Los sistemas genéticos en poblaciones de complejos agámicos del género Paspalum

• Autores: María Esperanza Sartor
• Directores de la Tesis: Francisco Espinosa (dir. tes.), Camilo Luis Quarin (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Nacional del Nordeste ( Argentina ) en 2011
• Idioma: español
• Número de páginas: 142
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: repositorio.unne.edu.ar
• Resumen
  • español

    Paspalum es uno de los géneros de gramíneas que cuenta con un gran número de especies distribuidas naturalmente en las regiones cálidas del continente americano. El género se caracteriza por presentar especies diploides de reproducción sexual y poliploides sexuales o apomícticas. La poliploidía abarca un gran rango de citotipos, desde 3x hasta 16x y se encuentra presente en aproximadamente el 80% de la especies, siendo la mitad de estos poliploides tetraploides en su mayoría de reproducción apomíctica. El conocimiento de la variación en los niveles de ploidía, el comportamiento reproductivo y la variabilidad genética de las poblaciones naturales, es esencial para comprender el funcionamiento de los complejos agámicos de especies del género Paspalum.

    Los objetivos de este estudio fueron: analizar el nivel de ploidía, el modo de reproducción, la variabilidad genética y el tamaño del genoma en varias poblaciones silvestres de Paspalum. Se analizaron un total de 22 poblaciones que representan a seis especies diferentes: P. buckleyanum, P. denticulatum, P.

    lividum, P. nicorae, P. rufum y P. unispicatum. Mediante el uso de la citometría de flujo se determinó el nivel de ploidía en 1351 individuos. Entre estas plantas se observaron citotipos 2x, 3x, 4x, 5x, 6x y 7x. Para P. denticulatum se detectaron por primera vez citotipos diploide sexual y triploide apomíctico. El hallazgo del citotipo diploide de reproducción sexual constituye el primer paso en los programas de mejoramiento genético de especies apomícticas. A partir de la duplicación cromosómica de este material, será posible obtener líneas tetraploides sexuales que podrán ser utilizadas como progenitor femenino en cruzamientos con citotipos tetraploides apomícticos naturales. Esto permitirá liberar la variabilidad fijada por la apomixis, generar nuevas combinaciones genotípicas y fijar la heterosis a nivel tetraploide. La verificación del sistema reproductivo a partir del análisis de semillas maduras por citometría de flujo reveló la diversidad reproductiva de estas especies, que van desde la sexualidad completa en los diploides y los diversos niveles de la apomixis facultativa en la mayoría de los tetraploides para obligar a la apomixis en los niveles pentaploide y hexaploide. Si bien no se detectaron plantas 4x de reproducción 100% sexual, la mayoría de los genotipos tetraploides mostraron capacidad para generar progenie por vía de la apomixis y por vía sexual. Esta sexualidad residual es interesante desde el punto de vista evolutivo, ya que permitiría la creación de nuevas combinaciones genotípicas en las poblaciones naturales. Por otro lado, la sexualidad residual encontrada en algunas de las poblaciones tetraploides apomícticas puede eventualmente ser utilizada como una alternativa para seleccionar nuevos genotipos en programas de mejoramiento genético.

    Adicionalmente se estudió la variabilidad genética de 16 poblaciones naturales, utilizando marcadores moleculares de AFLP para determinar la diversidad genética y genotípica de cada población. Las poblaciones diploides de reproducción sexual y alógamas por autoincompatibilidad presentaron mayores niveles de variabilidad, resultados que están estrechamente vinculados al modo de reproducción de estos individuos. Sin embargo, los citotipos poliploides apomícticos revelaron un amplio rango de variabilidad genética entre las poblaciones. Dentro de este rango se observaron desde poblaciones constituidas por un único genotipo hasta poblaciones multiclonales, donde la mayoría de los individuos analizados representaron a genotipos diferentes.

    Estos resultados sugieren que la diversidad de los mecanismos generadores de variación genética juega un rol importante en la diversificación de un complejo agámico.

    Por último, se determinó el tamaño del genoma de cada uno de los citotipos detectados para las especies estudiadas. Para ello se determinó el contenido absoluto de ADN por citometría de flujo. Los resultados indicaron que existen niveles significativos de variación dentro y entre las especies de Paspalum. En comparación con otras angiospermas, las 6 especies presentaron tamaños de genomas pequeños a muy pequeños. En las especies con más de un citotipo, se observó un incremento del contenido de ADN proporcional al aumento en el nivel de ploidía. Esta información podría ser útil para la caracterización de las especies y sus diferentes citotipos, como así también para el estudio de adaptaciones ecológicas relacionadas a variaciones genómicas.

  • English

    Species of the grass genus Paspalum are major constituents of native pasturelands in tropical and subtropical regions of the Americas. The genus includes sexual diploids but mainly sexual and apomictic polyploid species.

    Polyploidy is a common feature present in about 80% of the species, varying from 3x to 16x. Among all ploidy levels, tetraploidy is the most frequent condition. Knowledge the variation in ploidy levels, reproductive behavior and genetic variability of natural populations, is an essential feature to understand the functioning of the agamic complex in Paspalum species.

    The objectives of this study were to analyze the ploidy level, mode of reproduction, genetic variability and genome size in wild populations of Paspalum. A total of 22 populations representing 6 different species: P.

    buckleyanum, P. denticulatum, P. lividum, P. nicorae, P. rufum and P. unispicatum were analyzed. Ploidy level was determined in 1351 individuals by using flow cytometry. Among these individuals, 2x, 3x, 4x, 5x, 6x, and 7x genetic constitutions were observed. Diploid sexual and triploid apomictic cytotypes of P. denticulatum were detected for the first time. The finding of diploid cytotypes of sexual reproduction is the first step in breeding programs of apomictic species. Sexual tetraploid lines may be obtained through chromosomal duplication of this material, which can be used as female parent in crosses with natural apomictic tetraploid cytotypes. This will release the variability fixed by apomixis, generate new genotype combinations and fix heterosis at tetraploid level. Flow cytometry seed screen (FCSS) in bulked and single seeds revealed the reproductive diversity of these species, ranging from complete sexuality in diploids to varying levels of facultative apomixis in most tetraploids to obligate apomixis in pentaploid and hexaploids. A fully sexual tetraploid plant was never detected. Nevertheless, most tetraploid genotypes produced both maternal (by apomixis) and non-maternal (by sexuality) progeny. This residual sexuality is very interesting from an evolutionary point of view, since it would allow creating new genotypic combinations in natural populations. In addition, the residual sexuality found in some apomictic tetraploid populations can be used as a source of variability for genetic improvement.

    In addition, genetic variability of 16 natural populations was investigated using AFLP markers. The populations of allogamous sexual diploids plants show higher levels of variability, which is closely related to the mode of reproduction of those individuals. However, apomictic polyploid cytotypes revealed a wide range of genetic variability, from populations consisting of a single genotype to multiclonal populations, where most of the individuals analyzed represented different genotypes. These results suggest that diversity in mechanism leading to genetic variation play an important role in the diversification of an agamic complex.

    Finally, the genome size of each cytotype detected in the studied species was determined using flow cytometry. The results showed significant levels of variation within and between species of Paspalum. In comparison with other angiosperms, the 6 species had small to very small genomes sizes. In species with more than one cytotype, we observed an increase in DNA content proportional to the increase in ploidy level. This information could be useful for the characterization of species and their different cytotypes, as well as for the study of ecological adaptations related to genomic variation.