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Conservación in situ de cultivares nativos• Característica común en centros  de origen.• La mayor parte de la semilla maíz...
Evolución de cultivos• Darwin propuso tres mecanismos:  – Selección metódica.     • Científicos (y técnicos), sistemática,...
“Mantenimiento del proceso evolutivo”• Evolución de cultivos   – Selección metódica   – Selección inconsciente (de los agr...
Selección y flujo de genes                               Flujo de genes homogeniza, Diferenciales de selección   pero intr...
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Maiz: flujo de genes                                                           100%                                  Frequ...
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Plasticidad fenotípica• Cambios en morfología, fenología o fisiología   – No se requieren cambios genéticos.   – Plasticid...
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Adaptación• ¿Podrán las poblaciones evolucionar  suficientemente rápido?            (Jump and Penuelas 2005, Shaw et al 20...
El flujo de genes• El flujo de genes puede proveer de la variación necesaria,  pero puede no evitar la pérdida de poblacio...
Posible extinción local• Las poblaciones no son suficientemente plásticas, o no  pueden evolucionar suficientemente rápido...
Desenlace depende de• Amplitud de distribución a través de gradientes ambientales• Patrones de variación genética dentro y...
El maíz en México• ¿Cómo es la adaptación local de los cultivares  nativos?• ¿Qué tan bien podrían responder los cultivare...
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Muestra y diseño de experimento 2100 msnm                                                               Temp Max media    ...
Adaptación local                    Adecuación ajustada (g/plt)                                                  120Adecua...
Probabilidad de producir semillaCada raza tiene mayor                                   1rendimiento y semillas más       ...
Existe variación significativa entre                                              poblaciones                           14...
Híbridos entre ambientes: posible vía                                          para el cambio climático                   ...
Investigación necesaria (entre otra)• Encontrar caracteres y genes importantes para  adaptación y respuestas plásticas a a...
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  1. 1. Patrones de variación adaptativa de cultivares nativos:implicaciones para el cambio climático Hugo Perales Rivera, El Colegio de la Frontera Sur, San Cristóbal, Chiapas, México (hperales@ecosur.mx) Kristin Mercer, Ohio State University, Columbus, Ohio, EUA
  2. 2. Conservación in situ de cultivares nativos• Característica común en centros de origen.• La mayor parte de la semilla maíz sembrada en México es producida por los agricultores. – El 75% de la semilla de es de la cosecha de los agricultores (Aquino et al.1999). • Parte reciclada y creolizada.• Los subsidios para la conservación in situ del maíz (desde 2010) llegan a ~ 0.15% de la conservación de facto. – No hay concesiones a los cultivares nativos. Figura: B. Benz 1997.
  3. 3. Evolución de cultivos• Darwin propuso tres mecanismos: – Selección metódica. • Científicos (y técnicos), sistemática, objetivos especificados. Posiblemente algunos agricultores. • Se formalizó a finales del siglo XIX y ha sido dominante desde la segunda mitad del siglo XX. – Selección inconsciente (de los agricultores). • Ambiente agrícola, agricultores, principalmente involuntario (sin objetivo explicito). • Dominante hasta el fin del siglo XIX. • La conservación in situ es el producto de este proceso. – Selección natural (“siempre operando”). • Directa en semillas de agricultores. • Indirecta en semillas comerciales.
  4. 4. “Mantenimiento del proceso evolutivo”• Evolución de cultivos – Selección metódica – Selección inconsciente (de los agricultores) – Selección natural (“siempre operando”)• Continuación de los agricultores como agentes efectivos en el proceso evolutivo de los cultivos. – Hemos perdido la imaginación de que esto es posible por la hegemonía de la selección metódica (y ahora biotecnología) – Podrán realmente los fitomejoradores y biotecnólogos dominar todos los ambientes.• Los cultivares nativos que se siembran son la “solución evolutiva” de los tres mecanismos para los ambientes naturales y socio-económicos.
  5. 5. Selección y flujo de genes Flujo de genes homogeniza, Diferenciales de selección pero introduce nueva variación A A’ A*Clausen et al. 1947
  6. 6. Naturaleza evolutiva dinámica• Fuerzas evolutivas naturales y humanas Procesos evolutivos Naturales Mediados por humanos Flujo de genes Hibridización, Redes de semilla movimiento de semilla Selección Por ambiente Para caracteres de interés y por manejo Deriva, mutación Tamaño de población • Afecta evolución y caracteres de poblaciones • Produce patrones de diversidad a través del paisaje
  7. 7. Maíz: Selección• Natural: p.ej. a mayores elevaciones y latitudes hay una asociación del gen vgt1, que contribuye precocidad en floración.• Humana: algún (Ducroq et al., 2008) Diferencia entre selección aleatoria y por agricultores cambio en Atributo Blanc Chianquiahuitl poblaciones, pero Altura de planta ns ns aparentemente baja Altura de mazorca * * heredabilidad (Soleri Peso seco aéreo ns ns et al. 2000). Rendimiento ns ns (Louette and Smale, 2000)
  8. 8. Maiz: flujo de genes 100% Frequency of seed lots 80%• La comunidad (familia 60% Out of state Commercial y conocidos) 40% 20% Other community Community comparten la mayor 0% Indigenous Indigenous Indigenous Indigenous Mestizos Mestizos Mestizos Mestizos parte de las semillas, pero algunos flujos de 0-900 900-1400 1400-2000 2000-2500 mayor distancia. Origen de semilla and Ethnic group Altitude class (masl) en Chiapas (Brush and Perales, 2007)• Aislamiento por distancia estructura diversidad genética neutra. Correlaciones para accesos de las Americas (Vigouroux et al., 2008)
  9. 9. Cambio climático: efectos en la productividad de cultivares nativos y en su conservación• ¿Qué podemos esperar? – Expectativas teóricas. – Factores que pueden cambiar a través de cultivos y regiones. – Experimentación (maíz en Chiapas). Figure 10.8
  10. 10. Expectativas teóricas• Mejor posibilidad: alta diversidad genética amortigua cambios.• Peor posibilidad: adaptación local hace vulnerables a las variedades nativas.• Procesos evolutivos gobiernan respuesta: – Plasticidad fenotípica – Adaptación y flujo de genes – Extinción local => pérdida de poblaciones y razas (Mercer y Perales 2010, Evolutionary Applications)
  11. 11. Plasticidad fenotípica• Cambios en morfología, fenología o fisiología – No se requieren cambios genéticos. – Plasticidad fenotípica adaptativa: puede mantener adecuación (fitness).• Restricciones en la plasticidad en respuesta a cambios en múltiples variables ambientales. – Por ejemplo, zacate Pseudoroegneria spicata: respuesta fisiológica a humedad y temperatura => restricción fisiológica al responder a dos factores (Fraser et al. 2009). (Mercer y Perales 2010, Evolutionary Applications)
  12. 12. Adaptación• Puede permitir que los cultivares nativos mantengan productividad• Evidencia de cambio evolutivo al clima,Evolución en mijo perla de floración Frecuencias de alelo PHYCmás temprana en respuesta acondiciones más secas. (Vigoroux et al. 2011)
  13. 13. Adaptación• ¿Podrán las poblaciones evolucionar suficientemente rápido? (Jump and Penuelas 2005, Shaw et al 2012) . – Respuesta a selección: R=sh2 • s = presión de selección, h2 = heredabilidad • Requiere suficiente variación en loci importante para productividad bajo nuevas condiciones – Restricciones • Correlaciones genéticas negativas entre caracteres bajo selección o presiones de selección contradictorias. (Mercer y Perales 2010, Evolutionary Applications)
  14. 14. El flujo de genes• El flujo de genes puede proveer de la variación necesaria, pero puede no evitar la pérdida de poblaciones o reducciones en extensión de hábitats. • Poblaciones en las orillas de un gradiente climático pueden requerir adquisición de fenotipo “f”, que no existía en la población. • Si las poblaciones en las orillas pueden migrar podrían mantener adecuación bajo condiciones similares a las previas. • Si el clima cambia muy rápido y las poblaciones no pueden migrar estas tienen que evolucionar o se perderán. (Davis and Shaw 2001)
  15. 15. Posible extinción local• Las poblaciones no son suficientemente plásticas, o no pueden evolucionar suficientemente rápido =>decremento de poblaciones• Respuestas de los agricultores – Cambio de semillas y fuentes de semillas, pérdida de poblaciones • Apoyo para modificar acceso en los sistemas de semillas – Deja de sembrar cultivo particular• Cambios en la percepción de la utilidad – Factores sociales, culturales, económicos• Pérdida de variación genética dentro de cultivar, pérdida de cultivar, pérdida de especie (Mercer y Perales 2010, Evolutionary Applications)
  16. 16. Desenlace depende de• Amplitud de distribución a través de gradientes ambientales• Patrones de variación genética dentro y entre poblaciones del cultivo – Síndromes de polinización, sexual o asexual – Sistemas de semillas• Intensidad y variabilidad de presiones de selección – Variación en condiciones ambientales puede seleccionar para plasticidad• Introgresión de genes de cutivares nativos o comerciales Se requiere investigar posible respuesta de cultivares nativos.
  17. 17. El maíz en México• ¿Cómo es la adaptación local de los cultivares nativos?• ¿Qué tan bien podrían responder los cultivares nativos frente a ambientes nuevos? R. Hijmans, not published
  18. 18. Distribución de cultivares dominantes en Chiapas n = 69 10 28 8 Frecuencias promedio de lotes 100 de semilla por comunidad (n) 90 Cubano para muestra entre 2000-2004. 80 70 Zapalote 60 Tehua 50 Tepecintle 40 Olotillo 30 Oloton 20 Tuxpeño 10 0 Comiteco 0-900 900-1400 1400-2000 2000-2500 Altitudinal class (masl)• Adaptación altitudinal fuerte Tuxpeño Comiteco Olotón• Algún grado de adaptación local
  19. 19. Muestra y diseño de experimento 2100 msnm Temp Max media 1500 msnm 800 msnm 50 m de objetivo 3 comunidades/ambiente Ppt anual media 3 agricultores/comunidad Tres jardines recíprocos, 4 repeticiones, datos por planta Cruzas recíprocas (hxm, mxh) entre dos colectas por raza
  20. 20. Adaptación local Adecuación ajustada (g/plt) 120Adecuación 100ajustada (aa) 80aa=s x r 60 Highlands = probabilidad Midland 40de producir Lowlandsemilla 20r = rendimiento 0 Lowland Midland Highland Jardín • Condiciones más calidad reducen productividad de cultivares semi-cálidos y templados. (Mercer y Perales, no publicado
  21. 21. Probabilidad de producir semillaCada raza tiene mayor 1rendimiento y semillas más Probabilidad de producir 0.8grandes en su jardín local 0.6 semilla 0.4 0.2 0 Lowland Midland Highland Jardín • La probabilidad de producir semilla de cultivares de clima cálido es siempre alta, pero dan menos semillas y más chicas en clima templado. (Mercer y Perales, no publicado
  22. 22. Existe variación significativa entre poblaciones 140 LL1 Poblaciones clima cálidoAdjusted Fitness (g/plt) 120 LL2 • Similitud, con variación LL3 100 LL4 LL5 80 LL6 de interés 60 LL7 40 LL8 LL9 • Algunos cultivares de 20 altura son similares a 0 140 patrón semi-calido,Adjusted Fitness (g/plt) HL19 120 Poblaciones clima templado otros más sensibles a HL20 100 80 HL21 temperatura HL22 60 40 HL23 HL24 • Más variación en sus 20 HL25 ambientes locales que en HL26 0 HL27 ambientes foráneos Lowland Midland Highland Garden
  23. 23. Híbridos entre ambientes: posible vía para el cambio climático 140 • Los híbridos pueden serAdecuación ajustada (g/plt) 120 100 80 intermedios Highland 60 High x Mid • Cual es la planta madre 40 Mid x High 20 Midland importa 0 • Posibilidad de incorporar Lowland Midland Highland 140 Garden alelos para temperaturaAdecuación ajustada (g/plt) 120 100 en cultivares templados 80 – ¿Seguir con retrocruzas o Highland 60 High x Low fraternos? 40 Low x High Lowland • Mejoramiento evolutivo 20 0 y/o participativo Lowland Midland Highland Garden
  24. 24. Investigación necesaria (entre otra)• Encontrar caracteres y genes importantes para adaptación y respuestas plásticas a ambientes nuevos.• Cuantificar adaptación de cultivares nativos al cambio climático y sus tasas. – Experimentalmente – Comparaciones históricas (vs. colectas en bancos) en ambientes con cambio climático registrado• Producir este tipo de conocimiento para cultivos mayores en centros de origen
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