Vol. 26 Núm. 1 (2020): Primavera 2020
Artículos Científicos

Abundancia y diversidad genética de Quercus mulleri, especie microendémica amenazada de Oaxaca

Aline Pingarroni
Universidad Nacional Autónoma de México
Biografía
Carolina Molina-Garay
Universidad Nacional Autónoma de México
Biografía
Carlos Rosas-Osorio
Universidad Nacional Autónoma de México,
Biografía
Cecilia Alfonso-Corrado
Universidad de la Sierra de Juárez
Biografía
Ricardo Clark-Tapia
Universidad de la Sierra de Juárez
Biografía
Alejandro Monsalvo-Reyes
Universidad Nacional Autónoma de México
Biografía
Jorge E. Campos
Universidad Nacional Autónoma de México,
Biografía

Publicado 2020-03-17

Palabras clave

  • genetic structure,
  • size structure,
  • spatial distribution,
  • microsatellites
  • estructura genética,
  • estructura de tamaños,
  • distribución espacial,
  • microsatélites

Resumen

Quercus mulleri es un encino microendémico de la Sierra Sur de Oaxaca y se encuentra dentro de la Lista Roja de Especies amenazadas de la UICN como “en peligro crítico”, sin embargo, debido a la falta de información actual sobre la especie, no se conoce el estado de conservación de sus poblaciones y, por lo tanto, no se ha podido asignar una categoría adecuada de riesgo. El estudio se realizó con el objetivo de analizar abundancia, distribución y diversidad genética de la especie, para proponer estrategias de conservación adecuadas. Los individuos localizados fueron georreferenciados, se les midió la altura y el diámetro a la altura del pecho para clasificarlos en cinco clases de tamaños; la diversidad genética se analizó empleando cinco regiones de microsatélites de la serie quru-GA. Se relocalizó la especie, encontrando que está restringida a una pequeña región de la Sierra Sur, donde se encuentra de manera fragmentada y aislada geográficamente. Sus poblaciones mostraron baja frecuencia de individuos por clase de tamaño (6.13 ± 5.6). Los valores de diversidad alélica, empleando cinco regiones de microsatélites de la serie quru-GA, fueron bajos (AT=22 y Ao=4.4) y los de diversidad genética fueron moderados (Ho=0.54), lo que sugiere que la población atravesó por un cuello de botella. Este trabajo representa el primer reporte de Q. mulleri después de más de 60 años de su última clasificación taxonómica, y los resultados indican que Q. mulleri es una especie vulnerable, dado que en su zona de distribución existe un proceso de pérdida de hábitat que, junto con la fragmentación de su población, ponen en riesgo la permanencia de la especie, por lo que se recomienda incluirla en la Norma Oficial Mexicana 059 como “Especie en Peligro de Extinción”.

Citas

  1. Aldrich, P. R., Michler, C. H., Sun, W., & Romero‐Severson, J. (2002). Microsatellite markers for northern red oak (Fagaceae: Quercus rubra). Molecular Ecology Notes, 2(4), 472-474. https://doi.org/10.1046/j.1471-8286.2002.00282.x
  2. Aldrich, P. R., Parker, G. R., Ward, J. S., & Michler, C. H. (2003). Spatial dispersion of trees in an old-growth temperate hardwood forest over 60 years of succession. Forest Ecology and Management, 180(1-3), 475-491. https://doi.org/10.1016/S0378-1127(02)00612-6
  3. Alfonso-Corrado, C., Clark-Tapia, R., & Mendoza, A. (2007). Demography and management of two clonal oaks: Quercus eduardii and Q. potosina (Fagaceae) in central México. Forest Ecology and Management, 251(3), 129-141. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2006.11.004
  4. Alfonso-Corrado, C., Clark-Tapia, R., Monsalvo-Reyes, A., Rosas-Osorio, C., González-Adame, G., Naranjo-Luna, F., Venegas-Barrera, C., & Campos, J. E. (2014). Ecological-Genetic Studies and Conservation of Endemic Quercus sideroxyla (Trel.) in Central Mexico. Natural Resources, 05(09), 442-453. https://doi.org/10.4236/nr.2014.59041
  5. Alfonso-Corrado, C., Esteban-Jiménez, R., Clark-Tapia, R., Piñero, D., Campos, J. E., & Mendoza, A. (2004). Clonal and genetic structure of two Mexican oaks: Quercus eduardii and Quercus potosina (Fagaceae). Evolutionary Ecology, 18(5-6), 585-599. https://doi.org/10.1007/s10682-004-5145-5
  6. Aronson, J., Pereira, J. S., & Pausas, J. G. (Ed.). (2012). Cork Oak Woodlands on the Edge: Ecology, Adaptive Management, and Restoration. Restoration Ecology (Vol. 18). Island press Washington, DC: https://doi.org/10.1111/j.1526-100x.2010.00701.x
  7. Baskauf, C. J., McCauley, D. E., & Eickmeier, W. G. (1994). Genetic analysis of a rare and a widespread species of Echinacea (Asteraceae). Evolution, 48(1), 180-188. https://doi.org/10.2307/2410013
  8. Belkhir, K., Borsa, P., Chikhi, L., Raufaste, N., & Bonhomme, F. (2004). GENETIX 4.05, logiciel sous Windows TM pour la génétique des populations. Montpellier, France: Institut des sciences de lévolution, CNRS UMR 5554, Université de Montpellier II.
  9. Brook, R. K., & McLachlan, S. M. (2008). Trends and prospects for local knowledge in ecological and conservation research and monitoring. Biodiversity and Conservation, 17(14), 3501-3512. https://doi.org/10.1007/s10531-008-9445-x
  10. Bruschi, P., Vendramin, G. G., Bussotti, F., & Grossoni, P. (2000). Morphological and molecular differentiation between Quercus petraea (Matt.) Liebl. and Quercus pubescens Willd. (Fagaceae) in Northern and Central Italy. Annals of Botany, 85(3), 325-333. https://doi.org/10.1006/anbo.1999.1046
  11. Cottrell, J. E., Munro, R. C., Tabbener, H. E., Milner, A. D., Forrest, G. I., & Lowe, A. J. (2003). Comparison of fine-scale genetic structure using nuclear microsatellites within two British oakwoods differing in population history. Forest Ecology and Management, 176(1-3), 287-303. https://doi.org/10.1016/S0378-1127(02)00289-X
  12. Crawford, D. J., Ruiz, E., Stuessy, T. F., Tepe, E., Aqeveque, P., Gonzalez, F., Jensen, R. J., Anderson G. J., Bernardello, G., Baeza C. M., Swenson, U., & Silva O. M. (2007). Allozyme diversity in endemic flowering plant species of the Juan Fernandez Archipelago, Chile: ecological and historical factors with implications for conservation. American Journal of Botany, 88(12), 2195-2203. https://doi.org/10.2307/3558381
  13. Curtu, A. L., Gailing, O., Leinemann, L., & Finkeldey, R. (2007). Genetic variation and differentiation within a natural community of five oak species (Quercus spp.). Plant Biology, 9(1), 116-126. https://doi.org/10.1055/s-2006-924542
  14. Degen, B. (2002). SGS--Spatial Genetic Software: A Computer Program for Analysis of Spatial Genetic and Phenotypic Structures of Individuals and Populations. Journal of Heredity, 92(5), 447–448. https://doi.org/10.1093/jhered/92.5.447
  15. Deichsel, G., & Trampisch, H. J. (1985). Cluster analysis and discriminant analysis. Stuttgart, Germany: Gustav Fisher.
  16. Dodd, S. C., & Helenurm, K. (2002). Genetic diversity in Delphinium variegatum (Ranunculaceae): A comparison of two insular endemic subspecies and their widespread mainland relative. American Journal of Botany, 89(4), 613-622. https://doi.org/10.3732/ajb.89.4.613
  17. Epperson, B. K. (1992). Spatial structure of genetic variation within populations of forest trees. New Forests, 6(1-4), 257-278. https://doi.org/10.1007/BF00120648
  18. Ewers, R. M., & Didham, R. K. (2006). Confounding factors in the detection of species responses to habitat fragmentation. Biological Reviews of the Cambridge Philosophical Society, 81(1), 117-142. https://doi.org/10.1017/S1464793105006949
  19. Excoffier, L., Laval, G., & Schneider, S. (2007). Arlequin (version 3.0): an integrated software package for population genetics data analysis. Evolutionary bioinformaticsonline, 1, 47–50. https://doi.org/10.1177/117693430500100003
  20. Folke, C., Carpenter, S., Walker, B., Scheffer, M., Elmqvist, T., Gunderson, L., & Holling, C. S. (2004). Regime shifts, resilience, and biodiversity in ecosystem management. Annual Review of Ecology, Evolution and Systematics., 35, 557-581. https://doi.org/10.1146/annurev.ecolsys.35.021103.105711
  21. Frankham, R. (1997). Do island populations have less genetic variation than mainland populations? Heredity 78, 311–327. https://doi.org/10.1038/hdy.1997.46
  22. García-Méndez, S. (2014). Diversidad genética y efecto del cambio climático en la distribución de Quercus potosina (Fagaceae) en Sierra Fría, Aguascalientes: Un enfoque local para su conservación. Tesis de licenciatura, Universidad de la Sierra Juárez, Oaxaca, México.
  23. Ghazoul, J. (2005). Pollen and seed dispersal among dispersed plants. Biological Reviews of the Cambridge Philosophical Society, 80(3), 413-443. https://doi.org/10.1017/S1464793105006731
  24. Gitzendanner, M. A., & Soltis, P. S. (2000). Patterns of genetic variation in rare and widespread plant congeners. American Journal of Botany, 87(6), 783-792. https://doi.org/10.2307/2656886
  25. Gorgonio-Ramírez, M. (2012). Variabilidad y estructura genética de Quercus eduardii (Fagaceae) en Sierra Fría, Aguascalientes. Tesis de licenciatura, Universidad de la Sierra Juárez, Oaxaca, México.
  26. Gorgonio-Ramírez, M. (2015). Ecología genética de Quercus crassifolia (Fagaceae) en sitios de manejo forestal y de uso local en Sierra Juárez, Oaxaca. Tesis de maestría, Universidad de la Sierra Juárez, Oaxaca, México.
  27. Hamrick, J. L., & Godt, M. J. W. (1989). Allozyme diversity in plant species. En A. H. D. Brown, M. T. Clegg, A. L. Kahler, & B. S. Weir (Eds.), Plant population genetics, breeding and genetic resources (pp. 43-63). Sunderland, Mass: Sinauer Press.
  28. Hedrick, P. W. (2011). Genetics of Populations. Jones and Bartlett Publishers, Sudbury, MA.
  29. Jensen, J. S., Olrik, D. C., Siegismund, H. R. & Lowe A. J. (2003). Population Genetics and Spatial Autocorrelation in an Unmanaged Stand of Quercus petraea in Denmark, Scandinavian Journal of Forest Research, 18(4), 295-304. https://doi.org/10.1080/02827580310005072
  30. Jones, M. C., Dye, S. R., Fernandes, J. A., Frölicher, T. L., Pinnegar, J. K., Warren, R., & Cheung, W. W. L. (2013). Predicting the Impact of Climate Change on Threatened Species in UK Waters. PLoS ONE, 8(1), e54216. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0054216
  31. Kaul, R. B. (2006). Reproductive Morphology of Quercus (Fagaceae). American Journal of Botany, 72(12), 1962-1977. https://doi.org/10.2307/2443613
  32. Kawaji, M., Kaneko, S., Tateno, R., Isagi, Y., & Yoneda, T. (2009). Development of microsatellite markers for Quercus miyagii Koidz. (Fagaceae), an endemic species in the Ryukyu Islands, Japan. Conservation Genetics, 10(4), 1049-1051. https://doi.org/10.1007/s10592-008-9685-z
  33. Knaepkens, G., Bervoets, L., Verheyen, E., & Eens, M. (2004). Relationship between population size and genetic diversity in endangered populations of the European bullhead (Cottus gobio): Implications for conservation. Biological Conservation, 115(3), 403-410. https://doi.org/10.1016/S0006-3207(03)00156-3
  34. Martínez-Palacios, A., Eguiarte, L. E., & Furnier, G. R. (1999). Genetic diversity of the endangered endemic Agave victoriae-reginae (Agavaceae) in the Chihuahuan Desert. American Journal of Botany, 86(8), 1093-1098. https://doi.org/10.2307/2656971
  35. Martínez, M. (1953). Una nueva especie de Quercus. Anales del Instituto de Biología de la Universidad Nacional Autónoma de México. Serie Botánica, 24(1), 51-53. https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2004.00770.x
  36. Maruyama, T., & Fuerst, P. A. (1985). Population bottlenecks and nonequilibrium models in population genetics. II. Number of alleles in a small population that was formed by a recent bottleneck. Genetics, 111(3), 675-689.
  37. McDonald, R. I., Peet, R. K., & Urban, D. L. (2003). Spatial pattern of Quercus regeneration limitation and Acer rubrum invasion in a Piedmont forest. Journal of Vegetation Science, 14(3), 441-450. https://doi.org/10.1111/j.1654-1103.2003.tb02170.x
  38. Meiners Ochoa, M., & Hernández-López, L. (2007). Únicamente en México especies endémicas y las plantas de Jalisco. Biodiversitas, 71, 16-19.
  39. Meirmans, P. G., & Van Tienderen, P. H. (2004). GENOTYPE and GENODIVE: two programs for the analysis of genetic diversity of asexual organisms. Molecular Ecology Notes, 4(4), 792-794. https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2004.00770.x
  40. Miller, M. P. (1997). Tools for Population Genetic Analysis (TFPGA) 1.3: a Windows Program for the Analysis of Elysium and Molecular Population Genetic Data. Department of Biological Sciences, Northern Arizona University, USA.
  41. Molina-Garay, C. (2011). Diversidad genética y estructura poblacional de Q. macdougallii (Fagaceae) encino endémico de la Sierra Norte Oaxaca México. Tesis de licenciatura, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad de México, México.
  42. Murcia, C. (1995). Edge effects in fragmented forests: implications for conservation. Trends in ecology y evolution, 10(2), 58-62. https://doi.org/10.1016/S0169-5347(00)88977-6
  43. Nei, M. (1978). Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individuals. Genetics, 89(3), 583-590.
  44. Oldfield, S., & Eastwood, A. (2007). The Red List of Oaks. IUCN. Cambridge. UK: Fauna y Flora International.
  45. Pakkad, G., Ueno, S., & Yoshimaru, H. (2008). Genetic diversity and differentiation of Quercus semiserrata Roxb. in northern Thailand revealed by nuclear and chloroplast microsatellite markers. Forest Ecology and Management, 255(3-4), 1067-1077. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2007.10.021
  46. Pimm, S. L., & Raven, P. (2000). Biodiversity: extinction by numbers. Nature, 403(6772), 843. https://doi.org/10.1038/35002708
  47. Premoli, A. C. (1997). Genetic variation in a geographically restricted and two widespread species of South American Nothofagus. Journal of Biogeography, 24, 883-892.
  48. Qiu, Y.-X., Hong, D.-Y., Fu, C.-X., & Cameron, K. M. (2004). Genetic variation in the endangered and endemic species Changium smyrnioides (Apiaceae). Biochemical Systematics and Ecology, 32(6), 583-596. https://doi.org/10.1016/j.bse.2003.08.004
  49. Rabinowitz, D., Cairns, S., & Dillon, T. (1986). Seven forms of rarity and their frequency in the flora of the British Isles. En M. E. Soule (Ed.), Conservation Biology: the science of scarcity and diversity (pp. 182-204). Sinawer, Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates.
  50. Rosas-Osorio, J. C., Alfonso-Corrado, C., Monsalvo-Reyes, A., Clark-Tapia, R., Lira-Saade, R., & Campos-Contreras, J. (2010). The genetic variability of Quercus grisea Liebm. In the Sierra Fría of Aguascalientes, México. International Oak Journal, 21, 64-72.
  51. Sánchez-Hernández, C., & Gaytán-Oyarzún, J. C. (2006). Two mini-preparation protocols to DNA extraction from plants with high polysaccharide and secondary metabolites. African Journal of Biotechnology, 5(20).
  52. Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales [SEMARNAT]. (2010). Norma Oficial Mexicana NOM-059-SEMARNAT-2010: Protección ambiental-especies nativas de México de flora y fauna silvestres-categorías de riesgo y especificaciones para su inclusión, exclusión o cambio-lista de especies en riesgo. México:SEMARNAT.
  53. Sekercioglu, C. H., Schneider, S. H., Fay, J. P., & Loarie, S. R. (2008). Climate change, elevational range shifts, and bird extinctions. Conservation biology, 22(1), 140-150. https://doi.org/10.1111/j.1523-1739.2007.00852.x
  54. Sork, V. L., Bramble, J., & Sexton, O. (1993). Ecology of mast‐fruiting in three species of North American deciduous oaks. Ecology, 74(2), 528-541. https://doi.org/10.2307/1939313
  55. Soto, A., Lorenzo, Z., & Gil, L. (2007). Differences in fine-scale genetic structure and dispersal in Quercus ilex L. and Q. suber L.: Consequences for regeneration of mediterranean open woods. Heredity, 99(6), 601-607. https://doi.org/10.1038/sj.hdy.6801007
  56. Steinkellner, H., Fluch, S., Turetschek, E., Lexer, C., Streiff, R., Kremer, A., Burg K., & Glössl, J. (1997). Identification and characterization of (GA/CT)(n)-microsatellite loci from Quercus petraea. Plant Molecular Biology, 33(6), 1093-1096. https://doi.org/10.1023/A:1005736722794
  57. Valbuena-Carabaña, M., González-Martínez, S. C., Sork, V. L., Collada, C., Soto, A., Goicoechea, P. G., & Gil, L. (2005). Gene flow and hybridisation in a mixed oak forest (Quercus pyrenaica Willd. and Quercus petraea (Matts.) Liebl.) in central Spain. Heredity, 95(6), 457-465. https://doi.org/10.1038/sj.hdy.6800752
  58. Valencia, S. A., & Nixon, K. C. (2004). Encinos. En A. J. García, M. Ordóñez, y Briones-Salas (Eds), Biodiversidad de Oaxaca. (pp. 219-225). Ciudad de México, México: Instituto de Biología, Universidad Nacional Autónoma de México.
  59. Wang, L., Guo, J., & Zhao, G. F. (2006). Genetic diversity of the endangered and endemic species Psathyrostachys huashanica natural populations using simple sequence repeats (SSRs) markers. Biochemical Systematics and Ecology, 34(4), 310-318. https://doi.org/10.1016/j.bse.2005.09.009
  60. White, G. M., Boshier, D. H., & Powell, W. (2002). Increased pollen flow counteracts fragmentation in a tropical dry forest: An example from Swietenia humilis Zuccarini. Proceedings of the National Academy of Sciences, 99(4), 2038-2042. https://doi.org/10.1073/pnas.042649999
  61. Wright, S. (2006). The Interpretation of Population Structure by F-Statistics with Special Regard to Systems of Mating. Evolution, 19(3), 395. https://doi.org/10.2307/2406450