Araucaria Angustifolia

La importancia de las herramientas genómicas para asistir a la conservación, restauración y el mejoramiento de especies forestales nativas

Un artículo de investigación realizado por Virginia Inza, Cristina Soldati, Florencia Pomponio y Susana Torales del Instituto de Recursos Biológicos (IRB), Centro de Investigaciones de Recursos Naturales de Castelar del INTA, expone los logros del grupo en relación a estudios genómicos realizados en Recursos Forestales Nativos.

 

BUENOS AIRES (25/7/2021).- Los bosques nativos de la Argentina han sufrido una intensa explotación maderera que sumada a los procesos de deforestación causados por la expansión de la frontera agropecuaria, los efectos del cambio climático global y el lento crecimiento de las especies nativas han determinado una significativa reducción de sus poblaciones.

El conocimiento de la diversidad genética permite determinar el estado de degradación y fragmentación de las poblaciones como así también identificar aquellas que representan un reservorio de diversidad que las hace claves para su conservación.

En respuesta a esto, desde el año 2006, trabajamos junto a especialistas de distintas EEA-INTA(1) a fin de incluir nuevas técnicas moleculares que complementen los métodos de manejo y mejoramiento tradicionales de las especies forestales nativas y asistan a su conservación.

La caracterización de la variabilidad genética de poblaciones naturales, la identificación de individuos/poblaciones con mayor capacidad de adaptación al cambio climático y la selección de materiales con fines de mejoramiento, conservación y restauración, requieren de la disponibilidad de marcadores de ADN y de las secuencias de genes de las especies en estudio.

Generalmente, en especies forestales nativas no se cuenta con recursos genómicos propios y su desarrollo aumenta considerablemente los costos y el tiempo de implementación. Por este motivo, los primeros estudios de diversidad genética en especies nativas se basaron en el uso de marcadores de ADN universales que no requieren un desarrollo previo para cada especie y/o transfiriendo marcadores desde especies taxonómicamente cercanas. Con estas estrategias, se analizó la diversidad genética de poblaciones de cedros, lapacho rosado, pino Paraná y ñandubay, generando un gran avance en el conocimiento genético de estas especies y permitiendo tomar decisiones para su conservación y producción sustentable.

Por otra parte, el advenimiento de tecnologías de secuenciación masiva y herramientas bioinformáticas asociadas, han posibilitado la secuenciación de enormes cantidades de ADN en poco tiempo a un costo relativamente bajo y el desarrollo de genomas (2) y transcriptomas (3) completos, así como de marcadores moleculares. Mediante estas metodologías pudimos secuenciar el transcriptoma de cedro Orán, lapacho rosado, algarrobo blanco y raulí.

Las especies forestales nativas de importancia económica y/o ecológica que investigamos cubren gran parte de las eco-regiones de nuestro país: Selva Paranaense, Yungas, Parque Chaqueño, Espinal, Delta e Islas del Paraná, Bosque Andino Patagónico y Estepa Patagónica.

El cedro coya (Cedrela angustifolia) crece en las Yungas desde Salta hasta Tucumán. La sobreexplotación de sus poblaciones para el aprovechamiento de su valiosa madera puso en riesgo su diversidad genética y su potencial evolutivo estando actualmente “en peligro” según la International Unionfor Conservation of Nature (UICN).

A partir del estudio genético con marcadores AFLPs (AmplifiedFragmentLengthPolymorphisms) de 14 poblaciones observamos que la diversidad genética seguía un patrón latitudinal (disminuyendo de norte a sur) y, además, había una pérdida de diversidad genética asociada a un mayor nivel de explotación.

Las poblaciones del Parque Nacional Baritú (Salta) y el Parque Provincial La Florida (Tucumán) fueron las de mayor diversidad genética por lo que deberían priorizarse para conservación y las poblaciones del norte de las Yungas también resultan interesantes para recolección de germoplasma con fines de mejoramiento y restauración.

Otra especie forestal nativa con alto valor económico de las Yungas estudiada, fue el cedro Orán (Cedrelabalansae). Ésta crece en el estrato de menor altura, profundamente transformado por su fácil acceso que, sumado a sus características madereras y estéticas, ha degradado sus poblaciones poniendo en riesgo su diversidad genética, la cual es considerada fundamental para asegurar la adaptación de la especie a un nuevo contexto ambiental y social..

Evaluamos la variabilidad genética de 8 poblaciones naturales de cedro Orán en Salta y Jujuy con marcadores microsatélites y AFLPs, encontrando que la diversidad genética promedio de la especie fue moderada con una muy baja diferenciación entre las poblaciones estudiadas, habiendo un alto flujo de genes entre ellas. Esto sugeriría que estas poblaciones se comportan como una unidad genética homogénea en el pedemonte de las Yungas del Noroeste Argentino.

Por otra parte, mediante el proceso de secuenciación de esta especie se obtuvo un catálogo de aproximadamente 27.000 genes y más de 2.000 marcadores que contribuirán a los estudios de diversidad genética adaptativa. Además, muchos de los marcadores seleccionados se encuentran en genes asociados a caracteres importantes para el género Cedrela, como resistencia al frío, tolerancia a la sequía y tasa de crecimiento constituyendo un importante recurso genómico para asistir a la selección de genotipos en las primeras etapas de los programas de mejoramiento.

Con gran importancia forestal en las Yungas y una larga historia de sobreexplotación encontramos el lapacho rosado (Handroanthusimpetiginosus).

Su madera es resistente, pesada y de gran durabilidad. A partir de la transferencia de 5 microsatélites neutros hacia la especie se condujo un análisis preliminar de 9 poblaciones identificando algunas con niveles más altos de diversidad genética y/o mayor diferenciación. Asimismo, utilizando la tecnología de secuenciación masiva se obtuvieron genes y marcadores relacionados a características de interés como el estrés hídrico o la floración, entre otros. Este tipo de marcadores permitirá interpretar patrones de variabilidad genética adaptativa de las poblaciones de lapacho rosado en el NOA lo que tiene importantes implicancias en el contexto de cambio climático actual.

El cedro misionero (Cedrelafissilis) especie forestal nativa de la Selva Paranaense, ha sido altamente explotado por las características de su madera y categorizado como “vulnerable” según la UICN.

La severa presión antrópica ha generado un drástico decrecimiento del tamaño, conectividad y sanidad de sus poblaciones, comprometiendo su potencialidad de uso y su adaptación a nuevos escenarios ecológicos y sociales. Con el objetivo de conservar las poblaciones remanentes realizamos diversos análisis usando microsatélites para conocer los niveles actuales de variabilidad genética de la especie.

Evaluamos las 8 poblaciones remanentes de la especie y encontramos que los niveles de diversidad intrapoblacional fueron altos y la diferenciación genética fue moderada, existiendo 4 grupos genéticos distribuidos de forma heterogénea entre las poblaciones. La información generada nos permitió disponer de herramientas muy valiosas para la toma de decisiones involucradas en la conservación y la producción sustentable de la especie.

El principal factor abiótico que afecta la supervivencia de esta especie en la etapa de establecimiento a campo son las bajas temperaturas por lo que es importante seleccionar individuos que presenten mayor aptitud para superar la incidencia de las bajas temperaturas en edades tempranas.

En este sentido, la selección asistida por marcadores moleculares (MAS) en ensayos de progenies, permite acelerar los procesos de mejora utilizando marcadores de ADN que ligan el genotipo con el fenotipo deseado. A partir de la información generada del transcriptoma de C. balansae se encontraron genes relacionados con la respuesta a frío y se identificaron marcadores genéticos asociados a esta característica.

De esta manera, se obtuvieron progenies de cedro misionero tolerantes y 27 marcadores variables para futuros ensayos de progenies.

 

 

La especie emblemática de la Selva Paranaense por su valor económico, ecológico y social es Araucaria angustifolia o pino Paraná. De madera blanda y fácil de trabajar, sus semillas o piñones son una fuente de alimento de gran valor nutritivo utilizada tradicionalmente por las poblaciones locales.

La explotación forestal no sustentable disminuyó drásticamente sus bosques que hoy se presentan como fragmentos aislados y puso a la especie en “peligro crítico” según la UICN.

El estudio molecular (AFLPs) de 9 poblaciones mostró que la diversidad genética disminuye de este a oeste al aumentar la distancia al centro de distribución de la especie en Brasil y que aquellas más intensamente explotadas tienen menor diversidad genética. Además, la diferenciación genética detectada entre poblaciones remanentes podría deberse a la fragmentación del bosque. Estos estudios genéticos permitieron delinear una serie de estrategias para su conservación. Mejorar la conectividad entre fragmentos del bosque, aumentar la superficie y status de áreas protegidas, y promover acciones de restauración son los principales desafíos.

 

 

El Espinal es un ecosistema sumamente fragmentado, con altas tasas de deforestación y muchos cambios en el uso de la tierra. Estos procesos ocasionan la pérdida de biodiversidad que se observa hoy en ese ecosistema. Una de las especies más afectadas es el ñandubay (Prosopisaffinis), un árbol nativo con mucho valor para las comunidades locales, con propiedades madereras y medicinales.

Utilizando marcadores microsatélites, analizamos el estado genético de la especie en el centro-oeste de Entre Ríos, evaluando 16 fragmentos del bosque de la zona. Encontramos que la diversidad genética fue moderada, con valores más altos en los fragmentos de bosque más grandes y mejor conservados. Otros estudios, que involucran un análisis de distintas generaciones, también mostraron una diversidad moderada, observándose mayores valores en los individuos más viejos. Estos resultados indicarían una disminución de la variabilidad genética disponible en los sectores más afectados del Espinal y una pérdida de diversidad a lo largo del tiempo.

Otro importante árbol nativo de las regiones áridas y semiáridas del noroeste y centro de Argentina, de gran valor como especie multipropósito, es el algarrobo blanco (Prosopis alba)

Utilizando la estrategia de secuenciación se obtuvieron en esta especie numerosos genes relacionados a características de interés y marcadores que fueron fácilmente transferidos a otras especies de algarrobo.El desarrollo de estos recursos genómicos representó un punto de partida para estudios genéticos en poblaciones naturales y cultivadas de especies de algarrobo.

Por ejemplo, en el algarrobo patagónico (P. denudans), especie adaptada a la estepa fría y semidesértica, se aplicaron estas herramientas en estudios de diversidad genética en 8 poblaciones naturales. Por otro lado, la selección asistida por marcadores moleculares en combinación con pruebas de progenie fue una estrategia usada en ensayos de P. alba a fin de obtener resultados más rápidos y precisos en la selección de caracteres complejos como la tasa de crecimiento y la calidad de la madera.

De esta manera se identificaron progenies que mostraron mejor comportamiento y estabilidad genética en familias de ensayos realizados en la Provincia del Chaco.

Asimismo, hemos trabajado en el desarrollo de recursos genómicos de especies de Nothofagus que habitan los Bosques andino-patagónicos. Dentro de la familia Nothofagaceae elegimos para este estudio al raulí (Nothofagus alpina) por su potencial de domesticación y su capacidad de adaptarse a bajas temperaturas y vientos fuertes. Esta especie, además, es muy apreciada para la elaboración de muebles, razón por la cual, sufrió una gran sobreexplotación.

Se secuenciaron cerca 15.500 genes de la especie, de los cuales, 750 se relacionan a mecanismos de adaptación. También se identificaron miles de marcadores moleculares, parte de los cuales fueron transferidos a otros Nothofagusspp. patagónicos como coihue, ñire, lenga y roble pellín. Esta investigación nos permitió disponer de herramientas muy valiosas para estudiar la variación adaptativa en poblaciones de Nothofagusspp. distribuidas a lo largo de gradientes ambientales.

Otra especie nativa de interés es el sauce criollo (Salixhumboldtiana), único sauce nativo de Sudamérica que habita en Argentina desde Salta, Jujuy y Formosa hasta la Patagonia.

Esta especie presenta una gran capacidad de adaptación a estreses abióticos, así como a suelos salinos e inundados. Sin embargo, la presencia de sauces exóticos en su área natural de distribución, que hibridan con el sauce criollo, pone en peligro la persistencia de esta especie. En la EEA Bariloche y EEA Famaillá se están llevando a cabo proyectos de restauración de la especie y desde el IRB contribuimos a los mismos usando marcadores de ADN específicos que permiten identificar y seleccionar individuos puros de sauce criollo.

Los recursos genómicos obtenidos en 15 años de investigación han servido de base para estudios de variabilidad genética de poblaciones naturales de especies forestales nativas de importancia para asistir a la selección de materiales con fines de mejoramiento genético así como a la conservación y restauración de los bosques nativos de Argentina.

Investigadoras: Virginia Inza, Cristina Soldati, Florencia Pomponio y Susana Torales

 

(1) Estaciones Experimentales Agropecuarias de Misiones, Bariloche, Famaillá, Delta, Roque Saénz Peña, Paraná, Instituto de Fisiología y Recursos Genéticos Vegetales y el Instituto de Biotecnología, INTA.

(2) Genoma es todo el material genético contenido en las células de un organismo en particular.

(3)Transcriptoma representa el conjunto de genes que se están expresando en un momento dado.

 

 

Este artículo forma parte del espacio mensual de la REDFOR.ar, en ArgentinaForestal.com, que busca divulgar y generar debate sobre la problemática forestal del país. Las opiniones pertenecen a los autores.

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