadores SNPs, SSR,
secuencias de ADN de núcleo (ITS) y de cloroplasto (ADNcp).
El presente trabajo apoya que los grupos MI y MII del frijol Lima silvestre presente
en México muestran una distribución contrastante, la cual puede observarse claramente en
la Figura 2.4, concordando también con lo reportado por los autores antes mencionados. El
grupo MI contuvo individuos que se distribuyen principalmente en la planicie de la costa del
Océano Pacífico, en vegetación de bosque tropical seco (Figura 2.8) y su distribución
abarcó latitudes entre 15.7672 y 24.8719 y longitudes de 95.6374 y 107. 4713, con un rango
de altitud que va de los 10 a los 1810 msnm. Por su parte el grupo MII integró individuos
que se distribuyen principalmente en la costa del Golfo de México, Yucatán y el sur del
Istmo de Tehuantepec, desde latitudes que van de 14.8592 y 21.1027 y longitudes de
87.3377 y 102.6667 con un rango altitudinal que varió de los 6 a los 1826 msnm. A
diferencia del grupo MI, el grupo MII se distribuye principalmente en vegetación de bosque
tropical perennifolio y subcaducifolio (Figura 2.8). Sin embargo, no se encontraron
diferencias significativas entre los promedios de altitud de los grupos MI y MII (t = 0.66, g.l.
61, p = 0.50). Por su parte, los tres individuos intermedios se distribuyeron en bosques
tropicales secos. Una posible razón del porqué estos tres individuos no fueron asignados a
ninguno de los grupos observados puede ser porque en el presente trabajo solo se usaron
individuos y no poblaciones.
CAPÍTULO II
40
Figura 2.8. Distribución de los grupos MI y MII en los diferentes tipos de vegetación. Triángulos rojos,
individuos pertenecientes al grupo MI; círculos verdes, individuos pertenecientes al grupo MII; cruces
blancas, individuos intermedios.
La distribución de los individuos en los diferentes tipos de vegetación concuerda con lo
reportado por Andueza-Noh et al., (2016) y Serrano-Serrano et al., (2012), los cuales
mencionan que los grupos MI y MII del frijol Lima silvestre se distribuyen en selva
caducifolia, selva perennifolia y subcaducifolia, respectivamente. Andueza-Noh et al.,
(2016) encontraron también que los grupos MI y MII se distribuyen en climas diferentes: el
grupo MI tiende a distribuirse en climas secos tipo AW (cálido subhúmedo con lluvias en
verano) y el grupo MII se encuentra en climas más húmedos tipo AM y CW (cálido húmedo
con lluvias en verano y cálido templado húmedo con lluvias en verano, respectivamente).
Como se observa en la Figura 2.4, hay individuos del grupo MII que se encuentran ubicados
en áreas de distribución del grupo MI. Esto podría deberse a los procesos migratorios que
existieron, debido a que la evidencia señala que el grupo MI divergió del grupo MII hace
CAPÍTULO II
41
0.41349 ± 0.02716 millones de años, el cual a su vez surgió del acervo genético Andino
hace 0.5010 ± 0.02611 millones de años, probablemente ocasionado por eventos de
fragmentación en el norte de los Andes y por la migración de poblaciones silvestres a Centro
América después del cierre del Istmo de Panamá, para que después se dispersara en
México teniendo una rápida diversificación (Serrano-Serrano et al., 2010), por lo tanto,
pudiendo existir aun poblaciones del grupo MII dentro del área de distribución del grupo MI
y al ser una especie predominantemente autógama (90 % autógama) (Zoro Bi et al., 2005),
el flujo genético es reducido. Alternativamente, la presencia de algunos individuos
intermedios podría hablar de un posible flujo genético entre algunas poblaciones de ambos
grupos genéticos. Este sobrelapamiento de individuos pertenecientes al grupo MII dentro
de la distribución geográfica del grupo MI podría también estar relacionado por un evento
de sorteo incompleto de linajes ocurrido cuando poblaciones o especies divergen
recientemente (Elias et al., 2007), como podría ser el caso del frijol Lima. Inclusive, la
aparición de los tres individuos intermedios pudo haberse originado por este proceso, ya
que es difícil determinar este hecho con eventos de flujo genético (Zhou et al., 2017). El
proceso de sorteo incompleto de linajes también es reportado para el frijol Lima por Chacón-
Sánchez y Martínez-Castillo (2017).
CAPÍTULO II
42
La diferenciación genética entre los grupos MI y MII fue muy alta (FST = 0.59). Estos
valores coincidieron con lo obtenido en el análisis de varianza molecular (AMOVA), el cual
indicó que el 59 % de la variación se encontró entre los grupos. Este resultado concuerda
con diversos trabajos los cuales han reportado niveles altos de diferenciación genética en
las poblaciones y de acervos genéticos del frijol Lima (Cuadro 2). Estos niveles de
diferenciación podrían explicar la estructura genética actual del frijol Lima. Los resultados
de diferenciación aquí obtenidos son muy similares a lo encontrado por Zoro Bi y Baudoin
(2007) en poblaciones silvestres de frijol Lima utilizando el estimador FST y por lo reportado
por Andueza-Noh et al., (2013) y Serrano-Serrano et al., (2010) usando el estimado NST (un
estimador de diferenciación genética análogo a FST). Esta alta diferenciación genética
podría ser explicada por el bajo flujo genético histórico entre los grupos MI y MII (Nm = 0.07),
un aspecto que ya ha sido reportado por varios autores a nivel poblacional (Zoro Bi y
Baudoin, 2007; Martínez-Castillo et al., 2006; Zoro Bi et al., 2003; Ouédraogo y Baudoin,
2002). También se encontró un efecto grande de la endogamia en la diferenciación de los
grupos MI y MII (FIT = 0.95), así como la existencia de un exceso de homocigotos [a nivel
del acervo genético Mesoamericano: FIS 0.94; y nivel de grupos: MI = 0.86 y MII = 0.91
(Cuadro 2.2)]. Este exceso de homocigotos en las poblaciones de frijol Lima se ha reportado
tanto en poblaciones silvestres como en poblaciones cultivadas (Chacón-Sánchez y
Martínez-Castillo, 2017; Ruiz-Gil et al., 2016; Zoro Bi y Baudoin, 2007; Ouédraogo et al.,
2005; Zoro Bi et al., 2003).
La alta diferenciación genética y la presencia de un exceso de homocigotos en las
poblaciones silvestres de frijol Lima es acorde al sistema reproductivo de la especie, la cual
es principalmente autógama, así como con su limitada dispersión de polen y de semillas
(Baudoin, 2004), aspectos que pueden generar procesos de aislamiento por distancia
(Wright, 1943). Sin embargo, los grupos MI y MII, al distribuirse en diferentes regiones
(Costa Pacífica y Golfo de México), también pudieron experimentar diferenciación local
ligada al ambiente, por lo que el conjunto de estos dos factores podrían explicar la estructura
genética actual del frijol Lima silvestre.
CAPÍTULO II
43
2.3.6. Diversidad genética.
Debido a que los marcadores SNPs son bialélicos, el número promedio de alelos por locus
para todo el acervo genético Mesoamericano fue de dos. De los 9475 SNPs analizados,
solo el 78 % resultaron ser polimórficos y como se puede observar en el Cuadro 2.2, se
detectaron muy pocos genotipos heterocigotos, tal como lo reportaron Chacón-Sánchez y
Martínez-Castillo (2017). Esta baja proporción de individuos heterocigotos es de esperarse
en una especie que es preferentemente autógama. Sin embargo, se encontraron niveles
medios de diversidad genética dentro del acervo genético Mesoamericano del frijol Lima
(HE = 0.302). Estos resultados son ligeramente altos con respecto a lo reportado por
Chacón-Sánchez y Martínez-Castillo (2017) quienes utilizaron marcadores SNPs y 160
accesiones silvestres distribuidas en América. También, el nivel de diversidad genética
encontrado en el presente trabajo fue ligeramente superior a lo reportado por Rodríguez et
al (2016) para el acervo genético Mesoamericano del frijol común silvestre, los cuales
encontraron una HE = 0.260 utilizando marcadores SNPs.
Aunque los niveles de diversidad genética no son comparables con lo reportado por
otros autores debido a la naturaleza de los marcadores SNPs, el nivel de diversidad
genética reportada en este estudio para el acervo genético Mesoamericano concuerda con
lo reportado por Chacón-Sánchez y Martínez-Castillo (2017); Andueza-Noh et al (2015,
2013); Martínez-Castillo et al (2014) y Serrano-Serrano et al (2010).
Para el caso de los grupos MI y MII, se encontró un número promedio de alelos por
locus de 1,578 y 1,660, respectivamente. No hubo diferencia en el porcentaje de loci
polimórfico para ambos grupos, aunque el grupo MII fue ligeramente más diverso que el
grupo MI (Cuadro 2.2), sin embargo, los niveles de heterocigosidad observada para ambos
grupos es similar. Resultados semejantes fueron reportados por Chacón-Sánchez y
Martínez-Castillo (2017) y Martínez-Castillo et al., (2014), quienes encontraron que el grupo
MII fue ligeramente más diverso que el grupo MI. Sin embargo, utilizando secuencias
provenientes de núcleo y cloroplasto Andueza-Noh et al., (2013) y Serrano-Serrano et al.,
(2012, 2010) reportan que el grupo MI contiene mayor diversidad haplotípica que el grupo
MII.
CAPÍTULO II
44
Población N P %P NA HO HE FIS
Total 68 7358 78 2.003 0.018 0.302 0.940
SE - - 0.057 0.018 0.139 0.000
MI 34 4155 44 1.576 0.033 0.155 0.865
SE - - 0.497 0.035 0.177 0.000
MII 31 4306 45 1.660 0.027 0.199 0.910
SE - - 0.475 0.033 0.186 0.000
N, tamaño de la muestra; P, loci polimórfico; %P, porcentaje de loci polimórfico; NA, número
promedio de alelo por locus; HO, heterocigosidad observada; HE, heterocigosidad esperada; FIS,
índice de fijación; SE, desviación estándar.
2.3.7. Asociación entre la estructura genética y los factores geográficos y ambientales.
Se ha sugerido que la divergencia de los grupos MI y MII estuvo influenciado por la aparición
del Istmo de Tehuantepec (Martínez-Castillo et al., 2014). Sin embargo, la divergencia de
estos grupos ocurrió hace 0.41349 ± 0.02716 millones de años (Serrano-Serrano et al.,
2010), lo que significa que la divergencia del acervo genético Mesoamericano del frijol Lima
es relativamente más reciente en comparación con la aparición del Istmo (Martínez-Castillo
et al., 2014). Esto indica que la divergencia de los grupos MI y MII posiblemente estuvo
influenciado por otros factores, como la acción humana, barreras y distancia geográfica o
debido a condiciones climáticas como lo es reportado para poblaciones silvestres de frijol
común y de cebada (Pournosrat et al., 2018; Rodriguez et al., 2016).
Las pruebas simples y parciales de Mantel utilizadas para analizar la correlación
entre variables geográfico-climáticas y datos genéticos (Cuadro 2.3) indicaron que el mayor
valor de correlación ocurrió cuando se correlacionaron las distancias geográficas y
climáticas (r = 0.645, p = 0.0001). Las pruebas de mantel realizadas entre las distancias
genéticas, geográficas y climáticas fueron significativas pero no altamente correlacionadas
(r = 0.498, p = 0.0001 y r = 0.386, p = 0.0001, respectivamente). Sin embargo, se observó
un proceso de aislamiento por distancia (r = 0.498, p = 0.0001), tal como lo reportó Serrano-
Serrano et al (2010) y Martínez-Castillo et al (2014) para los grupos MI y MII. Un resultado
Cuadro 2.2. Estimadores de diversidad genética del acervo genético Mesoamericano del frijol Lima
y de los grupos observados, calculados con 9475 marcadores SNPs.
CAPÍTULO II
45
similar fue el reportado por Rodriguez et al., (2016) en poblaciones silvestres de frijol común,
especie en la cual factores geográficos y bajo flujo genético han propiciado la diferenciación
genética de la especie.
El fenómeno de aislamiento por distancia pudo observarse usando el software Barrier, el
cual indicó que las discontinuidades genéticas más grandes coinciden en las áreas
montañosas más importante del país (Figura 2.9), siendo el Istmo de Tehuantepec, la Sierra
de Juárez, la Sierra Madre del Sur y el Eje Neovolcánico Transversal las barreras más
predominantes que pueden estar restringiendo el flujo genético de las poblaciones
silvestres del frijol Lima en México. Así, que a pesar de ser una especie predominantemente
autógama que presenta baja dispersión de polen y semillas, también factores geográficos
como los sistemas montañosos que funcionan como barreras naturales pudieron haber
contribuido en la diferenciación de los grupos MI y MII en México. Barreras geográficas al
interior de los grupos MI y MII también pudieron haber causado diferenciación dentro de los
grupos, debido a que el análisis de varianza molecular indicó que el 41 % de la variación
se encuentra al interior de los grupos. También, se observó que la Sierra de Juárez y el
Istmo de Tehuantepec podrían ser las barreras geográficas más importantes que pudieron
haber contribuido más a la diferenciación de los grupos MI y MII, ya que se puede trazar
una línea casi vertical por esa zona y ver claramente la divergencia de estos dos grupos.
Este resultado apoya a la hipótesis propuesta por Martínez-Castillo et al. (2014), quienes
propusieron que la diferenciación de los grupos MI y MII ocurrió en algún área cercana al
Istmo de Tehuantepec como resultado, posiblemente, de eventos de expansión
demográfica y fragmentación, seguidos de aislamiento geográfico, generados posiblemente
por los cambios del clima debido a los ciclos glaciales del Pleistoceno (Martínez-Castillo et
al., 2014). Así, las condiciones climáticas pudieron haber jugado un papel importante en la
Cuadro 2.3. Resultados de la prueba simple y parcial de Mantel entre la correlación de las
distancias genéticas (Disgen), geográficas (Disgeo) y climáticas (Disclim) de los 68 individuos de
frijol Lima.
Prueba de Mantel Prueba parcial de Mantel
r valor-p r valor-p
Disgen, Disgeo 0.498 0.0001 0.354 0.0001
Disgen, Disclim 0.386 0.0001 0.097 0.0005
Disgeo, Disclim 0.645 0.0001 0.566 0.0001
CAPÍTULO II
46
diferenciación de los grupos MI y MII en México. En el presente trabajo, la prueba simple
de Mantel (Cuadro 2.3) no mostró una correlación fuerte entre las distancias genéticas y
climáticas, no obstante fue significativa. Esto apoya la hipótesis de que la existencia de los
grupos MI y MII también puede estar influenciada por la selección natural debido a
condiciones climáticas.
Figura 2.9. Ubicación de las barreras más probables obtenidas por Barrier para los 12 grupos
armados de frijol Lima silvestre en México. Las líneas negras hacen referencia a: 1) Istmo de
Tehuantepec; 2) Sierra de Juárez; 3) Sierra Madre del Sur; 4) Eje Neovolcánico Transversal. Los
círculos rojos, individuos pertenecientes al grupo MI, círculos verdes, individuos pertenecientes al
grupo MII.
Habiendo detectado una correlación entre las distancias genéticas, geográficas y
climáticas, en el presente trabajo se realizó una prueba parcial de Mantel para investigar
las relaciones de asilamiento por distancia y aislamiento por el ambiente. Los resultados de
esta prueba indicaron que hubo una reducción en la correlación de las distancias genéticas
con las geográficas y las climáticas. Sin embargo, al analizar la correlación entre las
CAPÍTULO II
47
distancias geográficas y climáticas no se observó una reducción tan marcada (r = 0.566, p
= 0.0001).Tal como se puede observar en la Figura 2.8, los grupos MI y MII se distribuyen
en ambientes diferentes y, tal como lo reporta Andueza-Noh et al (2016), estos grupos
también ocurren en diferentes tipos de climas. Esto lleva a pensar que la divergencia de
ambos grupos pudo haber ocurrido debido a la acción del aislamiento por distancia y
aislamiento por el ambiente. Así, los resultados obtenidos en las pruebas simple y parcial
de Mantel, indican que los factores geográficos y climáticos han jugado un papel importante
que ha afectado la estructura genética del acervo genético Mesoamericano del frijol Lima
silvestre en México, favoreciendo la existencia de los grupos MI y MII. Las correlaciones
significativas entre las distancias geográficas y genéticas, así como entre las distancias
ambientales y genéticas, indican una distribución espacial, influenciada principalmente por
la selección natural.
El análisis de componentes principales (PCA) realizado para conocer las variables
climáticas que pudieron haber influenciado la divergencia de los grupos MI y MII mostró que
la mayoría de la variación se obtuvo en tres componentes (PCA1, PCA2, PCA3), los cuales
en conjunto aportaron el 82.7 % de la variación total (Cuadro 2.4). Para el PCA1, siete
variables fueron asociadas, la mayoría de estas correspondieron a temperatura, siendo la
temperatura media anual (BIO1) la variable que aportó mayor variación al componente; en
el caso del PCA2, estuvieron asociadas cinco variables correspondientes a precipitación,
entre las cuales la variable de precipitación del mes más seco y la precipitación del trimestre
más seco (BIO 14, BIO17, respectivamente) fueron las que mayor aportación tuvieron al
componente; en el PCA3 solo se relacionaron tres variables climáticas referentes a
temperatura, siendo la estacionalidad de la temperatura (desviación estándar * 100) (BIO
4) la variable que contribuyó con mayor variación al componente (Cuadro 2.5).
CAPÍTULO II
48
Cuadro 2.4. Número de variables asociadas y aportación de la varianza de los tres componentes
principales.
Componente Variables asociadas % Variación
PCA1 7 37 % PCA2 5 29 % PCA3 3 17.20 %
Total 82.7 %
Cuadro 2.5. Variables climáticas asociadas a cada componente.
Variable Descripción PCA1 PCA2 PCA3
BIO1 Temperatura media anual 0.323 -0.195 0.097
BIO2 Rango medio diurno (promedio mensual
(temperatura máxima - temperatura mínima))
-0.242 -0.041 0.300
BIO3 Isotermia (BIO2/BIO7) (* 100) -0.028 -0.298 -0.288
BIO4 Estacionalidad de la temperatura
(desviación estándar * 100) -0.088 0.173 0.463
BIO5 Temperatura máxima del mes más cálido 0.182 -0.136 0.431
BIO6 Temperatura mínima del mes más frío 0.313 -0.186 -0.170
BIO7 Rango de temperatura anual (BIO5-
BIO6) -0.197 0.100 0.433
BIO8 Temperatura media del trimestre más
húmedo 0.281 -0.170 0.274
BIO9 Temperatura media del trimestre más
seco 0.306 -0.199 0.071
BIO10 Temperatura media del trimestre más
cálido 0.293 -0.146 0.274
BIO11 Temperatura media del trimestre más frío 0.300 -0.237 -0.086
BIO12 Precipitación Anual 0.245 0.286 -0.066
BIO13 Precipitación del mes más húmedo 0.255 0.201 -0.017
BIO14 Precipitación del mes más seco 0.162 0.358 -0.046
BIO15 Estacionalidad de la precipitación
(coeficiente de variación) -0.089 -0.278 0.123
BIO16 Precipitación del trimestre más húmedo 0.243 0.208 0.009
BIO17 Precipitación del trimestre más seco 0.157 0.359 -0.041
BIO18 Precipitación del trimestre más cálido 0.187 0.075 0.112
BIO19 Precipitación del trimestre más frío 0.172 0.351 0.019
CAPÍTULO II
49
En la gráfica de componentes principales (Figura 2.10) se puede distinguir dos
grupos: el grupo MI se encuentra influenciado principalmente por las variables
correspondientes a temperatura, mientras que las variables de precipitación fueron las que
se encuentran más relacionados con el grupo MII. Sin embargo, hay cinco puntos
(accesiones) pertenecientes al grupo MII (círculos verdes) que se encuentran cercanos al
grupo MI (triángulos rojos). Esto puede deberse a que estas accesiones se encuentran
distribuidas en bosque tropical caducifolio, lo cual podría explicar su cercanía con MI. Por
lo tanto, esas accesiones podrían estar influenciadas por la temperatura como es el caso
de las accesiones pertenecientes al grupo MI.
Figura 2.10. Análisis de componentes principales de los 68 individuos y las 18 variables climáticas,
mostrando la presencia de dos grupos. Triángulos rojos, individuos pertenecientes al grupo MI;
círculos verdes, individuos pertenecientes al grupo MII; cruces negras, individuos intermedios.
Desde un punto de vista ecológico, las variables climáticas también lograron
identificar la presencia de los grupos MI y MII. Por lo tanto, se puede ver la importancia del
papel que juegan las condiciones ambientales, como la precipitación y la temperatura, en
la diferenciación genética de los grupos MI y MII. Otros estudios también han reportado la
presencia de grupos genéticamente diferenciados asociados a factores climáticos y
geográficos, implicando con ello la adaptación local de las poblaciones, por lo tanto es
CAPÍTULO II
50
posible encontrar loci que puedan estar bajo selección y a su vez, estar asociados a genes
que puedan conferir tolerancia a condiciones específicas como el estrés por condiciones
ambientales (Pournosrat et al., 2018; Rodriguez et al., 2016; Lazrek et al., 2009).
Los resultados del presente trabajo indican que la distribución espacial del frijol Lima
silvestre en México no es al azar, sino que se encuentra asociada a factores geográficos-
climáticos, que en conjunto llevaron a la adaptación local de los grupos MI y MII, lo cual
explica la actual estructuración genética de esta especie en México. Situación similar fue
reportada en las poblaciones silvestres de cebada en Turquía. Pournosrat et al. (2018),
reportaron dos grupos de cebada silvestre, uno distribuido en el occidente (<980 msnm) y
el otro en la parte oriental (>900 msnm). Las poblaciones del grupo oriental se encontraron
a mayores altitudes y bajo condiciones de mayor precipitación, esto permite ocurrir
diferenciación local; además, las diferentes altitudes ocasionan un obstáculo al flujo
genético, ayudando a la diferenciación de las poblaciones. La alta correlación entre
distancias genéticas con las distancias geográficas y las distancias ambientales indicaron
una distribución espacial, influenciada por la selección natural. Estos autores identificaron
genes candidatos en la adaptación local de los grupos de cebada silvestre, estos genes
tienen el potencial de estar relacionados contra el estrés abiótico. La diferenciación genética
que experimentan los grupos MI y MII del frijol Lima presente en México podría ser similar
a la diferenciación que experimentan los grupos de cebada silvestre presente en Turquía.
Aunque la altitud promedio de los grupos MI y MII no es significativa, si lo es la correlación
que existió entre las distancias genéticas, geográficas y ambientales, además de la
existencia de barreras que podrían están afectando el flujo genético entre los grupos
promoviendo la adaptación local de las poblaciones pertenecientes a los grupos MI y MII
(Figura 2.9). Por lo tanto, es probable encontrar genes candidatos que puedan estar
relacionados a este tipo de adaptación, los cuales podrían ser de interés para posibles
programas de mejoramiento del frijol.
CAPÍTULO III
51
CAPÍTULO III
3.1. Conclusiones generales
Con la evidencia generada en este trabajo, se puede concluir que:
Se cumple la primera hipótesis planteada en el presente trabajo, ya que se encontró
una alta diferenciación genética entre los grupos MI y MII, además de una fuerte correlación
entre las distancias geográficas y climáticas. Esto permite considerar que la diferenciación
genética de los grupos MI y MII estuvo determinada por procesos de aislamiento por
distancia dados por barreras geográficas y por características propias de la especie.
El ambiente también jugó un rol importante en la diferenciación de los grupos. Esto
en particular nos permite apoyar nuestra segunda hipótesis ya que los grupos MI y MII se
asociaron a factores geográficos-climáticos.
A pesar de los altos niveles de diferenciación genética entre los grupos MI y MII, se
encontraron niveles intermedios de diversidad genética. El mantenimiento de estos niveles
de diversidad también podría deberse a factores geográficos y climáticos debido a la
adaptación local de las poblaciones.
El entendimiento de los patrones de distribución geográfica y ambiental de la
variación genética del frijol Lima silvestre es útil para la búsqueda de poblaciones con genes
relacionados a la adaptación local.
La evidencia generada en este trabajo apoya la hipótesis propuesta en estudios
anteriores de que la diferenciación de los grupos MII y MI del frijol Lima presentes en México
está asociada a la existencia del Istmo de Tehuantepec, en particular en alguna zona
comprendida entre el Istmo y la Sierra de Juárez de Oaxaca.
CAPÍTULO III
52
3.2. Perspectivas
Como producto de esta investigación se propone la identificación de SNPs asociados a
genes relacionados a la respuesta a los factores climáticos y aquellos que pudieron estar
asociados a la diferenciación de los grupos MI y MII del frijol Lima en México. Es necesario
continuar estudiando la diversidad genética de esta especie ante posibles escenarios de
cambio climático.
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53
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lunatus (Fabaceae), with special reference to population sizes. Am. J. Bot. 90, 897–
904. doi:10.3732/ajb.90.6.897.
ANEXO
70
ANEXO 1.
Datos de colecta de los 68 individuos silvestres analizados de frijol Lima (Phaseolus lunatus
L.)
Accesión Estado Localidad Latitud Longitud Altitud Grupo
Acosta_13 Querétaro Querétaro 21.445 -99.635 560 MI
Acosta_15 Morelos Yautepec 18.822 -98.985 1280 MI
Acosta_6 Guerrero Iguala 18.344 -99.542 739 MI
Acosta_7 Guerrero Tixtla 17.566 -99.4 1353 MI
G25228 Nayarit Compostela 20.9 -105.383 600 MI
G25230 Colima Manzanillo 19.05 -104.233 20 MI
G25231 Colima Manzanillo 19.033 -104.216 18 MI
G26358 Morelos Tlayacapan 18.9 -98.983 1350 MI
G26359 Puebla Tepeojuma 18.65 -98.483 1395 MI
G26360 Puebla Atlixco 18.733 -98.45 1600 MI
JMC_1068 Oaxaca Salina Cruz 15.980 -95.637 23 MI
JMC_1069 Oaxaca Huatulco 15.767 -96.26 137 MI
JMC_1074 Oaxaca Puerto Escondido
15.957 -97.364 53 MI
JMC_1109 Nayarit Ixtlán del Río 21.036 -104.343 1810 MI
JMC_1112 Nayarit Ruiz 21.945 -105.006 57 MI
JMC_1113 Nayarit Acaponeta 22.488 -105.377 1491 MI
JMC_1122 Sinaloa Culiacán 24.871 -107.471 60 MI
JMC_1123 Sinaloa Badiraguato 25.377 -107.557 212 MI
JMC_1124 Sinaloa Agua Caliente 23.161 -106.091 79 MI
JMC_1125 Sinaloa El Rosario 23.046 -105.95 38 MI
JMC_1127 Jalisco Las Palmas 20.825 -105.0896 140 MI
JMC_1129 Jalisco Puerto Vallarta 20.646 -105.237 10 MI
JMC_1133 Jalisco Tomatlán 19.752 -105.235 50 MI
JMC_1135 Jalisco La Huerta 19.424 -105.013 15 MI
JMC_1142 Colima Manzanillo 19.116 -104.102 10 MI
JMC_1146 Michoacán 18.253 -103.246 70 MI
JMC_1149 Guerrero 18.001 -102.085 16 MI
JMC_1150 Guerrero Zihuatanejo 17.739 -101.739 52 MI
JMC_1152 Guerrero Petatlán 17.370 -101.084 36 MI
JMC_1154 Guerrero 17.150 -100.492 10 MI
JMC_1173 Tamaulipas Ocampo 22.830 -99.321 340 MI
ANEXO
71
JMC_1174 Tamaulipas Antiguo Morelos
22.551 -99.078 214 MI
ROL_224 Jalisco Jalisco 20.834 -103.967 1472 MI
ROL_464 Jalisco 20.663 -103.723 1317 MI
Acosta_2 Chiapas Tapachula 14.859 -92.296 95 MII
Acosta_5 Chiapas Ocosingo 16.909 -92.094 886 MII
G25704 Jalisco Zapopan 20.8 -103.4 1390 MII
G25762 Campeche Hopelchén 19.766 -89.866 80 MII
G25785 Campeche Hopelchén 20.05 -89.733 140 MII
G25970 Morelos Yautepec 18.9 -99.033 1250 MII
G26355 Jalisco Tepatitlán de Morelos
21.05 -102.666 1826 MII
G26519 Guerrero Ayutla de los Libres
16.866 -99.25 330 MII
G26531 Chiapas Ocosingo 16.9 -92.05 890 MII
G26541 Puebla Tehuacán 18.5 -97.216 820 MII
G26740 Oaxaca Juchitán de Zaragoza
16.45 -95.016 30 MII
G27619 Oaxaca Matías Romero
16.866 -95.033 700 MII
JMC_1012 Yucatán Tekax 20.203 -89.287 34 MII
JMC_1021 Quintana Roo
Lázaro Cárdenas
21.102 -87.337 11 MII
JMC_1063 Veracruz Veracruz 17.372 -95.0489 46 MII
JMC_1065 Oaxaca Juquilita 16.701 -94.9607 160 MII
JMC_1080 Veracruz 17.756 -95.806 73 MII
JMC_1081 Oaxaca Chiltepec 17.938 -96.171 90 MII
JMC_1082 Oaxaca Valle Nacional 17.786 -96.329 133 MII
JMC_1162 Veracruz San Andréx Tuxtla
18.434 -95.157 300 MII
JMC_1168 Veracruz Actopan 19.599 -96.398 6 MII
JMC_1175 Veracruz Papantla 20.432 -97.374 102 MII
JMC_1388 Chiapas Palenque 17.476 -91.965 107 MII
JMC_1389 Chiapas Nuevo México 16.608 -93.428 809 MII
JMC_1390 Chiapas Villa Corzo 16.156 -93.239 626 MII
JMC_1391 Chiapas Primero de Mayo
16.151 -93.111 560 MII
JMC_1394 Chiapas San Francisco Pujiltic
16.277 -92.440 654 MII
JMC_580 Yucatán Xul 20.062 -89.415 20.0623 MII
JMC_609 Yucatán Tekax 20.209 -89.369 20.209 MII
JMC_715 Campeche Itzimté 20.021 -89.727 24 MII
ANEXO
72
JMC_922 Campeche Hopelchén 19.947 -89.7341 130 MII
JMC_1393 Chiapas Rivera de Cupía
16.657 -93.01486 417 Admixture
G26753 Chiapas Venustiano Carranza
16.3333 -92.45 775 Admixture
JMC_1108 Jalisco Tequila 20.860 103.770 700 Admixture
ANEXO
73
ANEXO 2.
Número de lectura sin procesar, lecturas mapeadas y SNPs genotipados por accesión.
Accesión Número
de lecturas
Lecturas no
mapeadas
Mapeadas 1 vez
Mapeadas > 1 vez
Mapeo total
% mapeo
SNPs Genotipados
Acosta_13 2990950 824974 1366280 799696 2165976 0.72 8707
Acosta_15 2132062 550798 949053 632211 1581264 0.74 8483
Acosta_6 4816688 1925302 1805470 1085916 2891386 0.60 8713
Acosta_7 3107972 958138 1442504 707330 2149834 0.69 8750
G25228 6150978 5107441 667779 633770 1301549 0.61 8810
G25230 8765
G25231 3778686 1194906 1880491 703289 2583780 0.68 8733
G26358 2807465 894636 1349926 562903 1912829 0.68 8732
G26359 2107153 726796 947360 432997 1380357 0.65 8595
G26360 8701
JMC_1068 3254941 953054 1614442 687445 2301887 0.70 8710
JMC_1069 3898644 1244679 1732842 921123 2653965 0.68 8704
JMC_1074 2963731 975209 1341316 647206 1988522 0.67 8694
JMC_1109 2814315 625405 1472522 716388 2188910 0.77 8673
JMC_1112 2024673 606385 929653 488635 1418288 0.70 8497
JMC_1113 2689295 693610 1131385 864300 1995685 0.74 8587
JMC_1122 2524303 611847 1181054 731402 1912456 0.75 8704
JMC_1123 2242890 594082 1098213 550595 1648808 0.73 8703
JMC_1124 3149538 837149 1457963 854426 2312389 0.73 8722
JMC_1125 2664319 748044 1072860 843415 1916275 0.71 8574
JMC_1127 2071632 836293 872729 362610 1235339 0.59 8409
JMC_1129 1489990 466622 704536 318832 1023368 0.68 8278
JMC_1133 2287466 523652 1110734 653080 1763814 0.77 8638
JMC_1135 2024320 490807 989228 544285 1533513 0.75 8441
JMC_1142 2229381 927678 876772 424931 1301703 0.58 8653
JMC_1146 2144343 600785 1152429 391129 1543558 0.71 8619
JMC_1149 2500297 790265 1175206 534826 1710032 0.68 8592
JMC_1150 2112014 744296 892332 475386 1367718 0.64 8448
JMC_1152 2472172 756898 1184720 530554 1715274 0.69 8669
JMC_1154 2658142 919666 1214355 524121 1738476 0.65 8727
JMC_1173 4006448 1233967 1991065 781416 2772481 0.69 8768
JMC_1174 2306702 895880 1035079 375743 1410822 0.61 8671
ANEXO
74
ROL_224 2477653 548768 1383233 545652 1928885 0.77 8766
ROL_464 2031236 519589 993655 517992 1511647 0.74 8599
G26753 1564596 592362 739380 232854 972234 0.62 8427
JMC_1108 2154210 574731 1200525 378954 1579479 0.73 7669
JMC_1393 2727911 928017 1253579 546315 1799894 0.66 8675
Acosta_2 3230492 891240 1485222 854030 2339252 0.72 8716
Acosta_5 1583304 416405 786820 380079 1166899 0.73 8041
G25704 1725330 549309 872289 303732 1176021 0.68 8623
G25762 1323006 467322 685852 169832 855684 0.64 8362
G25785 1819469 619820 945297 254352 1199649 0.65 8691
G25970 3162449 946435 1602509 613505 2216014 0.70 8736
G26355 1641473 551789 882870 206814 1089684 0.66 8691
G26519 2142576 684449 1071797 386330 1458127 0.68 8508
G26531 1818543 642903 858831 316809 1175640 0.64 8608
G26541 1566999 547085 779214 240700 1019914 0.65 8553
G26740 2503971 878694 1201548 423729 1625277 0.64 8738
G27619 735862 296657 319190 120015 439205 0.59 7123
JMC_1012 2786634 738917 1420841 626876 2047717 0.73 8623
JMC_1021 2747826 666085 1276534 805207 2081741 0.75 8606
JMC_1063 1985453 578358 1065389 341706 1407095 0.70 8715
JMC_1065 1700499 511204 835367 353928 1189295 0.69 8563
JMC_1080 2544127 786963 1283194 473970 1757164 0.69 8725
JMC_1081 1601144 557302 773206 270636 1043842 0.65 8544
JMC_1082 2005415 508332 893568 603515 1497083 0.74 8287
JMC_1162 3730800 1404682 1510754 815364 2326118 0.62 8677
JMC_1168 1873681 574569 872021 427091 1299112 0.69 8086
JMC_1175 2695975 828657 1286999 580319 1867318 0.69 8677
JMC_1388 2883772 826004 1483214 574554 2057768 0.71 8723
JMC_1389 3334154 981890 1649366 702898 2352264 0.70 8713
JMC_1390 2116625 606260 974510 535855 1510365 0.71 8582
JMC_1391 2269639 574408 1265976 429255 1695231 0.74 8689
JMC_1394 2077816 760217 930663 386936 1317599 0.63 8690
JMC_580 2300777 649720 1100398 550659 1651057 0.71 8628
JMC_609 2135548 539125 1144746 451677 1596423 0.74 8627
JMC_715 2778240 807897 1294834 675509 1970343 0.70 8577
JMC_922 2789763 996167 1362687 430909 1793596 0.64 8769
Total 164988478 41628605 76126376 35308518 111434894 0.45
Promedio 2499825 717735 1153430 534978 1688407.48 0.69 8581
ANEXO
75
