Departamento de Gentica y de Microbiologa

Facultad de Ciencias

EVOLUCIN TERMAL DEL POLIMORFISMO

CROMOSMICO Y LA MORFOMETRA DEL ALA DE UNA

POBLACIN EXPERIMENTAL DE Drosophila subobscura

Walkiria Janneth Cspedes Vigoya

2006

Memoria presentada por la licenciada en Biologa Walkiria Janneth

Cspedes Vigoya para la obtencin del titulo de Doctora en Ciencias

E

sta tesis ha sido realizada gracias a una Beca para Formacin de Personal

Investigador (FPI) del Ministerio de Ciencia y Tecnologa, concedida por el

periodo de Octubre 2001 a septiembre del 2005.

Los Doctores Mauro Santos y Antonio Fontdevila, Catedrticos del

ertifican que: Walkiria Janneth Cspedes Vigoya ha llevado a cabo bajo su

r. Mauro Santos Dr. Antonio Fontdevila

Departamento de Gentica y Microbiologa de la Facultad de Ciencias de la

Universidad Autnoma de Barcelona,

C

direccin el trabajo de investigacin realizado en el Departamento de Gentica y

de Microbiologa de la Facultad de Ciencias de la Universidad Autnoma de

Barcelona que ha llevado a la elaboracin de la tesis Doctoral titulada:

Evolucin Termal del Polimorfismo Cromosmico y la Morfometra del ala de

una poblacin experimental de Drosophila subobscura

D

Agradecimientos

gradezco a los Doctores Mauro Santos y Antonio Fontdevila por integrarme a

l Doctor Joan Balany por su participacin y orientacin en la lectura de los

Todo el Grupo de Biologia Evolutiva por su calida acogida, por el tiempo

or ultimo, agradezco al Ministerio de Ciencia y Tecnologa por la concesin de

A

su equipo de trabajo durante estos 4 aos, por el asesoramiento, direccin del

trabajo y por su contribucin en el enriquecimiento de mi aprendizaje de la

biologia evolutiva.

A

polimorfismos cromosmicos.

A

dedicado en nuestras largas conversaciones por aclarar aspectos y conceptos

evolutivos, por sus criticas constructivas y sus aportaciones en cada uno de los

distintos momentos del desarrollo del trabajo, y por su buen sentido del humor

que hizo divertido algunos momentos difciles del trabajo y de mi vida personal.

P

una beca FPI (FP2000-7001). A la Direcci General de Recerca (Generalitat de

Catalunya) y la Fundacin Ramn Areces, que financiaron el proyecto.

A los meus Amics

Per tot el

que meheu donat

EVOLUCIN TERMAL DEL POLIMORFISMO CROMOSMICO Y LA

MORFOMETRA DEL ALA DE UNA POBLACIN EXPERIMENTAL DE

Drosophila subobscura

Pagina

1. INTRODUCCION.. 1

1.1. La especie Drosophila subobscura........... 1

1.1.1. Distribucin geogrfica.......... 4

1.1.2. Los cromosomas y sus inversiones 5

1.1.3. Polimorfismos cromosmicos de D. subobscura........... 9

1.2. La colonizacin de Amrica por D. subobscura. 11

1.3. Carcter adaptativo de las inversiones cromosmicas. 16

1.4. Variacin del polimorfismos cromosmicos en D. Subobscura 17

1.4.1. Clinas latitudinales de tamao corporal en D. Subobscura 21

1.4.2. Relacin entre temperatura y caractersticas morfomtricas.. 22

1.4.3. Relacin entre polimorfismo cromosmico y tamao del ala 23

1.5. Variacin fenotpica. 24

1.5.1. Control de la variacin fenotpica.. 25

1.5.1.1. Canalizacin........... 25

1.5.1.2. Estabilidad del desarrollo....... 27

1.5.1.3. Plasticidad.. 28

viii

1.5.2. Anlisis de asimetra... 29

2. OBJETIVOS.. 32

2.1. Objetivo General... 32

2.2. Objetivos Especficos 32

3. ARTICULOS. 34

3.1. Artculo 1........... 35

3.2. Artculo 2........... 54

3.3. Artculo 3........... 69

3.4 Artculo 4........... 89

4. DISCUSIN... 117

4.1. Evolucin termal de tamao y forma del ala.. 117

4.1.1. Diversidad cromosmica. 117

4.1.2. Variacin en las frecuencias de los ordenamientos cromosmicos............ 118

4.1.3 Evolucin termal de las caractersticas del ala............ 119

4.1.3.1. Tamao del ala............ 119

4.1.3.1.1. Tamao celular y el ndice del nmero celular........... 120

ix

4.1.3.1.2. Relacin entre el polimorfismo de inversin y la variacin clinal del tamao

del ala..

120

4.1.3.2. Forma del ala........... 121

4.1.3.2.1. Tasas de divergencia gentica para forma del ala....... 122

4.1.3.2.2. Relacin entre el polimorfismo de inversin y el ndice de forma del ala.. 123

4.2. Anlisis de los efectos de la variacin gentica en las dimensiones del ala,

en lneas isocromosmicas del cromosoma O.........................

124

4.2.1. Variacin y asimetra en tamao del ala. 124

4.2.2. Variacin y asimetra en la forma del ala............ 125

4.2.2.1. Patrones de la variacin de la forma del ala........ 126

5. CONCLUSIONES. 128

REFERENCIAS 129

x

INDICE DE TABLAS Y FIGURAS

Tabla 1: Divisin en subgrupos del grupo obscura.......... 3

Tabla 2: Ordenaciones cromosmicas en Amrica........... 14

Figura 1: Vista dorsal y lateral de Drosophila subobscura 2

Figura 2: Distribucin geogrfica de Drosophila subobscura... 4

Figura 3: Preparacin de los cromosomas politenicos de Drosophila subobscura (5

acrocentricos y 1 puntiforme).

5

Figura 4: Mapa de los cromosomas de Drosophila subobscura, realizada por Kunze-

Muhl y Muller, y actualizada por Krimbas (1993) con nuevas

inversiones..........

7

Figura 5: Inversin A2.................................................................................................... 8

Figura 6: Ordenamiento O7 9

Figura 7: Ordenamiento O3+4+7....................................................................................... 9

Figura 8: Ordenamiento E1+2+9........... 9

Figura 9: Ordenamiento O3+4. 9

Figura 10: Ordenamiento Ast 15

Figura 11: Ordenamiento Jst. 15

Figura 12: Ordenamiento J1.. 15

Figura 13: Ordenamiento Ust 15

xi

Figura 14: Ordenamiento U1+2. 15

Figura 15: Ordenamiento U1+2+8........... 15

Figura 16: Ordenamiento Est 15

Figura 17: Ordenamiento E1+2+9+3 15

Figura 18: Ordenamiento E1+2+9+12........... 16

Figura 19: Ordenamiento Ost 16

Figura 20: Ordenamiento O3+4+2........... 16

Figura 21: Ordenamiento O3+4+8........... 16

Figura 22: Ordenamiento O5 16

Figura 23: Canalizacin por norma de reaccin............................................................... 26

Figura 24: Canalizacin por variacin aproximada......................................................... 26

Figura 25: Distribuciones mas comunes de R-L en organismos de simetra bilateral: a)

asimetra fluctuante (FA) b) Asimetra direccional (DA) y c) antisimetra

(Platykurtic o bimodal)...................................

29

xii

ABREVIATURAS

Ba: Gen dominante Bare que determina el carcter del nmero de macroquetas. Nmero

que normalmente est reducido en el mutante. Sin embargo las fosas de las cerdas estn

siempre presentes. Es letal en condicin de homocigosis.

ch: Gen para el carcter de ojos color cherry

CS: Centroid Size Tamao del centroide

cu: Gen para el carcter de alas curvas (curled)

DA: Directional Asymmetry - Asimetra direccional

DI: Developmental instability Inestabilidad del desarrollo

E: Eastern

FA: Fluctuating Asymmetry - Asimetra fluctuante

L1: Longitud del segmento basal o proximal de la vena longitudinal IV del ala

L2: Longitud del segmento distal de la vena longitudinal IV del ala

L-R: Left-Right Izquierda - Derecha

N: North

PCs: Componentes principales

S: South

st: Ordenamiento cromosmico estndar

Va: Gen Varicose, gen dominante que determina el carcter carcter del engrosamiento

irregular en la unin de las venas alares y la bifurcacin en las venas de tamao irregular

corto. Es letal en condicin de homocigosis.

W: West

WL: Wing Length Longitud total del ala

WS: Wing Shape forma del ala

xiii

1. INTRODUCCION Diversas especies de Drosophila son colonizadoras, lo cual ha permitido utilizarlas como

especies modlicas en el estudio de los importantes procesos evolutivos que acompaan la

colonizacin. En el estudio de la colonizacin de Amrica por D. subobscura se ha demostrado

que la expansin ha sido muy rpida y que ha conducido al establecimiento del mismo tipo de

clinas latitudinales para caracteres cromosmicos y morfolgicos presentes en el Viejo Mundo

(poblaciones palerticas), lo que demuestra la plasticidad evolutiva de la especie a este nivel de

variabilidad gentica y la capacidad de su adaptacin rpida segn un gradiente latitudinal.

Las clinas latitudinales para ordenaciones cromosmicas aparecieron en tan slo 3 aos en

Suramrica y 4 aos en Norteamrica despus del inicio de la colonizacin, aproximadamente

hace 25 aos. Las reas colonizadas tienen una situacin geogrfica equivalente en ambos

hemisferios, y las condiciones climticas son paralelas a las del rea de distribucin en la

regin palertica (Prevosti et al., 1988). Aunque los factores que afectan la distribucin de una

especie son diversos, lo anterior hace pensar que determinados factores ambientales, como la

temperatura, pueden tener un papel muy importante en el cambio observado en los

polimorfismos cromosmicos y en la morfologa a lo largo del tiempo. Para intentar entender

este particular proceso evolutivo que acompa la colonizacin de D. subobscura, se hizo en el

laboratorio un seguimiento cromosmico y morfomtrico del ala de una poblacin

experimental, obtenida a partir de una poblacin base muestreada en el epicentro de la

colonizacin de Amrica (Puerto Montt, Chile, 41 28' S), que fue sometida a distintos

regmenes trmicos: fri 13, optimo 18 y clido 22 C, y bajo un control exhaustivo de las

condiciones de cultivo para poder dilucidar el posible papel de la temperatura como factor

natural que determina la variacin gentica subyacente a esta evolucin clinal.

1.1. La especie Drosophila subobscura Drosophila subobscura ha demostrado ser una especie de particular inters a la hora de

estudiar la dinmica de la variacin clinal y los efectos biolgicos de la temperatura, primero

porque existe una amplia informacin sobre su distribucin geogrfica; segundo, porque es

especialmente rica en inversiones y, finalmente, porque una vez coloniz Amrica demostr

con gran rapidez un patrn de clinas latitudinales similares a las presentes en Europa.

Drosophila subobscura es una especie del grupo obscura que pertenece al subgnero

Sophophora del gnero Drosophila, y el orden de los dpteros (ver figura 1). El subgnero

Sophophora se divide a su vez en 7 grupos de especies: melanogaster, obscura, saltans,

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willistoni, dentisima, fima y dispar. El grupo obscura cuenta actualmente con ms de 35

especies. Sturtevant (1942) inicialmente dividi el grupo obscura en dos subgrupos (obscura y

affinis) basndose en las siguientes caractersticas morfolgicas: el nmero de las pas de los

peines tarsales de los machos, la forma de los testculos y el nmero de agujas de quetas

acrosticales. Y Drosophila subobscura fue incluida en el subgrupo obscura.

Figura 1: Vista dorsal y lateral de Drosophila subobscura

Orden dptera

Gnero Drosophila

Subgnero Sophophora

Grupo obscura

Especie subobscura

Posteriormente, Lakovaara y Saura (1982) y Beckenbach et al. (1993) consideraron que haba

suficientes diferencias entre los miembros nerticos y los palerticos del subgrupo obscura

como para dividirlos en dos subgrupos diferentes; as, propusieron una clasificacin que

organiza las especies del grupo obscura en 3 subgrupos: pseudoobscura, formado por unas 6

especies del oeste de Norteamrica; obscura, constituida por unas 17 especies palerticas; y

affinis, que engloba especies nerticas junto con la especie palertica D. helvetica. La nica

especie del grupo presente en el frica tropical, D. microlabis, se mantuvo en un principio

dentro del subgrupo obscura. Sin embargo, se descubrieron posteriormente en esta regin 3

nuevas especies del grupo (Tsacas 1985; Cariou et al., 1988), y se propuso as la formacin del

subgrupo microlabis para incluir las 4 especies de frica tropical del grupo.

Una de las ltimas divisiones en subgrupos la propuso Barrio et al. (1994) que excluye 3

especies del subgrupo obscura (D. subobscura, D. maderensis y D. guanche) para formar el

nuevo subgrupo subobscura. De esta manera, el grupo obscura quedara dividido en 5

subgrupos; affinis y pseudoobscura, con especies tpicas de Norteamrica; obscura y

subobscura, tpicas de Europa, y microlabis, tpico de frica (ver tabla 1). Cabe decir que los

diversos estudios filogenticos llevados a cabo con las especies del grupo obscura no han

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aportado una informacin clara y definitiva respecto a su clasificacin en subgrupos, lo cual

an hoy los investigadores no se han puesto de acuerdo ni sobre el nmero de subgrupos del

grupo, ni sobre las especies que los integran (O'Grady 1999).

Tabla 1: Divisin en subgrupos del grupo obscura

Grupos Subgrupos Especie

Orden Dptera

Gnero Drosophila

Subgnero Sophophora melanosgaster

saltans

willistoni

dentisima

fima

dispar

obscura afinis (Sturtevant, 1942) Nertica

pseudoobscura (Lakovaara y Saura, 1982 y

Beckenbach et al., 1993) Nertica

obscura (Sturtevant., 1942) Palertica

subobscura (Barrio et al.,1994) Palertica

microlabis (Tsacas, 1985; Cariou et al., 1988) Etipica

La primera cita de la especie Drosophila subobscura se debe a Collin (1936); posteriormente,

otros autores hacen aportes nuevos para completar su descripcin. As, hoy sabemos que

Drosophila subobscura es una especie polfaga de ecologa mal conocida, aun a pesar de que

parece una especie muy generalista. No se conoce exactamente en qu lugar de la naturaleza se

reproduce y dnde pone los huevos; se han encontrado huevos de esta especie tanto en frutos

como en plantas en descomposicin, exudados vegetales y en hongos (Begon y Shorrocks

1978; Shorrocks 1982). Se cultiva fcilmente en el laboratorio y su ciclo biolgico tarda unos

20 das en completarse a 18C, y a condiciones ptimas de densidad larval. Ha sido un

organismo muy empleado en estudios genticos, de ecologa, fisiologa, filogenia,

comportamiento de insectos, y biologa en general, por diversos grupos y cientficos europeos.

Es en general una especie muy bien estudiada desde el punto de vista de la gentica evolutiva

(Krimbas 1993; Powell 1997).

Pgina 3

1.1.1 Distribucin geogrfica El rea de distribucin de la especie en Europa se extiende prcticamente por todo el

continente, incluso en las Islas Britnicas y las del Mediterrneo (Islas Baleares, Crcega,

Cerdea, Sicilia, Creta, Chipre y las pequeas Islas Italianas y Griegas), excepto en Islandia y

parte norte y media de Escandinava. Tambin se ha encontrado en diversas repblicas de la

antigua Unin Sovitica (Sokolov y Dubinin 1941), la regin iraniana del mar Caspio, Turqua,

Lbano (Pipkin 1951), Israel y la zona costera del norte de frica hasta el Sahara, en las Islas

Canarias, Azores y Madeira (Krimbas 1993).

A finales de la dcada de los 70 e inicios de los 80, D. subobscura coloniz la costa oeste de

Amrica, tanto la del norte como del sur, y se extendi en este continente a lo largo de la costa

ocupando las regiones correspondientes a las mismas latitudes (>15) que ocupa en el

continente europeo (ver figura 2).

Figura 2: Distribucin geogrfica de Drosophila subobscura1

En la naturaleza se encuentra cerca de las mrgenes de los bosques de Quercus, Abies, Pinus,

Castanea, Ulmus, y otros. De hecho, el lmite norte de distribucin de la especie en Europa

coincide con el del Quercus robur. Sin embargo, a pesar de lo anterior, la especie parece ms

1 Mapa de la distribucin geogrfica de Drosophila subobscura tomado de: Tracking the genetic effects of global

warming: Drosophila and other model systems. F. Rodrguez-Trelles, M. A. Rodrguez, and S. M. Scheiner. 1998.

Conservation Ecology 2:2.

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asociada a la actividad humana de lo que inicialmente se pensaba. Por otro lado, se ha

demostrado en diversos estudios que se puede encontrar desde los niveles del mar hasta

altitudes de ms de 2000 metros sobre el nivel del mar.

La abundancia de D. subobscura en las diferentes zonas del rea de distribucin varia segn si

la regin es central o marginal. En las regiones perifricas del rea de distribucin la especie se

encuentra en un porcentaje ms bajo del que se encuentra en la zona central de distribucin,

aunque es obvio que en los distintos pases las estimas varan considerablemente, en parte por

los procedimientos de muestreo usados para realizar dichas estimas. As, por ejemplo, cuando

los valores se miden en funcin del total de especies del grupo obscura, se encuentra que en el

noreste y centro de Europa Drosophila subobscura es igual o menos abundante que D.

obscura. En general, las poblaciones de las montaas balcnicas parecen ser ecolgicamente

centrales en comparacin con las poblaciones del norte de Europa, frica o el oriente medio.

1.1.2. Los cromosomas y sus inversiones Drosophila subobscura tiene 6 pares de cromosomas, 5 cromosomas acrocntricos

denominados A, J, U, E y O, y un par puntiforme denominado dot (Mainx et al., 1953) (ver

figura 3). El cromosoma A corresponde al cromosoma sexual y los cromosomas J, U, E y O

son autosomas.

Figura 3: Preparacin de los cromosomas politenicos de Drosophila subobscura. (5 acrocntricos y 1 puntiforme)

dot

U

E

J

O

A

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Los cromosomas acrocntricos presentan un rico polimorfismo de inversiones en poblaciones

naturales que ha sido muy estudiado. Uno de los primeros investigadores de estos

polimorfismos fue Stumm-Zollinger (1953), quien estudi diversas poblaciones europeas y

design cada una de las diferentes inversiones identificadas. Sin embargo, su sistema de

nomenclatura fue sustituido por otro que facilitaba la determinacin numrica de las diferentes

inversiones y ordenaciones cromosmicas, como se describe a continuacin. Se han

identificado ms de 67 inversiones diferentes que forman ms de 90 ordenamientos (o

ordenamientos) cromosmicos resultantes de estas inversiones simples y de las combinaciones

entre ellas (Krimbas y Loukas 1980; Krimbas 1992, 1993). Cada inversin es denominada con

una letra que es la correspondiente a la del cromosoma en el que se encuentra, y con un

nmero en subndice que la identifica (ejemplo A2), y que corresponde al orden temporal en

ue se fueron describiendo las distintas inversiones (Kunze-Muhl y Muller 1958).

er

adiendo los puntos de roturas de las inversiones descritas con posterioridad (ver figura 4).

q

Ahora bien, Mainx et al., (1953) con el fin de elaborar el mapa de D. subobscura utilizaron la

cepa Kusnacht como fondo gentico que permiti definir los puntos de rotura de las

inversiones (ya que sta es homocariotpica para todos los cromosomas y sus ordenamientos se

definieron como estndar -Ast, Jst, Ust, Est y Ost-), y dividieron en 100 partes arbitrarias (pero

de aproximadamente igual tamao) al conjunto de cromosomas de la especie de D.

subobscura; a cada parte la denominaron zona y comenzaron a enumerarlas por la regin

proximal del cromosoma A, de manera que la zona 99 es la regin distal del cromosoma O y la

zona 100 corresponde al cromosoma puntiforme o dot, lo que permite una correspondencia

entre el nmero de partes y la longitud relativa de cada cromosoma. Por otro lado, cada zona se

subdividi en 3, 4 5 secciones que se designaron con las letras A, B, C, D y E; estas

secciones se denominaron segmentos. Sin embargo, son Kunze -Muhl y Muller (1958) quienes

hacen el mapa con mayor exactitud, manteniendo las 100 zonas y los 405 segmentos con que

se ha dividido el conjunto de los cromosomas, entendindose as por 21A el segmento A de la

zona 21, que corresponde al cromosoma J, y es uno de los puntos de rotura de una inversin.

Finalmente, Krimbas (1993) publica un nuevo mapa, que actualiza el de Kunze-Muhl y Mull

a

Pgina 6

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Algunas inversiones se encuentran solas en el cromosoma, como por ejemplo la inversin A2

(figura 5)2, y otras pueden encontrarse solas o formando parte de ordenamientos complejos,

como es el caso de O7 (figura 6) que tambin se encuentra formando parte del ordenamiento

O3+4+7 (figura 7). Tambin se han encontrado algunas que slo forman parte de un

ordenamiento especfico, como acostumbra pasar en las inversiones imbricadas que siempre se

encuentran asociadas; por ejemplo la inversin E9, que slo est presente junto a las

inversiones 1 y 2 en el ordenamiento E1+2+9 (figura 8) y nunca sola. Para indicar que las

inversiones estn imbricadas se subrayan los nmeros de las inversiones que estn imbricadas

con una lnea continua; por ejemplo O3+4 indica que las inversiones O3 y O4 son imbricadas

(figura 9). En cambio, las inversiones en el mismo cromosoma pero no imbricadas se indican

con una lnea discontinua, como en el caso O3+4 +7, en el que se indica que las inversiones O3 y

O4 estn imbricadas, pero la inversin O7 no lo est con cada una de las anteriores (figura 7).

En las poblaciones naturales, se ha visto que las inversiones no imbricadas de un mismo

cromosoma presentan un fuerte desequilibrio de ligamiento. As, se ha observado que la

ordenacin O7 presenta una baja frecuencia en las poblaciones naturales, en contraste con el

ordenamiento O3+4 +7 que es ms frecuente. Por otro lado, no hay datos claros que permitan

afirmar que hay asociaciones entre inversiones de diferentes cromosomas, ni en poblaciones

naturales ni de laboratorio (Sperlich y Feuerbach 1966).

Figura 5: Inversin A2

2 Para definir los puntos de rotura de las inversiones, lo mejor es observar las inversiones sobre un ordenamiento

estndar. Las inversiones que aqu se presentan estn bajo un fondo gentico de la cepa ch-cu, que es homocariotipica

para todos los cromosomas, excepto para el cromosoma O que presenta la inversin 3+4.

Pgina 8

Figura 63: Ordenamiento O7

3+4Figura 74: Ordenamiento O +7 1+2+9Figura 8: Ordenamiento E

Figura 9: Ordenamiento O3+4

1.1.3. Polimorfismos cromosmicos de D. subobscura Una de las caractersticas importantes de D. subobscura como material de estudio en gentica

de poblaciones es que presenta un gran nmero de inversiones cromosmicas en las

poblaciones naturales. Todos los cromosomas, excepto el puntiforme, presentan polimorfismos

de inversiones. Estos polimorfismos han sido muy estudiados en Europa por cientficos de

diversos pases (Krimbas y Loukas 1980; Krimbas 1993). Se han estudiado desde Finlandia

3 En esta imagen se observa un doble bucle en la parte terminal del cromosoma que corresponde al fondo gentico del

cromosoma O de ch-cu que presenta la inversin 3+4. 4 En esta imagen se observa la parte terminal del cromosoma O sin bucle porque al presentar la inversin 3+4 hibrida

perfectamente con el fondo gentico del cromosoma O de ch-cu que tambin es 3+4.

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hasta Tnez y Egipto, incluyendo tambin algunas zonas de la antigua Unin Sovitica.

Tambin se han estudiado poblaciones de Marruecos y de las islas Canarias, Madeira y Azores.

En total se han analizado ms de 130 poblaciones en la regin palertica. Todo esto ha

permitido conocer la distribucin de los diferentes ordenamientos y ver que en Europa algunas

de estas distribuciones siguen unas clinas latitudinales. En algunas especies polimorficas de

Drosophila, la frecuencia de las diferentes formas vara geogrficamente. Cuando las

frecuencias de las inversiones (carcter) experimentan un cambio gradual en una cierta

direccin en funcin de la latitud (factor), se le denomina clina latitudinal (Huxley 1939, 1942;

Haldane 1948; Endler 1977). Por ejemplo, en las poblaciones del norte predominan las

inversiones estndar y su frecuencia va disminuyendo a medida que nos desplazamos hacia el

sur. Otros ordenamientos son ms frecuentes al sur de Europa y su frecuencia disminuye a

medida que nos acercamos al norte. Algunas clinas no siguen estrictamente los meridianos. Por

ejemplo, Ast y Ost presentan clinas NE-SW. Hay ordenamientos con clina E-W, como por

ejemplo A1. Otros ordenamientos son ms frecuentes en un rea determinada y su frecuencia

disminuye a medida que se alejan de esta zona, como es U1+2+3 y E1+2+9+12 en la regin

mediterrnea, o J3+4 en la regin mediterrnea oriental, Turqua, Grecia y Cerdea, o tambin

1+2+6 en la regin de los Balcanes y Asia Menor, y E 1+2+9 en los Balcanes. U

Las clinas pueden formarse principalmente por un proceso de adaptacin o como resultado de

factores histricos. En el primer caso, el contenido gentico de los diferentes ordenamientos

cromosmicos dara una adaptacin diferencial a los individuos frente a condiciones

ambientales diferentes. Por ejemplo, en latitudes fras hay determinados ordenamientos que

permiten una mejor adaptacin de los individuos a estas condiciones que otros ordenamientos

(Ast, Jst, Ust, Est y Ost; Menozzi y Krimbas 1992; Orengo y Prevosti 1996), o a la inversa otros

ordenamientos que permiten una mejor adaptacin al calor (A2, J1, U1+2, U1+2+8, E1+2+9+3,

E1+2+9+12, O3+4 y O3+4+8; Menozzi y Krimbas 1992). En el segundo caso, las frecuencias de las

inversiones dependern de las circunstancias o el lugar en el que se origino la inversin; por

ejemplo, la frecuencia de un determinado ordenamiento ser ms alta en la zona en que sta se

ha originado, e ir disminuyendo a medida que se alejen de esta zona. Inicialmente se discuta

si las clinas latitudinales de algunos ordenamientos observados en la regin palertica eran

debidas a un proceso adaptativo o a factores histricos. Sin embargo, la colonizacin de

Amrica por Drosophila subobscura, como se ver en la siguiente seccin, ha permitido

demostrar que las clinas latitudinales de los ordenamientos cromosmicos de esta especie

obedecen a un proceso adaptativo, cuyo sistema de inversiones cromosmicas constituye un

Pgina 10

mecanismo gentico de adaptacin rpida al ambiente, que le brinda una especial flexibilidad

pecie en localidades

e Argentina y Uruguay (Lpez 1985; Goi y Martnez 1995; Goi et al., 1998). Su expansin

i et al,. 1989; Noor et al., 1998;

uey et al., 2000). Tambin se ha encontrado recientemente en las estribaciones rocosas junto

poblaciones norteamericanas y suramericanas se encuentren los mismos

rdenamientos cromosmicos da soporte a la idea de que ambos procesos de colonizacin no

son independientes.

evolutiva.

1.2. La colonizacin de Amrica por D. subobscura. D. subobscura fue detectada por primera vez en 1978, en la poblacin de Puerto Montt Chile

(Lat. 41 28 LS) (Brncic et al., 1981). Estudios posteriores muestran que la especie coloniz

la zona central y sur del pas, desde La Serena (Lat 29 55 LS) hasta Punta Arenas (Lat 53

10 LS) (Brncic y Budnik 1980; Brncic 1981; Budnik y Brncic 1982; Prevosti et al., 1983a

1989; Mestres et al., 1993) y se encontraron tambin individuos de esta es

d

por esta extensa rea geogrfica fue rpida pues tuvo lugar en pocos aos.

En 1982 se detect la especie en la localidad de Port Townsend, en el estado de Washington

(EEUU) (Beckenbach y Prevosti 1986), y ms tarde en diferentes localidades de la costa

californiana (Ayala et al., 1989). Como sucedi en Suramrica, la especie no se haba

registrado tampoco antes en Norteamrica, como lo demuestran los anlisis exhaustivos del

polimorfismo cromosmico de algunas especies nerticas del subgrupo pseudoobscura hechas

por Dobzhansky y colaboradores (Ayala et al., 1989). Actualmente la especie est distribuida

por la costa oeste de Norteamrica, desde Ojai California (Lat 38 29 LN) hasta Puerto Ard

(Lat 50 42 LN) en la Columbia Britnica (Canad) (Prevost

H

a la ciudad del Provo en el estado de Utah (Noor et al., 1998).

El estudio del proceso de colonizacin de D. subobscura brinda una oportunidad nica para

entender la dinmica evolutiva de la especie. Este proceso de colonizacin se ha estudiado

desde los puntos de vista biogeogrfico, ecolgico y gentico (Brncic et al., 1981; Prevosti et

al., 1983b, 1985, 1988, 1990; Balany et al., 1994; Latorre et al., 1986; Beckenbach y Prevosti

1986; Ayala et al., 1989; Rozas et al., 1990; Mestres et al., 1990, 1992, 1995, 2001; Rozas y

Aguad 1991; Pascual et al., 1993, 2001; Balany et al., 1994; Sol et al., 2000). El

reconocimiento de que las reas colonizadas por esta especie tienen una situacin geogrfica

equivalente en ambos hemisferios, y las condiciones climticas son paralelas a las del rea de

distribucin en la regin palertica (Prevosti et al., 1988; Pergueroles et al 1995), y que el

hecho de que en las

o

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La rpida expansin de D. subobscura en las reas colonizadas ha hecho que sea la especie

ms frecuente en algunas de las poblaciones analizadas. En los estudios realizados de los

polimorfismos cromosmicos en Amrica slo se han detectado algunas de todas las

inversiones conocidas en el Viejo Mundo, con un total de 18 ordenamientos cromosmicos de

los 90 presentes en Europa: (2 para el cromosoma A; 2 para el cromosoma J; 5 para el

cromosoma E; 3 para el cromosoma U y 6 para el cromosoma O (Brncic et al., 1981; Brncic et

al., 1982; Balany et al., 2003; Krimbas 1992; Prevosti et al., 1988; Prevosti et al., 1989) (ver

tabla 2 y figuras 10-22)5. Algunos de estos ordenamientos son muy frecuentes en Europa, otros

on menos frecuentes o se encuentran slo en determinadas zonas.

tado de un evento de recombinacin en el heterocariotipo

3+4+7/Ost (Balany et al., 2003).

observado una disminucin en el nmero de estos entre Europa y Amrica. En Europa se

s

Por ejemplo, la inversin O7 presente en Puerto Montt (Chile) est en muy baja frecuencia

(0,7%), sin embargo este ordenamiento que tambin se encuentra peridicamente en el Viejo

Mundo es probablemente el resul

O

Por otro lado, en Amrica han aparecido nuevas inversiones, como es el caso de E17 en las

poblaciones de Santiago de Chile y Chilln (Chile) (Brncic et al., 1982; Prevosti et al., 1985) o

de E18 en Eureka (California) (Pegueroles et al., 1988), y que no se han vuelto a detectar en

muestras posteriores. Como tambin ocurre con las inversiones halladas en Norteamrica E21

en Port Hardy (1994) y O26 en Centralia (1995) (Balany et al., 2003). La hiptesis ms

aceptada actualmente es que un nmero de tal vez entre 4 a 150 individuos de Europa llegaron

a Amrica aportando una muestra significativa de los ordenamientos presentes en el Viejo

Mundo (Brncic et al., 1982; Mestres et al., 1990; Pascual et al., 2001). Es por eso que en

Amrica, como consecuencia de un efecto fundador, se encuentran slo algunos de los

ordenamientos ms frecuentes en Europa. Este efecto tambin aparece cuando se estudian otros

marcadores de la variabilidad gentica como las aloenzimas y los microsatlites. Algunos

estudios genticos que se basan en el polimorfismo enzimtico muestran que en Amrica se

encuentran algunos de los alelos ms frecuentes en Europa, pero no aquellos muy poco

frecuentes (Balany et al., 1994). En los alelos de los loci microsatlites tambin se ha

5 En este listado de figuras aparecen nicamente 13 ordenamientos de los 18 existentes, los 5 restantes aparecen en las

figuras referenciadas en la seccin 1.1.2 (Los cromosomas y sus inversiones). E igualmente, las inversiones que aqu se

muestran estn bajo el fondo gentico de la cepa ch-cu.

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encuentran entre 18 y 36 alelos por cada locus; en cambio, en Norteamrica el nmero oscila

entre 4 a 8, es decir, hay una clara reduccin en el numero de alelos (Pascual et al., 2001).

Tambin se ha observado en las poblaciones colonizadas que la inversin O5 presenta una

asociacin compleja con un gen letal (Ayala, Serra y Prevosti 1989; Prevosti 1989; Mestres et

al., 1990, 1992, 1995; Sol et al., 2000). Las pruebas de alelismo indican que se trata del

mismo gen letal para ambas poblaciones, lo que refuerza el origen comn de los colonizadores

de Norteamrica y Suramrica. Probablemente un individuo de la muestra de colonizadores era

portador de una inversin O5 con el gen letal (Mestres y Serra 1995). Se ha intentado descubrir

cul era la poblacin europea de origen buscando aquella que contenga un O5 con un letal

allico como el de las poblaciones americanas. Hasta hora no se ha encontrado ninguno que

cumpla esta condicin; a pesar de que se han encontrado inversiones O5 en algunas

poblaciones europeas muestreadas, unas no eran portadoras de ningn gen letal y otras

portaban un letal que no era alelico con el O5 americano (Mestres et al., 1992; Zivanovic y

Mestres 2000).

Tres aos despus del primer registro de D. subobscura en Suramrica, y cuatro aos despus

en Norteamrica, se detect la presencia de clinas latitudinales para algunos ordenamientos

cromosmicos en las poblaciones americanas (Prevosti et al., 1985, 1988). Estas clinas

latitudinales tienen el mismo sentido en las dos reas colonizadas y son anlogas a las que se

haban observado en Europa (Ayala, Serra y Prevosti 1989; Brncic et al., 1981; Prevosti et al.,

1988, 1989, 1990), excepto para la inversin O5 que es rara, est distribuida irregularmente en

la regin palertica y su frecuencia no vara con la latitud (Krimbas y Loukas 1980; Krimbas

1992, 1993; Zivanovic y Mestres 2000). Sin embargo, en Norteamrica y Suramrica esta

inversin desarroll rpidamente clinas latitudinales significativas.

En general, los datos obtenidos en los ltimos muestreos, que en conjunto abarcan ms de dos

dcadas en Norteamrica y casi tres dcadas en Suramrica, demuestran que la evolucin de

las clinas parece haberse estabilizado segn un modelo convergente con el observado en la

regin palertica (Sol et al., 2002), en el que las correlaciones de las frecuencias de cada una

de las ordenaciones cromosmicas respecto a la latitud continan presentando el mismo signo

que en la regin palertica, aunque no alcanzan los valores observados en el Viejo Mundo

(Balany et al., 2003). As, el establecimiento de dichas clinas y su equivalencia con las

europeas, refuerzan claramente la hiptesis adaptativa y sugieren una evolucin rpida,

continua y predecible de los polimorfismos en esta especie.

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Tabla 2: Ordenaciones cromosmicas en Amrica.

Crm1 Polimf2 Ubicacin3 Denominacin4 %crm5

A Ast

A2 Inversin A2 8c/d - 12c/11B Aldo 31

J Jst

J1 Inversin J1 22B/22C- 25A (2)/25D Ingrid 13,3

U Ust

U1+2

Inversin U1 39D/40A - 45E/46A

Inversin U2 45E/46A - 51C/15D

Inversiones generalmente asociadas

Urs

Umberto 31,8

33,3

U1+2+8Inversin U8 40A/51C- 44D/45A

Inversin U8 imbricada y sobrepuesta parcialmente a U1+2

25,3

E Est

E1+2

Inversin E1 58D/59

Inversin E2 58D/62D - 64B/64C

Inversiones imbricadas y sobrepuestas

Edda

Eleonore 26,9

E1+2+9Inversin E9 58D/68B - 64B/64C

Inversin E9 imbricada a E1+2

Ernst 43,9

E 1+2+9+3Inversin E3 58D/68B 64C/62D

Inversin E3 imbricada a E1+2+9

E1+2+9+12Inversin E12 67B/67A - 61D/61C

Inversin E12 imbricada y sobrepuesta a E1+2+9

E17 Inversin E17 54D/64B 64C nica en Chile

O Ost

O3+4

Inversin O3 91B/91C 94E/95A

Inversin O4 94D/94E 98C/98D

Inversiones Imbricadas y sobrepuestas

Orson

Ottilie 11,8

25,2

O3+4+8Inversin O8 90D/91A - 94A/94B

Inversin Sobrepuesta a O3+4

Olga 26,6

O3+4+7Inversin O7 77B/77C 85E

Inversin Casi siempre asociada a O3+4

Oskar 31,6

O3+4+2Inversin O2 85C/85D y 89B/89C

Inversin O2 imbricada a O3+4

Ottokar 18,3

O3+4+22*Inversin O22 83C/84A y 87A/87B

Inversin O22 independiente y asociada a O3+4

14,9

1: Crm = Cromosoma 2: Polimf = polimorfismo 3: Segn mapa de Kunze-Muhl y Muller (1958)

4: Segn Stumm-Zollinger (1953) 5: Porcentaje de la longitud del cromosoma que comprende la

inversin

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Figura 10: Ordenamiento Ast Figura 11: Ordenamiento Jst

Figura 12: Ordenamiento J1 Figura 13: Ordenamiento Ust

Figura 14: Ordenamiento U1+2 Figura 15: Ordenamiento U1+2+8

Figura 16: Ordenamiento Est Figura 17: Ordenamiento E1+2+9+3

Pgina 15

Figura 18: Ordenamiento E1+2+9+12 Figura 19: Ordenamiento Ost

Figura 20: Ordenamiento O Figura 21: Ordenamiento O3+4+2 3+4+8

Figura 22: Ordenamiento O5

iento de las clinas en las poblaciones naturales de D.

subobscura (Prevosti et al., 1985).

1.3. Carcter adaptativo de las inversiones cromosmicas La presencia de genes complejos en los segmentos invertidos de los cromosomas, que son

adaptativos para diferentes condiciones ambientales, podra explicar el rpido efecto de la

seleccin natural y el establecim

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Hay dos teoras que pueden explicar el carcter adaptativo de las inversiones cromosmicas.

En primer lugar, las inversiones pueden producir un efecto de posicin sobre algunas

secuencias, o sea, provocan un cambio en la localizacin fsica de algunos genes que podra

ser beneficioso para los individuos portadores (Sperlich 1963). Este cambio de posicin puede

alterar la expresin de algunos genes (Puig et al., 2004) ya que permite cambiar su posicin

respecto a sus secuencias reguladoras y se espera que sea ms importante en las secuencias

prximas a los puntos de corte.

En segundo lugar, las inversiones reducen la recombinacin dentro de la regin incluida en la

inversin de los heterocariotipos. En muchas especies como en Drosophila (White 1973;

Sorsa 1988) los machos no recombinan y, por otro lado, las hembras poseen un mecanismo

ordenado de meiosis que hace que los cromosomas aberrantes, producidos por el

entrecruzamiento durante el emparejamiento de las regiones homologas de las inversiones en

la recombinacin, acaben siempre en los corpsculos polares (White 1973; Roberts 1976;

Coyne et al., 1993), evitando con esto el descenso de la fertilidad y la seleccin negativa. De

esta manera dentro de las inversiones se pueden mantener ciertas combinaciones de alelos

favorables, ya que estn protegidos de la recombinacin (Krimbas y Powell 1992).

Finalmente, un punto importante en el mantenimiento de un polimorfismo estable de las

inversiones, es las relaciones entre los loci atrapados por la inversin respecto a la aptitud

(fitness), que pueden ser o bien aditivas, en las que no hay interaccin entre loci y es

extremadamente difcil alcanzar un polimorfismo estable, y si lo alcanza es porque la

inversin puede ser constantemente favorable; debido a un efecto de posicin o a la ausencia

total de recombinacin que erosione su ventaja inicial (Ohta y Kojima 1968; Nei et al., 1967;

Cook y Nassar 1972); o bien epistticas, que suponen interacciones entre loci, que pueden

constituir complejos gnicos coadaptados (Nei 1967; Wasserman 1968; Feldman 1972;

Charlesworth y Charlesworth 1973; Charlesworth 1974; Deakin 1972; Deakin y Teague

1974Teague y Deakin 1976; Feldman et al., 1980) y cuyas frecuencias varan segn las

presiones selectivas existentes en el ambiente en el que se desarrollan (Hartl 1977; Wallace

1991).

1.4. Variacin del polimorfismo cromosmico en D. subobscura. Existen evidencias del carcter adaptativo de las inversiones cromosmicas que favorecen su

mantenimiento en las poblaciones naturales. En primer lugar, se han llevado a cabo estudios

con cajas de poblaciones en diferentes especies de Drosophila y los resultados derivados de

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estos estudios sugieren que las inversiones se mantienen en las poblaciones naturales por una

seleccin equilibradora debida a la superioridad de los heterocariotipos (Sperlich y Pfriem

1986; Powell 1997). En segundo lugar, se han descrito variaciones temporales y espaciales

regulares en las frecuencias de las inversiones en poblaciones naturales. Algunas especies de

Drosophila muestran cambios estacionales recurrentes o cclicos de las frecuencias relativas

de diferentes ordenaciones cromosmicas (Fontdevila et al., 1983; Sperlich y Pfriem 1986;

Rodrguez-Trellez et al., 1996), y en algunos casos se ha relacionado la distribucin de las

frecuencias de ordenaciones cromosmicas con factores ambientales. En las poblaciones de

Drosophila melanogaster, por ejemplo, los dos hemisferios (norte y sur) presentan una

distribucin similar de las frecuencias de 4 inversiones siguiendo clinas latitudinales

(Lemeunier y Aulard 1992); en D. robusta se han formado clinas altitudinales similares en

diferentes reas montaosas (Carson 1958; Etges 1984; Levitan 1992; 2001) y en D.

pseudoobscura se han observado cambios que siguen un patrn de variacin estacional muy

claro (Dobzhansky 1943; Wright y Dobzhansky 1943; Dobzhansky 1948).

En D. subobscura los datos obtenidos por diversos autores (Burla y Gotz 1965; De Frutos y

Prevosti 1984; Burla et al., 1986; Gosteli 1990; Mestres et al., 1994) muestran que el

polimorfismo de inversiones vara considerablemente a lo largo del tiempo. Sin embargo, los

cambios observados no siguen un patrn de variacin estacional tan claro, como lo demuestran

los estudios realizados durante varios aos en una poblacin de Viena, en la que no se

detectaron cambios estacinales cclicos para diversos ordenamientos cromosmicos (Kunze-

Muhl et al., 1958; Sperlich y Feuerbach 1996). Asimismo, podemos citar los estudios

realizados en poblaciones europeas, como en la poblacin griega de Mt. Parnes (Krimbas

1967), donde se analizaron los cambios en las frecuencias de algunos ordenamientos durante

dos aos consecutivos y se encontraron algunos cambios nicamente en el primer ao, aunque

stos no se correspondan con los esperados segn las clinas latitudinales encontradas en esta

especie. En la poblacin gallega de El Pedroso, al analizar el polimorfismo del cromosoma O

durante 4 aos se encontr que algunos ordenamientos presentaban estacionalidad (Fontdevila

et al., 1983). Por ejemplo, se observ un aumento en el ordenamiento O3+4+7 durante el tiempo

de estudio, contrario a lo que se detect para el ordenamiento Ost, cuya frecuencia disminuy

en otoo y primavera. Posteriormente, entre 1988 y 1991 se volvi a estudiar la variacin

estacional de este polimorfismo en el cromosoma O (Rodrguez-Trelles et al., 1996, 1998;

Rodrguez Trelles y Rodrguez 1998) y se detect nuevamente la estacionalidad de algunos

ordenamientos como O3+4+7 y Ost, en el mismo sentido que en el primer trabajo. Este cambio

estacional presenta un comportamiento acorde con la distribucin geogrfica clinal de estos

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ordenamientos. Es decir, Ost, que es muy frecuente en las poblaciones del norte, present

mnima frecuencia durante el estudio, mientras que O3+4+7, tpico de las poblaciones del sur,

tuvo un mximo. Las frecuencias de estos ordenamientos demostraron tambin estar

fuertemente asociados a factores climticos como la temperatura mxima diaria y la humedad

relativa. Finalmente, De Frutos y Prevosti (1984), analizaron y compararon en la poblacin de

Barcelona diversas muestras obtenidas a lo largo de un ao y no detectaron variacin en las

frecuencias de los ordenamientos cromosmicos de los cromosomas A, E, y O, pero s en los

del J y U; los ordenamientos J1 y U1+2+8 presentaban ambos un mximo en los meses de junio y

febrero, y un mnimo en el de septiembre, pero los datos no fueron suficientes como para

comprobar si segua un modelo cclico.

Otros estudios similares de la variacin del polimorfismo cromosmico se han llevado a cabo

tambin pero en relacin con la altitud, y aunque stos son pocos, demuestran que hay

diferencias significativas. Es el caso del trabajo de Burla et al. (1986) quienes encontraron

diferencias en muestras capturadas entre 600 y 1900 metros sobre el nivel del mar en la regin

suiza de Valais. Estas diferencias afectaban sobre todo al cromosoma J, el cual presentaba una

variacin con la altitud concordante con la variacin latitudinal observada para ste

cromosoma. Se hizo otro estudio, en este mismo sentido, con 4 poblaciones de un valle

prximo a Santiago de Chile entre agosto y septiembre de 1985. Las poblaciones analizadas se

localizaban a una altura entre el nivel del mar y los 1900 metros sobre el nivel del mar. Al

comparar el polimorfismo cromosmico entre estas poblaciones se encontraron diferencias

significativas en los ordenamientos Est, E1+2+9, E1+2+9+12, O3+4+2, Ust y U1+2, y a pesar de que no

se observ una clina altitudinal, ciertos ordenamientos demostraron seguir clinas latitudinales

(Brncic y Budnik 1987). Muy contrarios son los resultados obtenidos por Martnez - Sebastin

et al. (1984), quienes estudiaron tres poblaciones de la Sierra de Gudar, en la provincia de

Teruel, situadas a diferentes altitudes, y no detectaron diferencias significativas entre ellas, a

pesar de que haba claras diferencias ecolgicas y climticas entre las diferentes localidades.

Por otro lado, se han obtenido resultados ms consistentes en estudios de los cambios

temporales a largo plazo del polimorfismo cromosmico. Uno de los primeros estudios se

realiz en una poblacin cercana a Zurich (Gosteli 1990), en el que se compararon muestras

obtenidas entre los aos 1986 y 1987 con otras que ya haban sido analizadas con anterioridad

(1963, 1964 y 1984) por otros autores (Burla y Gozt 1965). En el estudio se encontraron

diferencias entre las muestras, los ordenamientos Ast, Jst, Ust y Ost disminuyeron, mientras que

J1, U1+2, O3+4 y O3+4+8 aumentaron. En el estudio de la poblacin de El Pedroso (Fontdevila et

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al., 1983; Rodrguez-Trelles et al., 1996, 1998; Rodrguez-Trelles y Rodrguez 1998) al

comparar los datos obtenidos entre los aos 1976 - 1980 con los de los aos 1988 - 1991 se

aprecia una cierta disminucin de los ordenamientos Ost y O3+4+8 y un aumento significativo

del ordenamiento O3+4. Orengo y Prevosti (1996) analizaron los cambios en el polimorfismo

cromosmico en un intervalo de 29 aos de una poblacin de Barcelona obtenida en el

observatorio Fabra en noviembre de 1988 y 1989, y la compararon con cinco muestras

reportadas en los aos previos por diferentes autores (Prevosti 1964; De Frutos y Prevosti

1984). Los resultados obtenidos muestran que en general los ordenamientos estndar, tpicos

de las poblaciones del norte, disminuyen, mientras que otros ordenamientos ms complejos,

tpicos de las poblaciones ms del sur, han incrementado su frecuencia. Igualmente, se

encontr una cierta correlacin entre la temperatura y la frecuencia de ciertos ordenamientos

que en algunos casos era significativa. Esto indicara que las clinas latitudinales para el

polimorfismo cromosmico son debidas a factores ambientales (Prevosti 1985, 1988, 1990;

Menozzi y Krimbas 1992), y que su variacin geogrfica adaptativa podra estar relacionada

con diversos factores ambientales y ecolgicos, como por ejemplo la temperatura.

La aparicin de las clinas latitudinales en las frecuencias de algunos polimorfismos

cromosmicos en las poblaciones colonizadas por D. subobscura, equivalentes a las existentes

en la regin palertica de origen, muestran el carcter rpido y predecible de la evolucin de

dicho polimorfismo. Asimismo, el estudio de sus cambios a largo plazo permiti tambin

analizar el posible efecto del cambio climtico global del planeta sobre la estructura gentica

de las poblaciones. En este sentido, Sol et al. (2002) encontraron que las frecuencias de

muchas ordenaciones cromosmicas han variado de forma sistemtica y significativa durante

los ltimos 26 a 35 aos en muchas poblaciones europeas. La frecuencia de las ordenaciones

tpicas de latitudes ms clidas (sur) ha aumentado en todas las poblaciones estudiadas,

mientras que la frecuencia de las ordenaciones tpicas de latitudes ms fras (norte) ha

disminuido, estos cambios podran explicarse por una variacin en la temperatura o por otros

factores ambientales relacionados con la latitud, que hacen la composicin cromosmica de

esta especie ms caracterstica de ambientes clidos. Cabe destacar tambin que las frecuencias

de cinco ordenaciones de Suramrica han experimentado cambios direccionales sistemticos a

escala continental, en la que la frecuencia de los ordenamientos Ust y E1+2+9, disminuye,

mientras que la de los ordenamientos O3+4, E1+2+9+12 y U1+2+8 aumentan. Estos cambios

observados son equivalentes a los detectados en 13 poblaciones europeas en un periodo no

inferior a dos dcadas y corresponden a lo que se esperaran si el polimorfismo cromosmico

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de la especie se estuviera adaptando al incremento de la temperatura ocasionado por el cambio

climtico global del planeta (Balany et al., 2003).

Todas estas observaciones, aparte de ser evidencias de la existencia de presiones selectivas

sobre las inversiones, demuestran que los polimorfismos de inversiones en D. subobscura

constituyen un mecanismo gentico de adaptacin rpida al ambiente, que da a la especie

flexibilidad adaptativa.

1.4.1. Clinas latitudinales de tamao corporal en D. subobscura Como ya se mencion anteriormente, las clinas pueden ser el producto de un proceso

adaptativo o el resultado de factores histricos, sin embargo las correlaciones positivas

encontradas para los caracteres (inversiones o tamao corporal) respecto a la latitud y ms

exactamente en relacin con la temperatura, nos sugiere que stas son ms una respuesta

adaptativa a la variacin geogrfica (Endler 1977; Partridge y French 1996).

De acuerdo a lo observado para las poblaciones palerticas que muestran un incremento clinal

del tamao corporal con la latitud (Prevosti 1955; Misra y Reeve 1964; Pfriem 1983), junto a

la aparente naturaleza adaptativa de las clinas latitudinales para tamao corporal, se esperara

que clinas similares fueran detectadas en el continente americano. Sin embargo, en los estudios

realizados por algunos autores (Budnick et al., 1991; Pergueroles et al., 1995) una dcada

despus de la colonizacin de Amrica por D. subobscura, tanto en Norteamrica como en

Suramrica, no se encontraron evidencias de dichas clinas. Hizo falta una dcada ms para que

los estudios realizados por Huey et al. (2000), en los que se examinaban las poblaciones de

Norteamrica de 11 localidades del oeste y las contrastaban con las poblaciones de l0

localidades de Europa continental, demostraran el mismo patrn de clinas de los estudios

previos en la regin palertica. Aunque las clinas en Norteamrica y Europa involucraban

diferentes cambios en la longitud relativa de distintas secciones del ala, con un incremento en

la longitud del ala en Europa causado por un alargamiento de la porcin basal de la vena IV,

mientras que el incremento en Norteamrica era causado por un relativo alargamiento de la

porcin distal de la vena IV. En este sentido, el trabajo de Birdsall et al. (2000) sugiere que

estas diferencias podran deberse a la base celular de las clinas, sin embargo los estudios de

Calboli et al. (2003a) demuestran todo lo contrario, ya que la base celular de la clina del

tamao del cuerpo en D. subobscura en Norteamrica, es diferente de las clinas de Europa y

Suramrica, puesto que en Norteamrica estn basadas en la variacin latitudinal en el rea

celular, mientras que en Suramrica y Europa la variacin latitudinal es en nmero celular.

Pgina 21

Lo anterior demuestra que la evolucin de la longitud del ala es previsible, aunque su respuesta

no es tan rpida como la encontrada para las clinas de las inversiones cromosmicas y, adems,

refuerza la idea del carcter adaptativo de las clinas latitudinales para tamao corporal (las

dimensiones del ala son usadas como un ndice del tamao corporal: Robertson y Revee 1952;

Misra y Revee 1964; Anderson 1966; Sokoloff 1966; Cowley y Atchley 1990).

1.4.2. Relacin entre la temperatura y las caractersticas morfomtricas Algunas caractersticas morfomtricas estn positivamente correlacionadas con la temperatura

u otras variables ambientales en varias especies de Drosophila. En los anlisis reportados por

diferentes autores, la variabilidad gentica de algunas caractersticas morfomtricas se ha

demostrado tanto en la naturaleza como en poblaciones de laboratorio. Por ejemplo, en D.

melanosgaster y en D. simulans el peso de los adultos y el nmero de ovarios en las hembras

incrementa linealmente con la latitud (David y Bocquet 1975). En las poblaciones naturales de

D. robusta tambin se observan clinas latitudinales y correlacionadas positivamente con la

temperatura para algunas caractersticas morfomtricas (Stalker y Carson 1947, 1948). Los

experimentos en cajas de poblaciones mantenidas a diferentes temperaturas han mostrado que

las caractersticas biomtricas de algunas especies de Drosophila pueden cambiar

significativamente en pocos aos. As un stock criado a baja temperatura produce individuos

genticamente ms grandes que un stock criado a temperatura alta donde los individuos son

pequeos (D. pseudoobscura: Druger 1962; Anderson 1966, 1973; Powell 1974; D.

melanogaster: Cavicchi et al., 1978; Cavicchi et al., 1985; Huey et al., 1991; Partridge et al.,

1994; James y Partridge 1995).

Aunque los mecanismos selectivos que favorecen el tamao del ala grande en latitudes altas en

algunos ectodermos es aun desconocido, la hiptesis ms generalizada es la respuesta

adaptativa a la temperatura (Partridge y French 1996), que se refuerza con la respuesta rpida

del tamao corporal demostrada por algunas especies de Drosophila a los cambios

ambientales, principalmente a la temperatura. Por ejemplo, en D. melanogaster se han

reportado clinas latitudinales en tamao del cuerpo como evidencias de la adaptacin a la

seleccin impuesta por la temperatura (Norteamrica: Coyne y Beecham 1987; Capy et al.,

1993; en oeste de Europa y frica: Capy et al., 1993; Gilchrist et al., 2000; este de Europa y

Asia: Imasheva et al, 1994; Suramrica: Vant Land et al., 1995; Gilchrist et al., 2000 y,

Australia: James et al., 1995).

Pgina 22

Los estudios realizados por Pergueroles et al. (1995), en los que se analizan la diferenciacin

latitudinal en las caractersticas cuantitativas de las poblaciones palerticas de D. subobscura y

de D. obscura, dos especies estrechamente relacionadas, encontraron que ambas especies

tienen una respuesta paralela con la latitud. Adems, es probable que las clinas observadas

sean adaptativas y probablemente relacionadas con el clima, ya que tienen un patrn de

concordancia con la variacin geogrfica. Una observacin de una correlacin paralela

(tamao con latitud) entre dos o ms especies diferentes implica que las dos especies estn

afectadas por factores ambientales similares y los patrones reflejan el impacto de la seleccin

natural (Endler 1986).

Los estudios realizados por Gilchrist et al. (2001) sobre las clinas de tamao del ala de D.

subobscura, comparando el patrn latitudinal y la dinmica evolutiva de seleccin entre

muestras de poblaciones norteamericanas tomadas en 1986 y 1997, contrastadas con muestras

de poblaciones europeas tomadas en 1998, sugieren que las clinas de tamao desarrolladas en

Norteamrica representan una adaptacin debida a la seleccin impuesta por la temperatura, en

la que se refleja la seleccin del tamao ms grande del cuerpo a temperaturas medias ms

fras asociadas con latitudes ms altas.

1.4.3. Relacin entre el polimorfismo cromosmico y el tamao del ala Las clinas latitudinales tanto del polimorfismo cromosmico como del tamao del ala en D.

subobscura sugieren que podran ser seales del mismo fenmeno, o lo que es lo mismo, la

accin de la seleccin natural en el tamao del cuerpo (nivel fenotpico) podra explicar las

observaciones en la variacin en el polimorfismo cromosmico (nivel genotpico) de esta

especie (Orengo y Prevosti 2002). Sin embargo, el polimorfismo cromosmico de D.

subobscura es muy complejo, ya que los 5 cromosomas acrocntricos son polimrficos y un

gran nmero de ordenamientos cromosmicos pueden coexistir en una poblacin natural, lo

que complica mucho la relacin entre polimorfismo de inversiones y tamao corporal.

Prevosti (1967) demostr en experimentos de seleccin artificial que las alas cortas en D.

subobscura muestran una clara tendencia hacia la homocigosis de los ordenamientos

cromosmicos tpicos de poblaciones del sur, las cuales tienen una media ms pequea del

tamao corporal. Adems, la mayora de las lneas seleccionadas para alas largas mantenan

dos ordenamientos cromosmicos con frecuencias oscilando alrededor del 50%. Estos

ordenamientos se fijaron para un orden complejo de lneas de alas cortas y ordenamientos

estndar, tpicos de poblaciones del norte con un tamao medio ms grande. Krimbas (1967)

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observ una relacin entre el cariotipo de machos para el cromosoma A (=X) y el tamao del

cuerpo. Este autor observ, en una poblacin en Grecia, que los machos portadores del

ordenamiento Ast eran ms grandes que los portadores de A2. En los estudios llevados a cabo

por Orengo y Prevosti (2002) en los que se analizaba este tipo de relacin entre los machos de

dos muestras de poblaciones naturales de D. subobscura, ya analizadas para cambios a largo

plazo en el polimorfismo de inversin (Orengo y Prevosti 1996) y para la heredabilidad del

tamao del ala (Orengo y Prevosti 1999), se detect una asociacin entre los ordenamientos

cromosmicos y el tamao para 4 de los 5 cromosomas polimrficos (excepto el J), indicando

que en general los ordenamientos estndar determinan alas ms grandes y demostrando as la

idea de una relacin entre el polimorfismo y el tamao corporal.

La frecuencia de los ordenamientos estndar vara en la misma direccin en todos los

cromosomas (Krimbas 1992), y un incremento en su frecuencia es paralelo a un incremento del

tamao del cuerpo. Los ordenamientos estndar son los que muestran clinas latitudinales ms

fuertes, incrementando en frecuencia con la latitud (Krimbas 1992) y su variacin temporal

(Orengo y Prevosti 1996) est correlacionada con la temperatura.

1.5. Variacin fenotpica La presencia de variacin fenotpica en la naturaleza, que es posteriormente moldeada por la

accin de la seleccin, es el centro de la evolucin biolgica. Formalmente se dice que la

seleccin es el resultado de tres condiciones necesarias (Lewontin 1970; Cadevall 1988; Soler

2002): la existencia de variacin fenotpica entre los individuos de una poblacin; la existencia

de diferencias en las capacidades de supervivencia y/o reproduccin de los distintos fenotipos,

es decir en su aptitud o fitness; y la heredabilidad de esas diferencias en la aptitud.

Por otro lado, el fenotipo est definido por la expresin de muchos genes diferentes, y

tambin por el producto de las interacciones del genotipo con el ambiente. As, dentro de la

variabilidad fenotpica se pueden concebir dos componentes: el componente gentico o el

conjunto particular de genes que posee el individuo y, el componente ambiental que es el

conjunto de todas las causas no genticas que influyen en el valor fenotpico. El genotipo da un

cierto valor fenotpico al individuo, pero este valor se ve afectado por el ambiente.

Asimismo, la variacin ambiental puede tener dos efectos sobre la variabilidad fenotpica: Los

efectos ambientales generales o externos, provocados por factores de influencia (ejemplo,

temperatura, salinidad, densidad) que son compartidos por grupos de individuos (variacin

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dentro de grupos de individuos) y, los efectos ambientales especficos o internos producidos

por las desviaciones residuales del fenotipo que podran ser especificadas por las bases del

genotipo (variacin entre individuos; ruido de desarrollo, ejemplo mutaciones) y su interaccin

con los efectos ambientales generales. Tales desviaciones son nicas en los individuos y son

ampliamente impredecibles.

La varianza asociada a estos efectos ambientales especficos, puede ser estimada mediante el

uso de lneas completamente endogmicas en las que no hay varianza gentica. Cuando

medimos los valores fenotpicos de un carcter en individuos genticamente diferentes que han

crecido en el mismo ambiente, las diferencias entre unos y otros se deben exclusivamente a

causas genticas. Si no hubiera influencia del genotipo (individuos con el mismo genotipo)

todo el valor fenotpico se debera al efecto ambiental externo.

1.5.1. Control de la variacin fenotpica Cuando las condiciones ambientales cambian, los organismos y las poblaciones deben tambin

modificarse a fin de resistir la presin de dichas variaciones, de tal modo que el desarrollo de

los individuos puede verse alterado en mayor o menor grado. As, los individuos pueden

presentar una fuerza fenotpica que conduce a fenotipos consistentes u ptimamente adaptados

a un ambiente determinado sin presentar mayores cambios en su fenotipo. Los tres procesos

siguientes estn considerados como mecanismos de control de la variabilidad fenotpica.

1.5.1.1. Canalizacin

Se considera una fuerza de restriccin morfogentica (Waddigton 1942; Gilbert 2003) por la

que el desarrollo parece ser amortiguado, y las ligeras desviaciones del genotipo o ligeras

perturbaciones en el ambiente no conllevan necesariamente a la produccin de fenotipos

anormales. Los genticos evolutivos la definen como la tendencia de los caracteres o rasgos a

desarrollar una reduccin en la variabilidad (Gibson y Wagner 2000; Meiklejohn y Hartl

2002). Este proceso permite la produccin de un fenotipo especfico o bsico bajo diferentes

condiciones ambientales y genticas y, por tanto, disminuye la varianza interindividual dentro

de grupos, reduciendo la sensibilidad gentica a las condiciones ambientales. Por esto, la

canalizacin puede estimarse estudiando la variacin interindividual.

Existen dos formas de conducir un estudio de canalizacin. Dworkin (2005) define la primera

como la norma de reaccin o propiedad del genoma, y la segunda como una variacin

aproximada. Ambas definiciones conducen a diferencias mtricas en el estudio de

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canalizacin. La primera, la canalizacin como norma de reaccin de la media (RxNM) de un

carcter, busca determinar si las lneas de un estudio (genotipos independientes) estn

canalizadas respecto a diferentes ambientes; considerando una lnea canalizada cuando no se

observan efectos ambientales en la expresin del carcter, mantenindose estable en los

diferentes ambientes y sus valores no cambian (ver figura 23).

Figura 23: Canalizacin por norma de reaccin

Lnea 1a Ambiente 1

Lnea 1b Ambiente 2

Lnea 1c Ambiente 3

Carcter Canalizado

En la variacin aproximada de canalizacin, que es la variacin mtrica, se busca saber cmo

la medida de variacin cambia dentro de una lnea. Esto permite identificar entre lneas

genticamente distintas en un ambiente comn determinado, cuales estn mejor canalizadas

que otras porque presentan menos variacin del carcter dentro de lneas (ver figura 24). En

una prueba de canalizacin se infiere la canalizacin por la descanalizacin de un sistema en

un ambiente de estrs (gentico o exgeno) que causa perturbaciones en la expresin normal

del carcter marcador o en estudio y por tanto se observa un incremento significativo en la

variacin fenotpica entre las lneas en los diferentes ambientes de estrs. Cuando una lnea

est ms canalizada, su media muestra menos cambios a travs de los ambientes, con respecto

al resto de lneas. Figura 24: Canalizacin por variacin aproximada

Lnea 1 Ambiente 1

Variacin del fenotipo carcter (Carcter descanalizado)

Lnea 2 Ambiente 1

Lnea 3 Ambiente 1

Caracteres Canalizados

Aunque no hay un diseo especfico para los experimentos de canalizacin, hay unos

tratamientos experimentales que dirigen este tipo de estudios:

a. Control de la cantidad de variacin gentica entre lneas o poblaciones: La canalizacin

es una propiedad del genotipo y como cada individuo tiene un genotipo nico, indagar

sobre la canalizacin de una poblacin bajo varios ambientes podra resultar un tanto

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difcil por la respuesta diferencial de los diferentes genotipos. Por esto, es importante

controlar la variacin gentica dentro de lneas. En la mayora de los sistemas

genticamente manipulables, y en las especies que se producen clonalmente, es posible

obtener individuos estrechamente relacionados por endogamia o cruces genticos

controlados (como los procedimientos de extraccin de cromosomas en Drosophila).

De esta manera, un mismo genotipo puede ser examinado bajo mltiples ambientes y

adems, se puede hacer un muestreo razonable del genotipo.

b. Necesidad de un muestreo independiente y mltiple (a travs de genotipos y no de

individuos): Dado que cada lnea representa una simple muestra gentica, la medicin

de mltiples individuos dentro de la lnea incrementa esencialmente el muestreo de una

medida sencilla, dando una mejor estima. Cuando se usan mltiples lneas es

importante considerar la independencia de las lneas (como lneas no genticamente

relacionadas). Otra forma de mejorar la estima es la replicacin de los datos, donde el

mismo genotipo es remuestreado y las muestras son tratadas como independientes.

c. Control del fondo gentico por comparacin entre tratamientos: Este punto es

indispensable en estudios de canalizacin gentica donde diferentes cromosomas

(mutantes u otro marcador) son comparados por sus efectos de canalizacin. Para

sistemas genticamente manipulables es posible tener genotipos controlados donde un

cromosoma (mutante u otro marcador) dado es cruzado en una lnea endogmica

dentro de muchos fondos genticos de inters. Esto permitira la comparacin ideal

entre el mutante y los individuos del tipo salvaje, los cuales son esencialmente

idnticos excepto para el alelo en estudio. Si el fondo gentico no se controla, entonces

sern confusos los resultados de los efectos observados de los loci (o marcadores) en

estudio en el fondo gentico de la lnea.

1.5.1.2. Estabilidad del desarrollo

Es la habilidad de los organismos para amortiguar el ruido aleatorio que se presenta o surge

espontneamente como consecuencia de la variacin estocstica en los procesos celulares que

estn involucrados en el desarrollo de estructuras morfolgicas (Klingenberg 2004). El control

gentico de la estabilidad de desarrollo esta ntimamente unido a la variacin gentica no

aditiva de los caracteres morfolgicos de inters. La dominancia y la epistasis tienen un papel

importante en la arquitectura gentica de la estabilidad del desarrollo. Los procesos

moleculares y celulares que constituyen el desarrollo son inherentemente variables, pero

contribuyen al ensamblaje fidedigno del intrincado plan de organizacin del cuerpo. Los

mecanismos que llevan a este nivel de fiabilidad del fenotipo son conocidos como estabilidad

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del desarrollo. Sin embargo la naturaleza de estos mecanismos aun no es bien conocida. La

estabilidad del desarrollo es un conjunto de una amplia clase de fenmenos de

amortiguamiento del desarrollo, los cuales tambin incluyen canalizacin contra efectos

genticos y ambientales.

Este grado de resistencia contra las posibles perturbaciones es difcil de medir, por esto es mas

fcil cuantificar su contrario, la inestabilidad del desarrollo, que es entendida como la

imprecisin que conduce a la variabilidad morfolgica incluso cuando la gentica y las

condiciones ambientales se mantienen constantes. Puede medirse convenientemente como las

diferencias aleatorias entre los lados izquierdo y derecho (asimetra bilateral) del organismo o

de las partes de un organismo (variacin intra individual).

En organismos o partes bilaterales y simtricas, la asimetra fluctuante ofrece un medio fcil

para estudiar la inestabilidad de desarrollo. Ambos lados o partes comparten el mismo genoma

y usualmente se desarrollan bajo condiciones ambientales casi idnticas y por tanto la

variacin de asimetra alrededor de su promedio es debido a las fluctuaciones aleatorias de los

procesos de desarrollo, y puede ser usado como una medida de la inestabilidad de desarrollo

(Klingenberg 2003). La inestabilidad es pues el producto resultante entre los efectos del ruido

de desarrollo y la capacidad del sistema para amortiguarlo. De esta manera, la asimetra

fluctuante puede aumentar si aumenta el ruido de desarrollo o lo que es lo mismo, si disminuye

la estabilidad de desarrollo.

1.5.1.3. Plasticidad

Habilidad de un individuo a expresar un fenotipo bajo una serie de circunstancias ambientales

y otro fenotipo bajo otras circunstancias. Los fenotipos expresados pueden ser discontinuos,

obteniendo formas discretas (poli-fenotpicas) o pueden ser intervalos continuos de fenotipos

potenciales. Son alternativas al cambio gentico que permite a las poblaciones adaptarse a las

condiciones cambiantes del medio ambiente, incrementa la variabilidad entre grupos de

individuos y produce diferentes fenotipos en diferentes entornos.

Estudiando lneas independientes en las cuales se han muestreado mltiples individuos para un

valor fenotpico en ambientes diferentes, y para los que se asume una varianza ambiental

(interna) similar, la plasticidad y la canalizacin se muestran como caractersticas opuestas del

mismo fenmeno (Nijhout y Davidoowitz 2003). As, la plasticidad del fenotipo se manifiesta

entonces, en un cambio de la media del carcter a travs de los diferentes ambientes.

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1.5.2. Anlisis de asimetra Las estructuras de los organismos de simetra bilateral, ofrecen una forma ideal de normalidad.

Las desviaciones de la simetra bilateral se consideran como un ndice de homeostasis y

pueden utilizarse como indicador de las fuerzas fenotpicas actuantes en los individuos. Estas

desviaciones de la normal son comnmente descritas por distribuciones de frecuencia para la

diferencia entre los lados [derecha izquierda (R-L)]. Cada distribucin de frecuencia exhibe

usualmente uno de los tres patrones (ver figura 25): asimetra fluctuante, asimetra direccional

y antisimetra. Cada uno de estos patrones indica la variacin de un carcter en particular

(entre un lado y el otro) exhibida por una muestra de individuos, como respuesta durante su

ontogenia al estrs gentico (intrnseco) o ambiental (extrnseco). As, el grado de asimetra

entre un carcter par (ejemplo las dos alas de la mosca) sera reflejo de la estabilidad durante el

desarrollo del organismo. El parmetro ms utilizado para medir esa estabilidad es la asimetra

fluctuante (FA) (Pither y Taylor 2000; Palmer y Strobeck 2003).

Figura 25: Distribuciones mas comunes de R-L en organismos de simetra bilateral: a) asimetra

fluctuante (FA) b) Asimetra direccional (DA) y c) antisimetra (Platykurtic o bimodal).

La FA es un patrn de variacin bilateral de una muestra de individuos donde la media de R-L

es cero y la variacin est distribuida normalmente alrededor de esta media (figura 25a). Este

patrn de variacin bilateral puede aumentar por muchos procesos del desarrollo, entre estos,

los relacionados con los presumiblemente independientes pero contrarios procesos de la

inestabilidad del desarrollo (o ruido de desarrollo) y los procesos de la estabilidad del

desarrollo. Los primeros tienden a un desarrollo anormal, que pueden ser de carcter intrnseco

del individuo, por ejemplo, pequeas diferencias aleatorias en las tasas de divisin celular,

cambios en el crecimiento y la forma celular, efectos de ruido termal en procesos enzimticos

o pequeas diferencias aleatorias en las tasas de procesos fisiolgicos entre las clulas. Los

procesos de estabilidad del desarrollo tienden a un desarrollo normal, resistiendo o

amortiguando los trastornos del desarrollo, por ejemplo, sistemas de retroalimentacin o

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http://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0716-078X2005000100001&script=sci_arttext&tlng=es#PITHER#PITHERhttp://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0716-078X2005000100001&script=sci_arttext&tlng=es#PALMERSTROBECK2003#PALMERSTROBECK2003

reaccin negativa que regulan la actividad enzimtica (tasas de concentracin y de catlisis)

dentro y entre clulas, regulacin nerviosa central de estructuras no contiguas o regulacin

hormonal de estructuras no contiguas. De esta manera, las diferencias en la FA entre muestras

pueden aumentar por la diferencia en cualquiera de estos dos fenmenos, indicando su

contribucin relativa y la homeostasis general o el flujo de estabilidad de desarrollo.

La FA se considera por tanto, como un ndice de homeostasis y puede utilizarse como

indicador del estrs gentico (consanguinidad, homocigosis, hibridacin, mutacin, seleccin)

y ambiental (temperatura, alimentacin, polucin). Se puede utilizar para la comparacin entre

poblaciones o individuos dentro de una misma poblacin. A nivel de una poblacin, los

individuos pueden diferir en el grado de asimetra y esta diferencia puede deberse en parte a

diferencias genticas.

Por otro lado, las desviaciones de simetra aparecen correlacionadas con diferencias en aptitud,

particularmente en las caractersticas que afectan directamente el rendimiento de los individuos

(Thornhill 1991; Moller 1994). Una baja aptitud est asociada con una alta FA (Biemont 1983;

Clarke y McKenzie 1987; Quattro y Vrijenhoek 1989). As como tambin, individuos con baja

FA muestran una mayor fecundidad, tasas de crecimiento elevadas y mayor supervivencia

(Mitton y Grant 1984; Palmer y Strobeck 1986; Parsons 1992; Moller 1997; Moller y Swaddle

1997). Por tanto, el estudio de los caracteres bilaterales brinda un mtodo apropiado para medir

las variaciones del fenotipo, variacin entre individuos y dentro de individuos, en el estudio de

los factores que pueden influir en la respuesta de los individuos con un genotipo dado en un

ambiente determinado.

La asimetra direccional (DA, ver figura 25b) as como la antisimetra (AA, ver figura 25c) son

consideradas variantes pero no son indicadores del estrs, aunque si pueden influir en el valor

de la FA, por eso es importante determinar su presencia en un anlisis de la variacin

fenotpica. La DA puede tener una base gentica significativa (Palmer & Strobeck 1986;

Palmer 1994) y por lo tanto, no apta como una medida de la inestabilidad del desarrollo (Lens

& Van Dongen 2000).

En la antisimetra, el patrn de variacin bilateral en una muestra de individuos tiene una

diferencia estadsticamente significativa entre lados, pero el lado que es ms grande vara entre

los individuos al azar (figura 25c), detectada por la prueba estadstica para desviacin de

distribuciones de frecuencias (R-L) de normalidad en la direccin de platicurtosis o

distribucin bimodal (pico menos extenso

normalmente cero de R-L. Y en la asimetra direccional, el patrn de variacin bilateral de la

muestra de individuos tiene una diferencia estadsticamente significativa entre lados, pero el

lado que es ms grande es generalmente el mismo (figura 25b), mostrando una direccin

constante, y su distribucin en la poblacin muestra una aparente desviacin hacia un lado en

particular (Moller y Swaddell 1997; Palmer 1994; Polak 2003), detectado por la prueba

estadstica para desviaciones de la media R-L de cero.

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OBJETIVOS

1.5. Objetivo General

Estudiar los cambios en el polimorfismo para inversiones cromosmicas y la morfometra del

ala en una poblacin experimental de Drosophila subobscura sometida a diferentes regmenes

trmicos en un periodo de 2 aos para comprobar el posible efecto de la temperatura sobre

dichos caracteres.

Para el logro de este objetivo general se establecieron los siguientes objetivos especficos:

1.5.2. Objetivos Especficos

Seleccionar un nmero representativo de individuos de una poblacin americana para

fundar la poblacin experimental que estar bajo rgimen de temperaturas diferentes (13C,

18C y 22C).

Mantener dicha poblacin experimental en condiciones de laboratorio bajo control

exhaustivo de las condiciones experimentales (densidad de poblacin y temperatura).

Estudiar las frecuencias de los ordenamientos cromosmicos en cada una de las

poblaciones en un periodo de 2 aos para identificar los cambios posibles que estn

relacionados con la temperatura.

Estudiar la morfometra del ala para identificar los cambios posibles de tamao y forma

relacionados igualmente con la temperatura, mediante el uso de las medidas lineales de 13

landmarks en las intersecciones de las venas del ala para el clculo de longitud promedio

del ala (WL) y el tamao del centroide (CS) en el anlisis de tamao y, los anlisis

Procrustes en el estudio de la forma del ala en las poblaciones experimentales.

Fundar lneas isocromosmicas genticamente homogneas de los ordenamientos

cromosmicos del cromosoma O de D. subobscura y mediante cruces recprocos entre

stas, criadas bajo dos temperaturas de desarrollo (18C y 23C), ver los efectos del

cariotipo, homocigosis y la temperatura en la forma del ala y la asimetra bilateral.

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Analizar los efectos de la variacin gentica clinal (polimorfismo de inversin) en la

dimensin total del ala (tamao y forma) y la simetra bilateral, mediante el uso de

mtodos aplicados de morfometra geomtrica en el contexto de la gentica cuantitativa,

considerando las consecuencias de la endogamia y la temperatura en los componentes de la

homeostasis del desarrollo, la canalizacin y la estabilidad del desarrollo (DS), y la

relacin entre estos.

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2. ARTICULOS

2.1. Artculo 1 Quantitative genetic analysis of wing form and bilateral asymmetry in isochromosomal lines

of Drosophila subobscura using Procrustes methods. Autores: Pedro F. Iriarte, Walkiria Cspedes y Mauro Santos,

Revista: Journal of Genetics (special issue on Evolutionary Genetics: the Drosophila Model),

82: 95 113. 2003.

2.2. Artculo 2 Swift laboratory thermal evolution of wing shape (but not size) in Drosophila subobscura and

its relationship with chromosomal inversion polymorphism.

Autores: Mauro Santos, Pedro F Iriarte, Walkiria Cspedes, Joan Balany, Antonio

Fontdevila y Lus Serra.

Revista: Journal Evolutionary Biology, 17: 841 855. 2004.

2.3. Artculo 3 Temperature related genetic changes in laboratory populations of Drosophila subobscura:

evidence against simple climatic based explanations for latitudinal clines and correlated

continent wide shifts.

Autores: Mauro Santos, Walkiria Cspedes, Joan Balany, Vincenzo Trotta, Federico

Caboly, Antonio Fontdevila y Lus Serra.

Revista: The American Naturalist, 165: 258 273. 2005.

2.4. Artculo 4 Genetics and geometry of canalization and developmental stability in Drosophila subobscura.

Autores: Mauro Santos, Pedro F. Iriarte y Walkiria Cspedes

Revista: BMC Evolutionary Biology, 5: 7. 2005

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Indian Academy of Sciences

Journal of Genetics, Vol. 82, No. 3, December 2003 95

Quantitative-genetic analysis of wing form and bilateral asymmetry in isochromosomal lines of Drosophila subobscura using

Procrustes methods

P E D R O F E R N N D E Z I R I A R T E , W A L K I R I A C S P E D E S a n d M A U R O S A N T O S *

Grup de Biologia Evolutiva (GBE), Departament de Gentica i de Microbiologia, Universitat Autnoma de Barcelona, 08193 Bellaterra (Barcelona), Spain

Abstract

Fluctuating asymmetry (FA) is often used as a measure of underlying developmental instability (DI), motivated by the idea that morphological variance is maladaptive. Whether or not DI has evolutionary potential is a highly disputed topic, marred by methodological problems and fuzzy prejudices. We report here some results from an ongoing study of the effects of karyotype, homozygosity and temperature on wing form and bilateral asymmetry using isochromo-somal lines of Drosophila subobscura. Our approach uses the recently developed methodologies in geometric mor-phometrics to analyse shape configurations of landmarks within the standard statistical framework employed in studies of bilateral asymmetries, and we have extended these methods to partition the individual variation and the variation in asymmetries into genetic and environmental causal components. The analyses revealed temperature-dependent expression of genetic variation for wing size and wing shape, directional asymmetry (DA) of wing size, in-creased asymmetries at suboptimal temperature, and a transition from FA to DA in males as a result of increase in the rearing temperature. No genetic variation was generally detected for FA in our samples, but these are preliminary re-sults because no crosses between lines were carried out and, therefore, the contribution of dominance was not taken into account. In addition, only a subset of the standing genetic variation was represented in the experiments.

[Iriarte P. F., Cspedes W. and Santos M. 2003 Quantitative-genetic analysis of wing form and bilateral asymmetry in isochromo-somal lines of Drosophila subobscura using Procrustes methods. J. Genet. 82, 95113]

Introduction

Developmental instability (DI) is the result of processes that disturb development along a developmental trajec-tory within a particular environment (Palmer 1994; Nijhout and Davidowitz 2003). A measure of within-individual variation, which is the finest level at which phenotypic variance can be reckoned (Lynch and Walsh 1998, pp. 112116), provides a quantifiable expression of under-lying DI that is referred to as fluctuating asymmetry (FA, i.e. small random deviations from symmetry in other- wise bilaterally symmetrical characters; Van Valen 1962;

Palmer and Strobeck 1986; Leary and Allendorf 1989; Markow 1995; but see Palmer and Strobeck 2003, p. 281, for a cautionary remark on the relationship between FA and DI). Insofar as both sides of a symmetrical structure are uniformly controlled by the same genes (barring un-usual somatic mutation or somatic recombination), the subtle nondirectional differences typically found between right and left sides of bilateral traits are expected to arise owing to inherent nongenetic developmental noise (e.g. Waddington 1957; Palmer and Strobeck 1986; Palmer et al. 1993). Mather (1953) was the first to suggest, however, that FA had a genetic basis. More recently, interest in FA as a putative reliable cue of the overall genetic quality of an individual has led some authors to claim that FA (and hence DI) does indeed have a positive heritability and is

Keywords. directional asymmetry; Drosophila subobscura; fluctuating asymmetry; geometric morphometrics; isochromosomal lines; Procrustes analysis; wing shape; wing size.

*For correspondence. E-mail: mauro.santos@uab.es.

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Pedro Fernndez Iriarte et al.

Journal of Genetics, Vol. 82, No. 3, December 2003 96

therefore biologically and evolutionary relevant on its own (reviewed in Mller and Swaddle 1997). These claims have raised strong (sometimes acid) controversies and have generated quite a number of meta-analyses on published estimates of FA heritabilities. Though one positive out-come of this debate has been more rigorous and focussed research (Polack 2003), the topic of the genetical basis of FA still remains completely unresolved (Santos 2002; Fuller and Houle 2003). In a recent quantitative-genetic study of wing size asymmetry, one of us found low (~ 0.04) but significant heritabilities of FA in wing length and width in Droso-phila buzzatii (Santos 2002). Some findings were, however, difficult to reconcile with those positive heritabilities, be-sides the fact that the additive genetic correlation for size between sides was not significantly different from +1. If variation that is due to stochasticity in development is the only real cause of FA (see Nijhout and Davidowitz 2003), there are at least three possible explanations for those re-sults. First, they might have simply been false positives. However, the detection of similarly low (but nonsignifi-cant) w