Implicaciones de la química, la genética y la herbivoría en
el éxito de una maleza invasora
(y su control biológico)
Biól. Angel E. Bravo Monzón
Junio, 2014. Sahuayo, Michoacán.
Los humanos llevamos plantas lejos de su lugar de origen.
Por su valor comercial o
estético.
Durante la Colonia, muchas especies americanas fueron introducidas a Europa.
Maíz – jitomate – papa – tabaco…
Distribución nativa Distribución introducida
Pero este intercambio puede tener consecuencias negativas...
¿Qué características favorecen el éxito de una planta invasora?
Su capacidad de sobrevivir al ataque de enemigos naturales y de adaptarse al
nuevo sitio.
Diversidad de compuestos defensivos
“Mayor diversidad = Mayor defensa”
Diversidad genética
Estudios de invasiones intercontinentales
¿Qué sabemos sobre la química y genética?
Cambios Químicos
Área Nativa Área Invadida
Evolution of Increased Competitive AbilityMayor concentración y número de MS Menor concentración y número de MS
Novel Weapons HypothesisMenor concentración y número de MS Mayor concentración y número de MS
Cambios Genéticos
Área Nativa Área Invadida
Diversidad y Diferenciación GenéticasMayor diversidad genética Menor diversidad genética
Menor diferenciación genética Mayor diferenciación genética
¿QUÉ SUCEDE AL INTERIOR DEL ÁREA
DE DISTRIBUCIÓN NATIVA?
• Nuestra pregunta
Modelo Centro-Margen
Poblaciones marginales
oMenos densas
oEscasas
oAisladas
central
marginal marginal
(Brown, 1984; Guo et al. 2005)
Teoría del Mosaico Geográfico
(Thompson, 2001)
Toda la distribución es un mosaico de estas poblaciones
Cada población vegetal tendrá interacciones particulares con otras especies (v.g. herbívoros).
Hotspot: Existe selección recíproca entre dos especies.
Coldspot: No hay selección recíproca. No está presente alguno de los participantes.
Mikania micrantha Kunth(Asteraceae)
• Nativa de América (México – Argentina)
• Invasora en Asia tropical
• Perenne• Crecimiento rápido• Trepadora
• Reproducción sexual y asexual
• Polinización por insectos
Mikania micranthaCompuestos defensivos
Terpenoides volátiles
Lactonas sesquiterpénicas
Mikania micranthaen Asia
Cultivos tropicales
• Plátano• Caña• Té
Distribución en MéxicoReportada en 19 estados
Nayarit y Tamaulipas son el límite de su distribución al norte.
(Villaseñor y Espinosa, 1997)
Chiapas, Tabasco y sur de Veracruz constituyen el centro de la distribución.
Organización del proyecto
I• Variación
química y herbivoría
II• Variabilidad y
diversidad genética
III• Susceptibilidad
al ataque de herbívoros
Patrones de variación dentro
del área de distribución
Sitios de colecta - AtlánticoTamaulipas – Veracruz – Tabasco - Chiapas
Sitios de colecta - PacíficoMichoacán – Guerrero - Oaxaca
Capítulo 1Diversidad química entre
poblaciones de Mikania micrantha
Modelo Centro-Margen
Las poblaciones centrales tendrán:1) Mayor diversidad química.2) Mayor concentración de terpenoides.3) Menor daño por herbívoros.
Modelo de Mosaico Geográfico
La variación espacial en diversidad química y la intensidad de herbivoría están correlacionadas.
MétodosCuantificación e identificación de
terpenoides volátiles (CG-MS)
Concentración Porcentaje
Diversidad individual (compuestos)
Diversidad población(fenotipos químicos)
Relaciones químicas entre poblaciones
Química y Geografía
Concentración de terpenoides
Hay diferencias significativas entre poblaciones. No hubo diferencia entre poblaciones centrales y periféricas.
Diversidad química entre Atlántico-Pacífico
Menor diversidad en poblaciones del Atlántico.
No hubo diferencia entre poblaciones del centro y del margen.
Daño por herbivoría
Hay diferencias entre algunas poblaciones (COY).
No hay diferencia significativa entre poblaciones del Atlántico y el Pacífico, o entre poblaciones centrales y marginales.
Barreras genéticas entre poblaciones
Disimilitud entre las poblaciones
Poblaciones químicamente divergentes.
Componentes principales
Herbivoría y diversidad química poblacional
“Mayor diversidad – Mayor protección”
Conclusiones
1. La distribución geográfica de la diversidad química, la concentración de terpenoides y la herbivoría en M. micrantha no se ajustan al modelo Centro-Margen sino al modelo de mosaico.
2. La diversidad química en las poblaciones de M. micrantha está relacionada negativamente con la herbivoría que experimentan.
Capítulo 2Estructura espacial de la diversidad genética y química en poblaciones Mexicanas de Mikania micrantha
Correlación Genética-Química
Hipótesis
Las barreras geográficas que afectan a la diversidad química también afectan a la diversidad genética.
MétodosMicrosatélites nuclearesSecuencias repetitivas de ADN con alta tasa de mutación.
Productos de PCR
Variación genética dentro de las poblaciones
Diferenciación genética entre las
poblaciones
Estructura genética de las
poblaciones
Diversidad genética y diversidad química
Variación genética dentro de las poblaciones
Población HO HE
Atlántico 0.230 0.251
Pacífico 0.136 0.156
No hay diferencia significativa entre regiones.
HOMOCIGOTOS HETEROCIGOTO
¿Dónde está la diferenciación genética?
Fuente de variación g.l.Porcentaje de la
variaciónP
Entre regiones 1 29.04 0.005
Entre poblaciones dentro de
las regiones
11 27.77 <0.0001
Dentro de las poblaciones 305 43.19 <0.0001
Total 317
La diferenciación entre regiones (Atlántico-Pacífico) es significativa.
Estructura genética de las poblacionesDendrograma de distancias genéticas
Pacífico
Atlántico
Estructura genética de las poblacionesAnálisis de coordenadas principales
Pacífico
Atlántico
WJA
NPA
ABA
Barreras genéticas
Diversidad genética – Diversidad química
Poblaciones del PacíficoRiqueza alélica – Diversidad química individual promedio
r2=0.750; p=0.0276
Conclusiones
1. Existe una diferenciación genética significativa entre las poblaciones del Atlántico y el Pacífico.
2. Encontramos una relación significativa entre la riqueza alélica y la composición química de las poblaciones del Pacífico.
Capítulo 3Selección diferencial de hospederos en el
escarabajo herbívoro Stolas punicea sobre fenotipos químicos de Mikania
micrantha
Stolas punicea (Boheman, 1850)
Escarabajo americanoColeoptera: Chrysomelidae
Se alimenta de: M. micrantha y M. cordifolia
Hipótesis
El origen geográfico del herbívoro especialista Stolas punicea afecta su preferencia por plantas de M. micrantha con distinto fenotipo químico.
Cría de Insectos Michoacán y Veracruz
Bioensayos de preferencia
Hembras adultas
Fenotipos químicos:ATLÁNTICO (Actopan, Huimanguillo)PACÍFICO (Parácuaro, San Agustín)
Bioensayos de preferencia
Cuantificación de área consumida
Concentración de terpenoides volátiles en plantas de cuatro localidades.
Herbivoría de S. punicea de dos localidades sobre perfiles
químicos de M. micrantha de cuatro localidades.
SIN PREFERENCIA
RECHAZO DE POBLACIÓN HUI
Estudios biogeográficos de insectos en México
134 especies de coleópteros (Morrone y Márquez, 2001)
Trazos generalizados se intersectan en un nodo en el Istmo de Tehuantepec.
Los insectos de Veracruz mantuvieron la capacidad de alimentarse de todos los fenotipos de M. micrantha.
Los insectos de Michoacán perdieron esa capacidad.
Conclusiones
1. Existe variación geográfica significativa en la preferencia del herbívoro S. punicea sobre fenotipos químicos de M. micrantha.
2. Algunas poblaciones de S. punicea serían incapaces de establecerse en todos los fenotipos químicos de M. micrantha.
EN RESUMEN…
• La composición química varía geográficamente y está asociada al ataque de herbívoros.
• La composición genética varía geográficamente y puede estar asociada a la composición química.
• El origen geográfico de los enemigos naturales especialistas afecta su elección de hospedero.
Necesitamos entenderlas para controlarlas.
QUÍMICA
GENÉTICAHERBIVORÍA
ORIGEN GEOGRÁFICO
GRACIAS
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