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Bases de la aplicación de la

ECOGEOGRAFÍA
en la conservación y uso de los recursos fitogenéticos

Mauricio Parra Quijano
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Primera parte
1.

Que es la ecogeografía

2.

Que son los Sistemas de Información Geográficos SIG
¿Qué es la Ecogeografía?
Estudio del escenario adaptativo de un individuo, población o especie,
mediante el análisis de lo...
Ecogeografía
Fenotipo = Genotipo + Ambiente + interacción genotipo x ambiente
Ambiente

Producto de los
genes modelados
po...
Escenario adaptativo
Abiótica

Plantas

Biótica
Antrópica
Parte antrópica
Divisiones administrativas, uso de suelo, vías de comunicación, sistemas productivos, etc.
Parte biótica
Vegetación, distribución enfermedades, plagas, herbívoros, organismos asociados…
Parte abiótica
Componente geofísico
-Pendiente
-Orientación
-Altitud
-Latitud/Longitud
-Radiación solar
Parte abiótica
Componente bioclimático
-Precipitación
-Temperaturas
-Índices bioclimáticos
Parte abiótica
Componente edáfico
-Tipo de suelo
-pH
-CIC
-% carbón orgánico
-Profundidad efectiva
-% arcilla, limo y aren...
Aplicabilidad
De acuerdo al grado de domesticación

Influencia humana

Adaptación específica
Aplicabilidad
•Materiales de mejora (plant breeding)

•Variedades de especies cultivadas:
Variedades comerciales
Variedade...
Cómo caracterizar un sitio de colecta
El día de la recolección?
Sol, 15ºC, No lluvia, etc.
Pero…¿siempre es así?
Tiempo pa...
La respuesta está en los

SIG
y las

variables
ecogeográficas
en forma de capas para SIG
¿Qué son los SIG?
Definición breve
Sistema computacional para analizar datos espacialmente referenciados

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¿Qué permiten los SIG?
Para el caso que nos atañe, los SIG permiten

• Mostrarnos objetos en forma de puntos, líneas o pol...
Gráficamente…
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Y las variables de donde se extrae?
En SIG se conocen como capas, y las hay de dos tipos
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Fuentes de información
A nivel nacional suele existir cartografía en forma de capa, pero en general no son de
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Software SIG y herramientas asociadas
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•DIVA-GIS (software SIG) http://www.diva-gis.org
•ArcGIS de ESRI http://www...
Segunda parte
1.

Caracterización ecogeográfica

2.

Aplicaciones de la ecogeografía en recursos fitogenéticos

3.

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Caracterización ecogeográfica
Como cualquier otra…. sólo que

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y la ecogeográfica
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X

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14.5 ºC

330 mm

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Análisis similar
• Estadísticas descriptivas
• Análisis de correlaciones
• Análisis de agrupamientos
• Análisis factoriale...
Pero… y si caracterizamos todo?

Sólo sitios de recolección

Pero tenemos información para todo el territorio!
Grupos por componentes
Entonces tenemos Mapas ELC
Otros tipos de mapas similares
Mapas de ecoregiones, bioregiones, etc.
Mapas de regiones ecológicas
Mapas de ecosistemas
Cómo se caracterizaría germoplasma con mapas ELC ?

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Otros análisis importantes…
• Análisis de faltantes (vacíos) o gap analysis

REPRESENTADO

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Otros análisis importantes…
• Modelos de distribución de especies

B. vulgaris subsp. maritima
Lista de aplicaciones posibles en RFG
RECOLECCIÓN

1. Colectas optimizadas de RFG
2. Detección de sesgos en recolecciones ...
Casos de estudio
Lupinus en España

• Evaluación de la cobertura de la red de áreas protegidas
Real

Potencial

95 LICs
4%...
Casos de estudio
Lupinus en España

• Evaluación de la representatividad ex situ (análisis de faltantes)
Casos de estudio
Lupinus en España

• Colecciones nucleares/núcleo ecogeográficas
Casos de estudio
Lupinus en España

• Recolección optimizada de germoplasma (faltantes espaciales)

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Casos de estudio
Lupinus en España

• Recolección optimizada de germoplasma (faltantes ecogeográficos)
Casos de estudio
Lupinus en España

• Recolección optimizada de germoplasma (riqueza potencial de especies)
Casos de estudio
Lupinus en España

• Recolección optimizada de germoplasma (campo)
Casos de estudio
Inventario Nacional Español de Recursos Fitogenéticos, proyecto SIERFE

• Sistemas Nacionales de Informac...
Casos de estudio
Inventario Nacional Español de Recursos Fitogenéticos, proyecto SIERFE

• Sistemas Nacionales de Informac...
Casos de estudio
Europa – Proyecto AEGRO

• Áreas apropiados para el establecimiento de reservas genéticas de
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Casos de estudio
Maíz en Ecuador

• Uso de mapa ELC para mejorar representatividad de la Colección Nacional

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Casos de estudio
Maíz en Ecuador

• Determinación de las zonas más apropiadas para programas de conservación
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Casos de estudio
Maíz en Ecuador
Casos de estudio
Maíz en Ecuador

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Maíz en Ecuador

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Casos de estudio
Maíz en Ecuador

Zonas de alta riqueza
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Zonas donde se han
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Casos de estudio
Maíz en Ecuador

¿DONDE?
Otros estudios en curso…
• Recolección optimizada de Aegilops en España con principios FIGS (CRF-INIA)
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Taller Nacional CAPFITOGEN 1 - Bases ecogeografía

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  1. 1. Bases de la aplicación de la ECOGEOGRAFÍA en la conservación y uso de los recursos fitogenéticos Mauricio Parra Quijano Coordinador Programa CAPFITOGEN
  2. 2. Primera parte 1. Que es la ecogeografía 2. Que son los Sistemas de Información Geográficos SIG
  3. 3. ¿Qué es la Ecogeografía? Estudio del escenario adaptativo de un individuo, población o especie, mediante el análisis de los factores bióticos y abióticos que condicionan su supervivencia.
  4. 4. Ecogeografía Fenotipo = Genotipo + Ambiente + interacción genotipo x ambiente Ambiente Producto de los genes modelados por el ambiente, objetivo final de la mejora Efecto modelador de los genes y sus productos. Puede tener tanto peso que condiciona la aparición o no de genotipos Información heredada y heredable (genes vistos en conjunto) que se traduce en proteínas ADAPTACIÓN
  5. 5. Escenario adaptativo Abiótica Plantas Biótica Antrópica
  6. 6. Parte antrópica Divisiones administrativas, uso de suelo, vías de comunicación, sistemas productivos, etc.
  7. 7. Parte biótica Vegetación, distribución enfermedades, plagas, herbívoros, organismos asociados…
  8. 8. Parte abiótica Componente geofísico -Pendiente -Orientación -Altitud -Latitud/Longitud -Radiación solar
  9. 9. Parte abiótica Componente bioclimático -Precipitación -Temperaturas -Índices bioclimáticos
  10. 10. Parte abiótica Componente edáfico -Tipo de suelo -pH -CIC -% carbón orgánico -Profundidad efectiva -% arcilla, limo y arena . .
  11. 11. Aplicabilidad De acuerdo al grado de domesticación Influencia humana Adaptación específica
  12. 12. Aplicabilidad •Materiales de mejora (plant breeding) •Variedades de especies cultivadas: Variedades comerciales Variedades locales (criollas) Variedades antiguas •Formas semicultivadas Estados intermedios de domesticación •Especies silvestres: De uso directo (pastos, especies madereras, etc) De uso indirecto a través de cruzamientos (parientes de cultivadas) De uso potencial
  13. 13. Cómo caracterizar un sitio de colecta El día de la recolección? Sol, 15ºC, No lluvia, etc. Pero…¿siempre es así? Tiempo para recolectar muestras suelo? Medir inclinación terreno? Aparatos para cuantificar radiación solar? ¿Y si son cientos de sitios de recolección?
  14. 14. La respuesta está en los SIG y las variables ecogeográficas en forma de capas para SIG
  15. 15. ¿Qué son los SIG? Definición breve Sistema computacional para analizar datos espacialmente referenciados + + Surgen… en los años 60 en Canadá con la necesidad de manejo de áreas forestales Se aplican en la actualidad en… la protección ambiental, planificación urbana y regional, manejo de recursos, tierras y suelos, catastro, localización óptima de sitios (colegios, empresas, hospitales, etc.), aspectos militares, entre otros
  16. 16. ¿Qué permiten los SIG? Para el caso que nos atañe, los SIG permiten • Mostrarnos objetos en forma de puntos, líneas o polígonos y ubicarlos sobre la representación de la superficie terrestre (mapa) • Crear áreas (de influencia) alrededor de dichos puntos, líneas o polígonos • Sobreponer esos objetos a mapas que pueden contener diferente tipo de información (mapas temáticos) • Transformar esos mapas a nuestra conveniencia • Extraer información para cada punto de uno o más mapas sobrepuestos • Hacer todo esto con bastante rapidez y confiabilidad
  17. 17. Gráficamente… Y X Punto Roads Land use Elevation 1 C-405 Forest 1110 2 A-2 Urban 294 3 NIV Swamp 562
  18. 18. Estaríamos caracterizando ecogeográficamente el sitio de recolección
  19. 19. Y las variables de donde se extrae? En SIG se conocen como capas, y las hay de dos tipos Vectorial Raster Como mapas, poseen: 1. Escala 2. Sistema de coordenadas Y se agrupan por temáticas: 1. 2. 3. 4. 5. Imagen ©ESRI Bioclimáticos Geofísicos Edáficos Bióticos Antrópicos
  20. 20. Fuentes de información A nivel nacional suele existir cartografía en forma de capa, pero en general no son de acceso público y/o gratuito. Su resolución suele ser alta al abarcar menos espacio (un país). Pregunte en su Instituto Geográfico Nacional de confianza. A nivel internacional, hay una creciente oferta de información, generalmente de acceso público y gratuito (para usos no comerciales) y su resolución es progresivamente mayor (debido a su alcance global). Recomendables: • Global Administrative Areas (GADM), http://www.gadm.org •WorldClim, http://www.worldclim.org •Harmonized world soil database (HWSD) http://webarchive.iiasa.ac.at/Research/LUC/External-World-soil-database/HTML/ •Globcover http://due.esrin.esa.int/globcover/ •FAO geonetwork http://www.fao.org/geonetwork/srv/en/main.home •CGIAR-SRTM http://srtm.csi.cgiar.org/ •ESRI http://www.esri.com/data/free-data •WWF ecoregions http://worldwildlife.org/biomes
  21. 21. Software SIG y herramientas asociadas Software •DIVA-GIS (software SIG) http://www.diva-gis.org •ArcGIS de ESRI http://www.esri.com/software/arcgis/arcgis-for-desktop •R http://cran.r-project.org/ •Grass http://grass.osgeo.org/ Georreferenciación •Google, google maps, google earth, google apps… •Gaceteros (gazetteer) •GeoLocate http://www.museum.tulane.edu/geolocate/ •Web con vínculos varios http://www.herpnet.org/herpnet/Gazetteer/GeorefEspanol.html
  22. 22. Segunda parte 1. Caracterización ecogeográfica 2. Aplicaciones de la ecogeografía en recursos fitogenéticos 3. Casos de estudio
  23. 23. Caracterización ecogeográfica Como cualquier otra…. sólo que OTU VAR1 VAR2 VAR3 1 Entero Postrado 120.4 2 Serrado Semierecto 115.1 3 Denticulado Semierecto 110.0 4 Entero Postrado 125.1 5 Biserrado Semierecto 118.3 6 Serrado Semierecto 90.7 Medición/determinación
  24. 24. y la ecogeográfica OTU X Y 1 2 VAR1 VAR2 VAR3 1 14.5 ºC 330 mm inceptisol 2 13.2 ºC 1350 mm alfisol 3 9,5 ºC 2200 mm andisol -78.28 1.73 3 OTU -65.31 0.12 -67.13 2.95
  25. 25. Análisis similar • Estadísticas descriptivas • Análisis de correlaciones • Análisis de agrupamientos • Análisis factoriales • • •
  26. 26. Pero… y si caracterizamos todo? Sólo sitios de recolección Pero tenemos información para todo el territorio!
  27. 27. Grupos por componentes
  28. 28. Entonces tenemos Mapas ELC
  29. 29. Otros tipos de mapas similares Mapas de ecoregiones, bioregiones, etc. Mapas de regiones ecológicas Mapas de ecosistemas
  30. 30. Cómo se caracterizaría germoplasma con mapas ELC ? OTU ELC cat 1 23 2 21 3 17
  31. 31. Otros análisis importantes… • Análisis de faltantes (vacíos) o gap analysis REPRESENTADO FALTANTES!
  32. 32. Otros análisis importantes… • Modelos de distribución de especies B. vulgaris subsp. maritima
  33. 33. Lista de aplicaciones posibles en RFG RECOLECCIÓN 1. Colectas optimizadas de RFG 2. Detección de sesgos en recolecciones previas CONSERVACIÓN IN SITU 3. Determinación y evaluación de áreas protegidas para conservación in situ 4. Determinación de zonas aptas para constituir reservas genéticas 5. Determinación de sitios apropiados para conservación “on farm”. CONSERVACIÓN EX SITU, CARACTERIZACIÓN Y EVALUACIÓN 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Determinación de sitios apropiados para regeneraciones/multiplicaciones de RFG Caracterización ecogeográfica de los sitios de colecta Mapas de diversidad genotípica, fenotípica y/o ecogeográfica Estudios de representatividad ecogeográfrica de las colecciones Establecimiento de colecciones nucleares (core collections) ecogeográficas Descripción ambiental de los sitios de caracterización/evaluación de germoplasma Enriquecimiento de los análisis fenotípicos y genotípicos de germoplasma DOCUMENTACIÓN Y UTILIZACIÓN 13. Mejora de la documentación, esencialmente la georreferenciación del germoplasma 14. Favorecimiento del uso del germoplasma a través de sistemas de información ecogeográfico, que proveen al mejorador de información útil para la selección de parentales 15. Utilización optimizada. Focused Identification Germplasm Strategy (FIGS)
  34. 34. Casos de estudio Lupinus en España • Evaluación de la cobertura de la red de áreas protegidas Real Potencial 95 LICs 4% 520 poblaciones dentro de LICs (28%) 914 LICs 39%
  35. 35. Casos de estudio Lupinus en España • Evaluación de la representatividad ex situ (análisis de faltantes)
  36. 36. Casos de estudio Lupinus en España • Colecciones nucleares/núcleo ecogeográficas
  37. 37. Casos de estudio Lupinus en España • Recolección optimizada de germoplasma (faltantes espaciales) No hay faltante Faltante de media prioridad Faltante de alta prioridad
  38. 38. Casos de estudio Lupinus en España • Recolección optimizada de germoplasma (faltantes ecogeográficos)
  39. 39. Casos de estudio Lupinus en España • Recolección optimizada de germoplasma (riqueza potencial de especies)
  40. 40. Casos de estudio Lupinus en España • Recolección optimizada de germoplasma (campo)
  41. 41. Casos de estudio Inventario Nacional Español de Recursos Fitogenéticos, proyecto SIERFE • Sistemas Nacionales de Información Ecoeográfica sobre Germoplasma Próximamente en http://www.sierfe.es
  42. 42. Casos de estudio Inventario Nacional Español de Recursos Fitogenéticos, proyecto SIERFE • Sistemas Nacionales de Información Ecoeográfica sobre Germoplasma
  43. 43. Casos de estudio Europa – Proyecto AEGRO • Áreas apropiados para el establecimiento de reservas genéticas de parientes silvestres (Avena, Beta, Brassica, Prunus) http://www.agrobiodiversidad.org/aegro/
  44. 44. Casos de estudio Maíz en Ecuador • Uso de mapa ELC para mejorar representatividad de la Colección Nacional INIAP Ecuador
  45. 45. Casos de estudio Maíz en Ecuador • Determinación de las zonas más apropiadas para programas de conservación in situ de razas de maíz en la Sierra de Ecuador Colombia Océano Pacífico Ecuador Perú 636 recolecciones, 29 razas encontradas, 292 encuestas INIAP Ecuador
  46. 46. Casos de estudio Maíz en Ecuador
  47. 47. Casos de estudio Maíz en Ecuador Raza Canguil Erosión Genética!!
  48. 48. Casos de estudio Maíz en Ecuador Número de especies asociadas al maíz Número de usos dados al maíz Grupo étnico predominante
  49. 49. Casos de estudio Maíz en Ecuador Zonas de alta riqueza en número de razas Zonas donde se han detectado mayor no. de mezclas Zonas donde se han detectado mayor introducción de variedades locales
  50. 50. Casos de estudio Maíz en Ecuador ¿DONDE?
  51. 51. Otros estudios en curso… • Recolección optimizada de Aegilops en España con principios FIGS (CRF-INIA) • Selección focalizada de germoplasma de Phaseolus vulgaris con potencial resistencia a Xanthomonas en España (CRF-INIA) • Determinación de áreas de especial protección por contener poblaciones del genepool de Trifolium repens y T. pratense con potenciales rasgos de interes – Global (USDA) •Mapas de diversidad genotípica, fenotípica y ecogeográfica de Medicago truncatula (USDA) • Análisis de la diversidad genética y ecogeográfica de tomates silvestres en provincia de Manabí (Ecuador) •Mapas de diversidad ecogeográfica, genotípica y morfológica en maní en Ecuador • FIGS en genepools de Avena, Beta, Brassica y Medicago en Europa (PGRsecure)
  52. 52. FIN
  1. A particular slide catching your eye?

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