Las investigadoras Cecilia Bessega y Carolina Pometti, del Departamento de Ecología, Genética y Evolución (EGE) de la FCEyN de la Universidad de Buenos Aires, del Instituto de Ecología,Genética y Evolución de Buenos Aires (IEGEBA), y del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), contribuyen al conocimiento de cómo se comportan las diferentes poblaciones y especies forestales.
BUENOS AIRES (Marzo 2025).- Sin ninguna duda, todos los lectores de REDFORar (que poseen formación muy diversa), tienen una idea en referencia a los estudios de paternidad. Sin embargo, no estamos completamente seguras que sea común saber cómo se lleva adelante y que otra información puede llegar a brindar en el mundo forestal el proceso experimental que se desarrolla para proceder en este tipo de estudios.
En los cruzamientos dirigidos se conocen con certeza las plantas parentales, en donde las mismas suelen ser seleccionadas por alguna característica de interés y se produce un cruzamiento artificial para obtener una descendencia particular.
Sin embargo, podemos querer saber en una determinada población forestal, cómo es el comportamiento a la hora de aparearse y dejar descendencia, determinar la tasa de contaminación por polen exógeno en un ensayo determinado, o estimar la distancia de dispersión de polen al momento de implantar nuevos ensayos, etc.
Para responder estas preguntas y muchas otras, podemos valernos del ADN y del uso de marcadores moleculares. Los marcadores genéticos se definen como cualquier característica o rasgo cualitativo que tenga base genética, presente variación y el genotipo correspondiente de cualquier individuo pueda identificarse inequívocamente.
Bajo esta definición se incluyen tanto rasgos morfológicos que pueden detectarse a simple vista, como loci que pueden analizarse por medio de estudios bioquímicos o técnicas moleculares.
Las células de un organismo tienen en el núcleo ADN que con mayor o menor dificultad puede ser extraído en el laboratorio. Mirar la información que estáescrita en el mismo no estan simple, ya que no se puede verdirectamente. Lo que se hace entonces, es a partir del uso de “primers”, amplificarpor PCR (es decir copiar muchas veces) ciertas regiones del mismo.
Estas regiones que se amplifican y son luego “leídas” se llaman normalmente regiones marcadoras, loci marcadores o simplemente marcadores moleculares. Cuando uno puede recomponer la información que está escrita en varias regiones del ADN de un individuo, uno obtiene un “genotipo multilocus” que es propio de cada individuo.
Figura 1 Modelo mixto utilizado para la estima indirecta del sistema de fecundación.
Los marcadores moleculares que se utilizan suelen ser de tipo neutral, es decir que no están sujetos a las distintas fuerzas evolutivas, resultan muy variables de modo que es posible con unos pocos marcadores moleculares reconocer inequívocamente a los diferentes individuos.
Normalmente se emplean cerca de una decena de marcadores, y estudios previos en los diferentes materiales permiten saber qué regiones se deben amplificar y cuántas son necesarias para no tener duda alguna de la identidad.
Los microsatélites o SSR (de “Simple SequenceRepeats”) suelen ser los marcadores que se emplean para este tipo de trabajos dado que son medianamente económicos y no implican dificultades experimentales. El patrón molecular que se obtiene puede ser pensado como una etiqueta característica de cada planta que es constante a lo largo de toda su vida y que se hereda de ambos progenitores.
Muchas plantas suelen presentar un sistema de fecundación mixto, es decir que son capaces de tener fecundación cruzada y/o autofecundarse. Sin embargo, aun teniendo fecundación cruzada la misma puede darse aleatoriamente entre todos los individuos de una población o solamente entre individuos ubicados más cerca espacialmente o más relacionados genéticamente aumentando así la ocurrencia de los niveles de endogamia.
Dado que el apareamiento es el proceso por el cual los genes de los individuos parentales se transmiten a la descendencia, los individuos resultantes de los distintos apareamientos dependerán de los parentales que les dan origen (algo simple de pensar considerando a los cruzamientos dirigidos) pero que puede variar en la naturaleza según el sistema de fecundación, la distribución espacial, los tiempos de floración, y el sistema de polinización propio de cada especie (entre otros muchos factores).
A esta altura es casi seguro que Ud. se esté preguntando porque agregamos en este punto los tiempos de floración y el sistema de polinización. Para clarificar esto, piense solamente que de no haber sincronía floral o polinizadores disponibles para plantas con dispersión entomófila (por ejemplo, por algún efecto antrópico, un efecto climático, el movimiento de material a un nuevo sitio) no podría surgir nueva descendencia.
Considerando diferentes diseños experimentales y muestreos, a partir del genotipo multilocus de cada individuo, mediante el uso de ciertos programas computacionales es posible para los especialistas inferir paternidad, determinar el sistema de fecundación de una especie, determinar las tasas de contaminación y estimar la distancia de dispersión de polen.
El sistema de fecundación que muestran las distintas especies forestales puede ser inferido indirectamente mediante el uso de programas computacionales como el MLTR, la paternidad con los programas CERVUS y MASTERBAYES, la distancia de dispersión de polen con el programa POLDISP entre otros.
El método indirecto para inferir sistema de fecundación requiere el agrupamiento de las muestras poblacionales en familias (semillas colectadas de un mismo árbol) y la genotipificación multilocus de dichos individuos.
La base que subyace en este tipo de estudios considera que cada semilla presenta la información multilocus del óvulo (gameta femenina) y el polen (gameta masculina) implicados en su formación,y teniendo información certera del genotipo multilocusmaterno (árbol de donde se toman las semillas) es posible por diferencia estimar la información genética recibida a través del polen.
La comparación de las frecuencias alélicas en la nube de polen que asiste a cada planta madre permite, entre otros parámetros, establecer las tasas de fecundación cruzada (t), autofecundación (s), endogamia biparental (tm-ts) y número de dadores de polen por planta madre (Np).
Asimismo,a partir de la estima de índices de parentesco (r) o coancestría (Ɵ) entre individuos de las diferentes familias es posible estimar la proporción de hermanos completos por autofecundación (SFS), hermanos completos (FS), medios hermanos (HS) o medios hermanos por autofecundación y cruzamiento (SHS)que se dan en las poblaciones de fecundación abierta y que cobra mucho sentido en los planes de mejoramiento genético forestal.
Los huertos semilleros suelen están diseñados para evitar la autofecundación y la contaminación por polen externo ya que tanto la autofecundación como la contaminación por polen de árboles no seleccionados externos al ensayo pueden provocar efectos negativos en la progenie reduciendo la ganancia genética. El nivel de contaminación por polen depende de la cantidad de polen producido por los árboles seleccionados en el ensayo y el aislamiento geográfico respecto de fuentes externas no deseadas.
Los análisis parentales permiten proporcionar los patrones de polinización dentro de los huertos semillerosen especies de árboles anemófilos ytambién en especies con polinización mediada por insectos.
Mediante el programa CERVUS se obtienen asignaciones parentales basadas en verosimilitud. Apartir de datos genéticos, el programa evalúa los padres potenciales para un determinado individuo, asignando paternidad al padre con mayor probabilidad. Otro método de asignación desarrollado (MASTERBAYES) utiliza una aproximación bayesiana para realizar las asignaciones y puede además hacer uso de información fenotípica.
Una vez reconocidos los padres es posible inferir la tasa de contaminación (m) a partir del número de semillas a las que no se les puede asignar significativamente un padre dentro del huerto ensayado, la tasa de autofecundación (al conocer los genotipos multilocus de todos los individuos) y la reducción de la ganancia genética (GR) en función de la tasa de contaminación.
En este mismo sentido, puede entonces resultar clave conocer a qué distancia mínima debería implantarse un ensayo para evitar que el polen no deseado alcance a polinizar nuestro huerto de interés.
Evaluando la relación que se espera entre la distancia física que hay entre las plantas madre muestreadas y la correlación genética interclase (ΦFT) entre pares de individuos (semillas) para el conjunto de polen muestreado en cada madre es posible estimar la distancia de dispersión de polen.
El coeficienteΦFT puede considerarse un estimador del parentesco y se espera que el parentesco entre los descendientes de distintas plantas madre sea inversamente proporcional a la distancia que las separa y directamente proporcional a la capacidad de dispersión del polen.De acuerdo con esto, a partir de la georreferencia de cada una de las familias y los genotipos multilocus,el programa POLDIST, mediante los algoritmos KINDIST y TWOGENER, permite estimar ΦFT que es un parámetro indicador de la estructuración del polen, el número efectivo de dadores de polen (NEP) y la distancia promedio de dispersión de polen en metros.
Describimos aquí solo algunas de las muchas formas posibles en que los genetistas utilizan a los diferentes marcadores moleculares en el campo forestal.
Los mismos marcadores moleculares podrían ser utilizados para evaluar el nivel de variabilidad, estructura y diferenciación genética entre las poblaciones y las conclusiones permitirían responder otras preguntas también muy interesantes que abordaremos en otro escrito.
Hemos presentado unas pocas herramientas genéticas (que aplicamos en el laboratorio de genética en el EGE-IEGEBA) que contribuyen al conocimiento de cómo se comportan las diferentes poblaciones y especies forestales, y es tarea de cada uno de nosotros generar y aprovechar esta información para maximizar del mejor modo la toma de decisiones al momento de conservar y mejorar los recursos de interés.
Figura 2 Diferentes tipos posibles de relaciones de fecundación que pueden suceder en una población con polinización abierta.
Nota: M= planta madre, P= donante de polen, A y B= individuos de la progenie
Figura 3 Imagen satelital de un huerto clonal en donde se señalan posibles fuentes de contaminación de polen externo (tomada de https://doi.org/10.3832/ifor2936-012)
Glosario
Endogamia: es un tipo de apareamiento entre los individuos de una población en donde se aparean individuos que están relacionados genéticamente. Ocurre con frecuencia en poblaciones naturales chicas (pocos individuos).
Coancestría: es la probabilidad de que dos alelos seleccionados al azar, uno de cada individuo, sean idénticos por descendencia (IBD), lo que significa que provienen de un ancestro común.
Parentesco: corresponde a la proporción de alelos compartidos entre individuos con identidad por descendencia (IBD).
Máxima verosimilitud: procedimiento que permite estimar los parámetros de un modelo probabilístico, o los coeficientes de un modelo matemático, de tal manera que sean los más probables a partir de los datos obtenidos.
Inferencia bayesiana:tipo de inferencia estadística en la que las evidencias u observaciones se emplean para actualizar o inferir la probabilidad de que una hipótesis pueda ser cierta.
Correlación genética interclase: corresponde a la estimación de la estructura genética del pool de polen – que ocurre entre las diferentes distancias espaciales (o clases) en las que se muestrean las diferentes plantas madre adultas (o familias) – estimada mediante el coeficienteΦFT.
(*)Departamento de Ecología, Genética y Evolución (EGE), FCEyN, UBA, Ciudad de Buenos Aires, Argentina – Instituto de Ecología,Genética y Evolución de Buenos Aires (IEGEBA), Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Ciudad de Buenos Aires, Argentina.
Contacto: cecib@ege.fcen.uba.ar
