Identificación de especies e híbridos de castaño y descripción de la estructura genética de poblaciones de castanea sativa mediante microsatélites

Resumo

El castaño europeo es una especie de distribución circunmediterránea que se extiende desde el Mar Caspio hasta el Océano Atlántico y que el hombre probablemente ha expandido durante la época romana, la Edad Media y siglos posteriores por su excelente calidad de madera y fruto. Uno de los objetivos principales de esta tesis es el estudio con microsatélites de la estructura genética de las poblaciones de castaño europeo (Castanea sativa Mill.). Se analizaron un total de 29 poblaciones europeas de castaño muestreadas en su mayoría en Galicia y zona norte española, aunque también incluye rodales localizados en las zonas centro y sur de España, en Italia y en Grecia. También se añadieron en el muestreo un conjunto de individuos de castaño japonés (Castanea crenata Sieb. & Zucc.) y chino (Castanea mollissima Blume). En un primer paso se emplearon una serie de caracteres morfológicos para poder diferenciar a las tres especies de castaño y posteriormente se realizó un análisis molecular con microsatélites de cada una de las tres especies. Como era esperable la caracterización molecular de las especies fue más precisa que la morfológica en la detección de especies y permitió la identificación de híbridos interespecíficos en las poblaciones de castaño, detectando su presencia mayoritariamente en las poblaciones de la costa gallega. Por otra parte, la comparación de los genotipos de variedades tradicionales con los de las poblaciones silvestres, indica su presencia en áreas donde es común su cultivo. Las poblaciones castaño analizadas presentan una estructura genética dividida en dos grandes grupos. Por una parte, el grupo genético norte de la Península Ibérica se distribuye por toda la costa atlántica gallega y costa cantábrica española. Por otra parte el grupo genético mediterráneo, engloba a las poblaciones griegas, italianas y se encuentra también en el sur y centro de España llegando hasta las poblaciones de las montañas del interior de Galicia. Estos dos grupos principales se dividen a su vez en otros dos subgrupos. Así, el grupo genético norte de la Península Ibérica se separa el grupo atlántico que incluye a las poblaciones atlánticas gallegas, y el grupo cantábrico que agrupa a las poblaciones del norte de la Península Iberia. Por otro lado, el grupo mediterráneo se divide en el grupo mediterráneo occidental que engloba a las poblaciones de las montañas del interior de Galicia, del centro de la Península Ibérica y del Norte de Italia y en el grupo mediterráneo oriental que incluye a las poblaciones griegas, del sur de Italia y de España. Se detecta también que las poblaciones de Folgoso, Catasós, Chantada, Médulas, Guadalupe, Gaucín, Pellice y Petralia son una mezcla de estos grupos genéticos, indicando movimientos de material durante siglos. Los resultados indican que las poblaciones con mayor diversidad genética son las griegas y aquellas que presentan introgresión de diferentes grupos genéticos. Un resultado interesante es que los valores de diversidad genética disminuyen desde las poblaciones griegas hacia las españolas sugiriendo que el flujo genético de las poblaciones de castaño se produjo en sentido Este-Oeste. Los valores bajos de riqueza alélica en las zonas noroeste de la Península Ibérica sugieren procesos de desforestación en las poblaciones y el efecto uniformador del cultivo de clones injertados de castaño. Por otra parte, los valores de Fis negativos indican una selección a favor de heterocigotos en las poblaciones del noroeste de la Península Ibérica. Otro de los objetivos de esta tesis es definir un conjunto de muestras de referencia a partir de las poblaciones silvestres de castaño y de los individuos asiáticos, con los que posteriormente se asignan individuos a especies y a diferentes clases genealógicas. Se evalúa la eficacia de los programas STRUCTURE y NEWHYBIDS para clasificar correctamente a un conjunto de individuos puros e híbridos simulados de diferentes clases genealógicas. Como era esperable, los mejores resultados en la clasificación de híbridos se obtienen en aquellos cruzamientos cuyos padres parentales elevados índices de diferenciación genética Fst. Los híbridos del núcleo de propagación del Centro de Investigación Forestal de Lourizán fueron clasificados con las muestras de referencia. En este punto la mayor parte de los híbridos son híbridos interespecíficos de primera generación entre C. sativa y la especia japonesa C. crenata. Además, se identifica la población de origen del parental de C. sativa. El Centro de Investigación Forestal de Lourizán está desarrollando un programa de mejora genética de castaño con la finalidad de incrementar de forma continua la cantidad y calidad de los productos forestales. El aumento de la productividad forestal deberá expresarse como la suma de un mayor crecimiento volumétrico de las masas forestales expresado como un aumento en altura, diámetro y coeficiente mórfico, conseguido a través del crecimiento individual, de la adaptación y tolerancia a los factores limitantes y una mejor materia prima para los procesos industriales. El programa de mejora genética del castaño de Galicia se subdivide en dos poblaciones que también fueron objetivo de estudio en esta tesis. Por un lado, la Población Élite fue genotipada con un máximo de 10 loci microsatélites y contiene 9 familias con un total de 146 individuos generados a partir de polinizaciones cruzadas controladas. Los progenitores de cada una de las familias contienen a un conjunto de variedades tradicionales que fueron seleccionadas por su producción de madera. También incluye a las especies asiáticas C. crenata y C. mollissima que presentan resistencia a patógenos y al híbrido CA15 que es un híbrido F1 interespecífico muy vigoroso que se emplea en la actualidad como productor de castaña temprana. Se realizaron también autopolinizaciones de las variedades ¿Negral¿, ¿Picona¿, ¿Serodia¿ y ¿Monfortina¿ que presentan amentos longuistaminados que producen gran cantidad de polen. De estas autopolinizaciones se genotiparon un total de 53 progenies. Uno de los resultados más destacables de esta tesis es que estas cuatro últimas variedades, a pesar de que las especies del género Castanea se consideran de polinización autoincompatible, se han conseguido descendencias en las que aparecen los genotipos esperados en cada uno de los loci y en todos los descendientes. Se obtuvieron resultados similares en la Población Élite de castaño. En este caso un 96% de las progenies presentan los parentales masculinos y femeninos esperados y solamente el 4% restante fueron polinizados por un parental masculino diferentes al esperado, ya que toda esta descendencia presenta únicamente los alelos del parental femenino. El estudio de la Población Élite también revela que es necesario un mayor número de microsatélites para poder diferenciar a todos los individuos, sobre todo, en los cruzamientos en los que participan las especies asiáticas y el híbrido CA15 ya que presentan alelos nulos. También sería necesario aumentar el número de marcadores para confirmar con un 95% de confianza que la paternidad de algunas progenies, sobre todo las que son producto del cruzamiento entre dos parentales de castaño europeo. Como era esperable, los parentales que están genéticamente más distantes generan progenies con mayor heterocigosidad de las que se espera que presenten heterosis o vigor híbrido, una característica muy deseable en cualquier programa de mejora genética. El programa de mejora genética del castaño de Galicia también contempla la creación de una Población Principal de Mejora, formada por una selección de árboles superiores seleccionados en campo siguiendo los criterios de mínima ramosidad y máxima rectitud. Se muestrearon y genotiparon un total de 185 árboles en toda Galicia y Asturias y se dividió la Población Principal de Mejora en dos sublíneas. La sublínea costa atlántica incluye a las regiones de procedencia 1 y 3 y se extiende por toda la costa gallega y asturiana mientras que la sublínea Galicia interior agrupa a las regiones de procedencia 2, 4 y 5 y se localiza fundamentalmente en las regiones de meseta y montaña de Galicia. Como la Población Principal de Mejora no incluye a las especies asiáticas ni a los híbridos interespecíficos, se utilizaron las muestras de referencia para su detección. Este resultado mostró que los híbridos interespecíficos, al igual que en las poblaciones silvestres de castaño se encuentra mayoritariamente en zonas de costa. Tampoco incluye a las variedades tradicionales que también fueron recogidas para esta población artificial. Los estudios de diversidad genética indican que la Población Principal de Mejora presenta un exceso de homocigotos debido probablemente a la selección realizada no tuvo en cuenta caracteres de vigor que son los que están más relacionados con la heterocigosidad. No obstante, presenta unos valores de diversidad genética elevados, comparables a los que presentan poblaciones que están formadas por diferentes grupos genéticos o han sido afectados por domesticación. Por otro lado la estructura genética de la Población Principal de Mejora está formada por los tres grupos genéticos descritos anteriormente para las poblaciones silvestres de castaño: grupo genético atlántico, cantábrico y mediterráneo occidental.