Implicaciones de la química, la genética y la herbivoría en

el éxito de una maleza invasora

(y su control biológico)

Biól. Angel E. Bravo Monzón

Junio, 2014. Sahuayo, Michoacán.

Los humanos llevamos plantas lejos de su lugar de origen.

Por su valor comercial o

estético.

Durante la Colonia, muchas especies americanas fueron introducidas a Europa.

Maíz – jitomate – papa – tabaco…

Distribución nativa Distribución introducida

Pero este intercambio puede tener consecuencias negativas...

¿Qué características favorecen el éxito de una planta invasora?

Su capacidad de sobrevivir al ataque de enemigos naturales y de adaptarse al

nuevo sitio.

Diversidad de compuestos defensivos

“Mayor diversidad = Mayor defensa”

Diversidad genética

Estudios de invasiones intercontinentales

¿Qué sabemos sobre la química y genética?

Cambios Químicos

Área Nativa Área Invadida

Evolution of Increased Competitive AbilityMayor concentración y número de MS Menor concentración y número de MS

Novel Weapons HypothesisMenor concentración y número de MS Mayor concentración y número de MS

Cambios Genéticos

Área Nativa Área Invadida

Diversidad y Diferenciación GenéticasMayor diversidad genética Menor diversidad genética

Menor diferenciación genética Mayor diferenciación genética

¿QUÉ SUCEDE AL INTERIOR DEL ÁREA

DE DISTRIBUCIÓN NATIVA?

• Nuestra pregunta

Modelo Centro-Margen

Poblaciones marginales

oMenos densas

oEscasas

oAisladas

central

marginal marginal

(Brown, 1984; Guo et al. 2005)

Teoría del Mosaico Geográfico

(Thompson, 2001)

Toda la distribución es un mosaico de estas poblaciones

Cada población vegetal tendrá interacciones particulares con otras especies (v.g. herbívoros).

Hotspot: Existe selección recíproca entre dos especies.

Coldspot: No hay selección recíproca. No está presente alguno de los participantes.

Mikania micrantha Kunth(Asteraceae)

• Nativa de América (México – Argentina)

• Invasora en Asia tropical

• Perenne• Crecimiento rápido• Trepadora

• Reproducción sexual y asexual

• Polinización por insectos

Mikania micranthaCompuestos defensivos

Terpenoides volátiles

Lactonas sesquiterpénicas

Mikania micranthaen Asia

Cultivos tropicales

• Plátano• Caña• Té

Distribución en MéxicoReportada en 19 estados

Nayarit y Tamaulipas son el límite de su distribución al norte.

(Villaseñor y Espinosa, 1997)

Chiapas, Tabasco y sur de Veracruz constituyen el centro de la distribución.

Organización del proyecto

I• Variación

química y herbivoría

II• Variabilidad y

diversidad genética

III• Susceptibilidad

al ataque de herbívoros

Patrones de variación dentro

del área de distribución

Sitios de colecta - AtlánticoTamaulipas – Veracruz – Tabasco - Chiapas

Sitios de colecta - PacíficoMichoacán – Guerrero - Oaxaca

Capítulo 1Diversidad química entre

poblaciones de Mikania micrantha

Modelo Centro-Margen

Las poblaciones centrales tendrán:1) Mayor diversidad química.2) Mayor concentración de terpenoides.3) Menor daño por herbívoros.

Modelo de Mosaico Geográfico

La variación espacial en diversidad química y la intensidad de herbivoría están correlacionadas.

MétodosCuantificación e identificación de

terpenoides volátiles (CG-MS)

Concentración Porcentaje

Diversidad individual (compuestos)

Diversidad población(fenotipos químicos)

Relaciones químicas entre poblaciones

Química y Geografía

Concentración de terpenoides

Hay diferencias significativas entre poblaciones. No hubo diferencia entre poblaciones centrales y periféricas.

Diversidad química entre Atlántico-Pacífico

Menor diversidad en poblaciones del Atlántico.

No hubo diferencia entre poblaciones del centro y del margen.

Daño por herbivoría

Hay diferencias entre algunas poblaciones (COY).

No hay diferencia significativa entre poblaciones del Atlántico y el Pacífico, o entre poblaciones centrales y marginales.

Barreras genéticas entre poblaciones

Disimilitud entre las poblaciones

Poblaciones químicamente divergentes.

Componentes principales

Herbivoría y diversidad química poblacional

“Mayor diversidad – Mayor protección”

Conclusiones

1. La distribución geográfica de la diversidad química, la concentración de terpenoides y la herbivoría en M. micrantha no se ajustan al modelo Centro-Margen sino al modelo de mosaico.

2. La diversidad química en las poblaciones de M. micrantha está relacionada negativamente con la herbivoría que experimentan.

Capítulo 2Estructura espacial de la diversidad genética y química en poblaciones Mexicanas de Mikania micrantha

Correlación Genética-Química

Hipótesis

Las barreras geográficas que afectan a la diversidad química también afectan a la diversidad genética.

MétodosMicrosatélites nuclearesSecuencias repetitivas de ADN con alta tasa de mutación.

Productos de PCR

Variación genética dentro de las poblaciones

Diferenciación genética entre las

poblaciones

Estructura genética de las

poblaciones

Diversidad genética y diversidad química

Variación genética dentro de las poblaciones

Población HO HE

Atlántico 0.230 0.251

Pacífico 0.136 0.156

No hay diferencia significativa entre regiones.

HOMOCIGOTOS HETEROCIGOTO

¿Dónde está la diferenciación genética?

Fuente de variación g.l.Porcentaje de la

variaciónP

Entre regiones 1 29.04 0.005

Entre poblaciones dentro de

las regiones

11 27.77 <0.0001

Dentro de las poblaciones 305 43.19 <0.0001

Total 317    

La diferenciación entre regiones (Atlántico-Pacífico) es significativa.

Estructura genética de las poblacionesDendrograma de distancias genéticas

Pacífico

Atlántico

Estructura genética de las poblacionesAnálisis de coordenadas principales

Pacífico

Atlántico

WJA

NPA

ABA

Barreras genéticas

Diversidad genética – Diversidad química

Poblaciones del PacíficoRiqueza alélica – Diversidad química individual promedio

r2=0.750; p=0.0276

Conclusiones

1. Existe una diferenciación genética significativa entre las poblaciones del Atlántico y el Pacífico.

2. Encontramos una relación significativa entre la riqueza alélica y la composición química de las poblaciones del Pacífico.

Capítulo 3Selección diferencial de hospederos en el

escarabajo herbívoro Stolas punicea sobre fenotipos químicos de Mikania

micrantha

Stolas punicea (Boheman, 1850)

Escarabajo americanoColeoptera: Chrysomelidae

Se alimenta de: M. micrantha y M. cordifolia

Hipótesis

El origen geográfico del herbívoro especialista Stolas punicea afecta su preferencia por plantas de M. micrantha con distinto fenotipo químico.

Cría de Insectos Michoacán y Veracruz

Bioensayos de preferencia

Hembras adultas

Fenotipos químicos:ATLÁNTICO (Actopan, Huimanguillo)PACÍFICO (Parácuaro, San Agustín)

Bioensayos de preferencia

Cuantificación de área consumida

Concentración de terpenoides volátiles en plantas de cuatro localidades.

Herbivoría de S. punicea de dos localidades sobre perfiles

químicos de M. micrantha de cuatro localidades.

SIN PREFERENCIA

RECHAZO DE POBLACIÓN HUI

Estudios biogeográficos de insectos en México

134 especies de coleópteros (Morrone y Márquez, 2001)

Trazos generalizados se intersectan en un nodo en el Istmo de Tehuantepec.

Los insectos de Veracruz mantuvieron la capacidad de alimentarse de todos los fenotipos de M. micrantha.

Los insectos de Michoacán perdieron esa capacidad.

Conclusiones

1. Existe variación geográfica significativa en la preferencia del herbívoro S. punicea sobre fenotipos químicos de M. micrantha.

2. Algunas poblaciones de S. punicea serían incapaces de establecerse en todos los fenotipos químicos de M. micrantha.

EN RESUMEN…

• La composición química varía geográficamente y está asociada al ataque de herbívoros.

• La composición genética varía geográficamente y puede estar asociada a la composición química.

• El origen geográfico de los enemigos naturales especialistas afecta su elección de hospedero.

Necesitamos entenderlas para controlarlas.

QUÍMICA

GENÉTICAHERBIVORÍA

ORIGEN GEOGRÁFICO

GRACIAS