Caracterización y conservación de recursos fitogenéticos para la alimentación y la agricultura

Carlos Marfil

Laboratorio de Biología Molecular 14 de noviembre de 2014

Recursos genéticos Los recursos genéticos hacen referencia a material genético de valor real o potencial. El material genético es cualquier material de origen vegetal, animal o microbiano que contenga unidades funcionales de la herencia

Recursos fitogenéticos para la alimentación y la agricultura Todo aquel material genético de origen vegetal de valor real o potencial para la alimentación y la agricultura, incluyendo los alimentos, cultivos forrajeros, plantas medicinales, condimentos, especies ornamentales y forestales, así como los relacionados con los cultivos utilizados para fines industriales, tales como aceites y fibras

Eventos importantes en la historia de los recursos fitogenéticos ≈10000 a A.P

1940-1950

2014

Escala de tiempo

Parientes silvestres de los cultivos (PSC)

Domesticación ancestral de plantas comestibles (Variedades criollas)

Fitomejoramiento y variedades modernas Resistencia a plagas y enfermedades Tolerancia a condiciones ambientales extremas Mejora en cualidades nutritivas y organolépticas

Pérdida de la variabilidad genética en las sucesivas etapas de domesticación y fitomejoramiento moderno

Parientes silvestres

Variedades criollas

Variedades modernas

Valor estratégico de los recursos fitogenéticos • Su conservación y utilización aseguran sostenibilidad del sistema productivo

la

• El manejo de estos recursos depende tanto de aspectos científicos y técnicos, como de decisiones políticas.

Niveles de conservación

¿Por qué es importante la conservación de la diversidad a nivel de genes? 1-Porque la variabilidad medida a nivel de genes representa el nivel primario de biodiversidad.

2- Porque el índice de cambio evolutivo en una población es proporcional a la diversidad genética disponible. 3- Porque el conocimiento generado a partir de datos genéticos sirve para dirigir y guiar metas y programas de conservación.

La diversidad genética de una especie se distribuye en tres niveles jerárquicos fundamentales

Cada nivel actúa como reservorio de variabilidad genética de potencial importancia para su conservación

La diversidad genética de una especie se distribuye en tres niveles jerárquicos fundamentales •La variabilidad genética total puede ser cuantificada y subdividida: variabilidad intra-poblacional versus variabilidad entre poblaciones •De acuerdo a esto, se puede determinar cómo está distribuida espacialmente la variabilidad genética y así definir áreas o unidades de interés para la conservación.

Flujo convencional de trabajo

Estimación de la variabilidad genética Marcadores genéticos:

Polimórficos

Heredables Técnica

Nivel de análisis/objetivos del estudio Ecosistemas/especies/ subespecies/metapoblaciones Distinción filogenética Historia filogenética Hibridización Poblaciones Variabilidad genética y estructura de las poblaciones Individuos Sistema de apareamiento Forense

Morfológica Cariológica Aloenzimas

ADNmt

VNTR

AFLP/RAPD

SNP

XXX XXX XXX

XXX XXX XXX

X X X

XXX XXX XXX

X XX XX

X X X

X X XX

X

X

XX

XXX

XXX

XX

XXX

X X

X X

XX XX

X XX

XXXX XXXX

X X

XX XX

Modificado de Principles of Conservation Biology, Third Edition, Chapter 11, Table A. 2006. Sinauer Associates

Estimación de la variabilidad genética Marcadores genéticos

Fuente: An Introduction to Genetic Analysis, Fifth Edition, Figure 5-15. 1993. Freeman and Company

Marcadores morfológicos Altamente influenciados por el ambiente

Marcadores moleculares Son normalmente neutros (no necesariamente representan variabilidad adaptativa)

Estrategias de Conservación Conservación

in vivo Individuos vivos

in situ en hábitats naturales y zonas productivas

ex situ en ambientes artificiales (bancos de germoplasma, zoológicos, institutos, etc.)

in vitro Crioconservación y cultivo in vitro •Semen •Oocitos •Embriones •Células somáticas •Polen

Conservación ex situ Bancos de germoplasma=Banco de genes • Conservación de la variabilidad genética potencialmente valiosa para el fitomejoramiento y la investigación científica • Colectar, preservar, evaluar.

Nicolai I. Vavilov (Rusia 1887-1943) •Recolectar las plantas útiles del mundo para conformar el Banco de germoplasma más grande del planeta

N. Vavilov y los centros de diversidad 1916-1932

Establecimiento de Centros Internacionales de Cultivos 1940-1950

Banco Mundial de Semillas de Svalbard 2008

Valor estratégico de los recursos fitogenéticos Heinz Brücher (Alemania 1915-Argentina 1991), el encargado de alimentar a la Alemania y ejército nazi

Red de Bancos de Germoplasma del INTA

• Bancos Activos • Banco Base • 93,5% de las entradas del país • Actualmente 66.670

El manejo de los recursos fitogenéticos, un proceso dinámico

Conservación in situ La conservación de los ecosistemas y los hábitats naturales y el mantenimiento y recuperación de poblaciones viables de especies en sus entornos naturales y, en el caso de las especies domesticadas y cultivadas, en los entornos en que hayan desarrollado sus propiedades específicas.

La gran ventaja… La conservación de los recursos fitogenéticos en su ambiente natural permite que las poblaciones sigan evolucionando y generen nueva variabilidad genética adaptada a las condiciones cambiantes.

El gran objetivo: el establecimiento de reservas genéticas Una reserva genética puede definirse como "la localización, designación, gestión y seguimiento de la diversidad genética en las poblaciones naturales dentro de las áreas definidas destinadas a la conservación activa a largo plazo".

Amplia distribución geográfica y variación genética Más de 200 especies silvestres

Hijmans et al 2003. Atlas of wild potato. IPGRI

Gran diversidad morfológica

Solapamiento de coordenadas geográficas de las Áreas Protegidas de Argentina con introducciones del Banco de Germoplasma de Papa y Forrajeras del INTA-Balcarce

Se identificaron 21 APs en 11 provincias, donde se distribuyen 18 especies de Solanum , sección Petota

Especies del género Solanum sección Petota en Áreas Protegidas argentinas Provincia

Área Protegida

La Pampa

PN Lihue Calel

Plan de manejo Especies de Solanum (PM) Sección Petota (INTA/AP) Sin PM chc

Mendoza San Juan Catamarca

RN Divisadero Largo RN Villavicencio PN El Leoncito RB Laguna Blanca

Sin datos Con PM (v) Con PM (v) Sin datos

ktz ktz ktz sct, spg

Especies de Solanum Sección Petota (SIB) Otras spp. género Solanum Sin datos Sin datos ktz Sin datos

Tucumán

PP Cumbres Calchaquíes

Sin datos

mcd, vrn

Sin datos

Salta

PN Los Cardones

PM en elaboración

acl, grl, meg, spg, vrn

grl, meg , spg

RP Los Andes PN El Rey

Sin datos PM en elaboración Sin PM

acl, grl, ifd mcd

Sin datos Otras spp. género Solanum meg

acl, blv, chc, grl, meg, oka, tar, tor, vnt, vrn

Jujuy

MN Laguna de los Pozuelos

Jujuy/Salta

PN Baritú

Sin PM

PN Calilegua PP Laguna Pintascayo RN Nogalar de los Toldos PN Copo

Con PM (v) Sin datos Sin PM Con PM (v)

No evaluada chc

RPUM Copo/ PP Copo PN Iguazú PN Mburucuyá APRM Iberá PN Predelta

Sin datos Con PM (n.v) Con PM (n.v) Sin datos Sin PM

No evaluada chc cmm cmm chc, cmm

Santiago del Estero Misiones Corrientes Entre Ríos

acl, ifd, meg, opl, sct, vrn

tbr grl, mcd , vnt Sin datos blv, mcf Otras spp. género Solanum Sin datos chc cmm Sin datos chc, cmm

Hacia el establecimiento de una Reserva Genética: Procedimientos y acciones a emprender Poblaciones de Solanum kurtzianum distribuidas en la Reserva Natural Villavicencio

• • • • •

• •

Determinar la dinámica poblacional Caracterizar interacciones bióticas y abióticas Evaluación de la fenología, la biología reproductiva y el sistema de cruzamiento Evaluación de la variabilidad genética, la estructura poblacional y la distribución de alelos dentro y entre poblaciones Evaluación del estado de manejo de las áreas protegidas en las que ocurre la población objetivo, y propuestas para modificar las directrices de manejo, si se requiere. Desarrollo de una estrategia de monitoreo para el/las área(s) de interés Capacitación de Guardaparques y gestores de recursos naturales renovables