Revista Chilena de Historia Natural 83: 605-616, 2010
© Sociedad de Biología de Chile

ARTICULO DE INVESTIGACIÓN

 

Variabilidad genética y morfológica y estructuración poblacional en Alstroemeria hookeri subsp. hookeri (Alstroemeriaceae), endémica de Chile

Genetic and morphological variation and population structure in Alstroemeria hookeri subsp. hookeri (Alstroemeriaceae), endemic to Chile

 

EDUARDO RUIZ¹. KAREN BALBOA¹, MARÍA A. NEGRITTO¹, CARLOS M. BAEZA¹, GLENDA FUENTES¹ & VERÓNICA BRICEÑO¹

¹ Departamento de Botánica, Facultad de Ciencias Naturales y Oceanógraficas, Universidad de Concepción, Casilla 160-C, Concepción, Chile
*Autor correspondiente: eruiz@udec.cl

---

RESUMEN

El género Alstroemeria es exclusivamente sudamericano y consta de 82 taxa distribuyéndose, principalmente en Chile y Brasil. La gran importancia económica que han adquirido las Alstroemerias chilenas como plantas ornamentales ha despertado gran interés en la variabilidad morfológica de las flores y variabilidad genética en especies con potencial valor económico. Una de ellas es Alstroemeria hookeri que posee cuatro subespecies, de las cuales, la subespecie tipo, es endémica de las regiones del Maule y Biobio. Su distribución geográfica consiste de dos rangos, separados por la Cordillera de la Costa. Así, existen poblaciones costeras, creciendo, entre los 5-20 m de altura en las provincias de Arauco, Concepción, Nuble y Cauquenes y poblaciones del interior creciendo entre los 100-150 m de altura, en las provincias de Biobio y Nuble. Evidencias preliminares señalan diferencias fenotípicas entre poblaciones costeras y del interior, relacionadas con el color y forma de los tépalos. Por esta razón, se realizó un estudio morfológico comparativo en el rango completo de distribución de esta subespecie y estudiar su genética poblacional, especialmente los niveles de estructuración poblacional. Se analizaron 33 caracteres florales, mediante métodos de ordenación. El estudio morfológico indica una tendencia a separar las poblaciones en dos grupos, coincidiendo con los extremos de la variación morfológica y con ambos rangos de distribución, existiendo caracteres que aportan a ello. Los índices de variabilidad genética fueron determinados usando 17 loci aloenzimáticos. Además, se estimaron los valores de estructuración poblacional y se realizó un análisis de AMOVA. Se estimaron valores de distancia genética de Nei, entre todos los pares de poblaciones para construir un dendrograma que refleje las relaciones de similitud genética. Los resultados indican altos valores de estructuración entre poblaciones y baja variabilidad genética intrapoblacional en esta subespecie. Los resultados del AMOVA indican que la variabilidad se da principalmente entre poblaciones. Sin embargo, estos resultados variaron cuando se analizan las poblaciones de ambos rangos de distribución separadamente. La similitud genética no coincide con la divergencia morfológica entre individuos de la costa e interior, indicando que algunas poblaciones del interior están más relacionadas genéticamente, con poblaciones costeras que con aquellas de su mismo rango geográfico.

Palabras clave: Alstroemeria hookeri, divergencia genética, genética poblacional, variabilidad morfológica.

---

ABSTRACT

The genus Alstroemeria consists of 82, exclusively South American taxa that are distributed mainly in Chile and Brazil. The great economic relevance, that has acquired the Chilean Alstroemeria species, as ornamentáis, has aroused great interest in the morphological variability of their flowers and genetic variability in those species with potential economic valué. One of these species is Alstroemeria hookeri which has four subspecies, of which A. hookeri subsp. hookeri, is endemic to the Maule and Biobio Regions. Its geographic distribution consists of two ranges, separated by the Coastal Mountain. Thus, there are populations growing in the coastal range, between 5-20 m high, in the provinces of Arauco, Concepción, Nuble, and Cauquenes, and populations of the Central Valley, growing between 100-150 m in the Biobio and Nuble provinces. Preliminary evidence indicated phenotypic differences between coastal and Central Valley populations, principally in colour and shape of the tepals. For this reason, a comparative morphological study was carried out in the complete geographic distribution of this subspecies and a population genetics study was conducted also, especially to determine the levéis of population structure. Thirty three floral characters were analyzed through ordination methods. The morphological study shows a slight tendency to separate the populations into two groups, which coincide with the extremes of morphological variation and both geographic ranges, with characters that contribute to this separation. The genetic variability Índices were estimated using 17 allozymic loci. We estimated population structure and also carried out an AMOVA analysis. Nei's genetic distances among all population pairs were estimated to obtain a dendrogram showing the genetic similarity relationships. The results indicate high levéis of genetic structure and low valúes of within population genetic diversity were found. The results of AMOVA indicate that the variability occurs mainly among populations. However, these results varied when populations from both geographic ranges were separately analyzed. The genetic similarities are not congruent with the morphological divergence between both geographic ranges, indicating that some populations from Central Valley are more related genetically to some from coastal populations than populations from their own geographic range.

Key words: Alstroemeria hookeri, genetic divergence, morphological variability, population genetics.

---

INTRODUCCIÓN

Alstroemeria L. (Alstroemeriaceae) es un género exclusivamente sudamericano y comprende 82 taxa distribuidos desde Venezuela a Argentina y Chile. La mayor cantidad de especies se encuentra en Chile central y este de Brasil (Bayer 1987, Muñoz & Moreira 2003). Las especies de este género crecen desde el nivel del mar hasta los 4500 m de altitud (Aagesen & Sanso 2003; Ravenna 1988, Sanso 2002). En Chile existen 49 taxa (33 especies, 8 variedades y 8 subespecies), de los cuales 40 son endémicos y 42 están en la zona central del país (28°-38° S), solo tres especies se distribuyen al norte de los 28° S y cuatro al sur de los 38° S (Muñoz & Moreira 2003). El alto nivel de endemismo que presenta el género en esta zona geográfica podría deberse a la gran diversidad de ambientes que ofrece la zona central del país (Arroyo et al. 2008, Lazo et al. 2008).

Dada la belleza de sus flores, las especies de Alstroemeria han adquirido relevancia mundial como plantas ornamentales de cultivo y de corte (Buitendijk & Ramanna 1996, Buitendijk et al. 1997) alcanzando un alto valor comercial (Stephens et al. 1993). Holanda, Inglaterra, Japón y Estados Unidos presentan programas de cultivo y propagación de especies con fines comerciales (Miyake 1989, Jeu et al. 1992). Los factores principales para su venta son la gran durabilidad de sus flores y lo llamativo del perigonio. Nuevos cultivares, como también híbridos de Alstroemeria son producto de hibridaciones controladas, de mutaciones y selección artificial (Sanso 1996). Se han realizado cultivos de óvulos fertilizados artificialmente para la hibridación interespecífica (Hoshino 2008). Todos estos híbridos llegan a nuestro país como producto de importación para su comercialización (Muñoz & Moreira 2003). Entre las especies nativas de Sudamérica que se han considerado como parentales de los cultivares o como excelentes candidatos para su producción, figuran A. ligtu L., A. pelegrina L., A. aurea Graham, A. magenta Bayer, A. psittacina J.G.C. Lehmann, A. inodora Herb., A. pulchra Sims, A. violácea PhiL, A. versicolor Ruiz et Pavón y A. caryoplyllacea Jacq. (Hoshino 2008). Distintas técnicas de biotecnología aplicada a la floricultura, se están usando en la obtención de híbridos entre especies de Alstroemeria nativas de Chile, entre ellas, A. hookeri (Shinoda & Murata 2003). Varias especies de Alstroemeria están formando complejos de varias entidades subespecíficas (subespecies o variedades) haciéndose muy difícil su reconocimiento. Esto podría deberse a los activos procesos microevolutivos que pueden estar experimentando las especies. Uno de estos complejos está constituido por las 4 subespecies de A. hookeri Lodd.: A. hookeri subsp. hookeri, A. hookeri subsp. recumbens (Herbert) Bayer, A. hookeri subsp. maculata Bayer y A. hookeri subsp. cummingiana (Herbert) Bayer (Bayer 1987). Sin embargo, Muñoz & Moreira (2003) solo reconocen las tres primeras subespecies, manteniendo a A. cummingiana Herbert a nivel específico. Lo relevante de este complejo es la potencial importancia económica que posee, dada la belleza de sus flores, lo que queda de manifiesto en la publicación de Muñoz & Moreira (2003).

Especialmente interesante es la subespecie típica de este complejo, A. hookeri subsp. hookeri. Esta subespecie es endémica de las Regiones del Maule y del Biobio, con una distribución disjunta a ambos lados de la Cordillera de la Costa. De este modo, existen poblaciones que crecen en la zona costera, entre los 5 y 20 m de altitud en las provincias de Arauco, Concepción, Nuble y Cauquenes. Por otro lado, existen poblaciones que crecen en zonas del interior, entre los 100-150 m de altura, en las provincias de Biobio y Nuble.

Observaciones preliminares en terreno mostraron diferencias morfológicas entre las poblaciones costeras y las del interior, específicamente en los caracteres florales (C Baeza, observación personal). Por otro lado, se han documentado diferencias entre el cariotipo de las poblaciones costeras y del interior (Cajas et al. 2009, Baeza et al. 2010). De existir estas diferencias, es importante saber si van acompañadas por diferenciación genética en A. hookeri subsp. hookeri, ya que a través de procesos microevolutivos, podría estar ocurriendo divergencia de dos linajes genotípicamente distintos dentro de esta subespecie, separados por la Cordillera de la Costa.

De este modo, en el presente trabajo se plantean los siguientes objetivos: (1) estimar la variabilidad genética intra- e interpoblacional de esta subespecie, en todo su rango de distribución geográfica, a través de electroforesis aloenzimática, (2) evaluar la diferenciación y estructuración poblacional en A. hookeri subsp. hookeri, para comprobar si existen flujos génicos entre las poblaciones costeras y del interior, y (3) determinar si existe correspondencia entre la diferenciación genética y morfológica entre las poblaciones costeras y del interior.

MÉTODOS

Recolección del material de estudio

Se recolectaron plantas y semillas en 20 poblaciones, tratando de abarcar el rango completo de distribución geográfica de A. hookeri subsp. hookeri obteniendo las coordenadas geográficas de cada población (Tabla 1). Diez poblaciones corresponden al rango costero y 10 al interior (Fig. 1). Material de referencia fue depositado en el herbario CONC (Holmgren et al. 1990) de la Universidad de Concepción. Además, se mantuvieron en invernadero, plantas cultivadas de cada una de las poblaciones recolectadas. Paralelamente, se recolectaron hojas jóvenes de 30 individuos por población, para la extracción de aloenzimas. Las plantas fueron recolectadas en una transecta y separadas por al menos cinco metros una de otra, con el fin de asegurarse de obtener individuos diferentes, dado que las plantas se reproducen vegetativamente por rizomas. Para el estudio exomorfológico, se recolectaron tres a cinco individuos por población y se analizaron entre cuatro a seis flores por individuo.

Fig. 1: Distribución geográfica de las poblaciones estudiadas. Números indican el número de cada población. Geographical distribution of studied populations. Numbers indicate population number.

Análisis aloenzimático

Se utilizaron nueve sistemas aloenzimáticos: Glutamato deshidrogenasa (GDH, EC 1.4.1.2), Fosfoglucomutasa (PGM, EC 2.7.5.1), Fosfoglucosa isomerasa (PGI, EC 5.3.1.9), Triosa fosfato isomerasa (TPI, EC 5.3.1.1), 6-Fosfogluconato deshidrogenasa (6PGDH, EC 1.1.1.44), Malato deshidrogenasa (MDH, EC 1.1.1.37), Shikimato deshidrogenasa (SKDH, EC 1.1.1.25), Isocitrato dehidrogenasa ([NADP] IDH EC 1.1.1.44) y Alcohol deshidrogenasa (ADH, EC 1.1.1.1). El buffer de extracción fue: 0.1 M de tris-HCl (pH 7.5), 14 mM de 2-mercaptoetanol, 1 mM de EDTA (sal tetrasodio), 10 mM de MgC12, 10 mM de KC1 y 5-10 mg de polivinilpilorridona por cada 0.5 mi de buffer (Gottlieb 1981). Las enzimas se separaron en geles de almidón al 12 %, con diferentes sistemas de buffers. Para los sistemas TPI, ADH, GPI y PGM se usó TBE (Tris-Borato-EDTA) como buffer de corrida y para los sistemas MDH, PGD, IDH y SKDH se usó morfolina-citrato. La tinción se realizó de acuerdo a Weeden & Wendel (1989). De los zimogramas se obtuvo el genotipo de los individuos de cada población. Con el programa GenAlex versión 6.2 (Peakall & Smouse 2006) se calculó, para cada población, el número promedio de alelos por locus (Na), el porcentaje de loci polimórficos (P), la heterocigosidad observada (H₀) y esperada (H_E) de Nei (1973), el número de alelos privados (U) y el índice de fijación (F_IS) de Wright (1951), obtenido como 1- H₀/ H_E de modo que valores positivos indican déficit de heterocigotos y valores negativos exceso de heterocigotos. La significancia estadística de los desvíos del equilibrio Hardy-Weinberg (H-W) se estimó a través de un test de Chi². Con el programa Arlequín 3.1 (Excoffier et al. 2005), se estimó la estructuración poblacional (F_ST) para el total de las poblaciones y para las poblaciones costeras y del interior por separadas. Con este mismo programa se realizó un análisis de varianza molecular (AMOVA), con el fin de determinar como se distribuye la variabilidad genética.

Para estimar la similitud genética entre todos los pares de poblaciones, se utilizó la distancia genética de Nei (1978). Las relaciones fenéticas se representaron a través de un dendrograma construido con el algoritmo "Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean (UPGMA)", usando el programa TFPGA 3.1 (Miller 1997). Para determinar el soporte de cada nodo, con el mismo programa, se llevó a cabo un análisis de bootstrap con 1000 permutaciones. Para saber si existe correlación entre los valores de distancia genética y la distancia geográfica se realizó un test de Mantel (Smouse et al. 1986)

Análisis morfológico

Se analizó un total de 71 individuos, 39 fueron recolectados en el rango costero y 32 en el interior. Del total de 56 caracteres considerados, 23 resultaron invariables y no se usaron en el estudio. Los 33 restantes fueron usados en el análisis, de los cuales 15 son cuantitativos continuos, seis cuantitativos discretos y 12 cualitativos doble estado. En la Tabla 2 se muestran los caracteres usados y sus respectivos estados (cuando correspondió).

Con los 71 individuos y los 33 caracteres, se construyó una matriz básica de datos, con la cual se realizó un Análisis de Componentes Principales (ACP) para describir la variabilidad de los caracteres y las relaciones de similitud entre las poblaciones. Los datos fueron previamente estandarizados y dada su naturaleza se utilizó el coeficiente de correlación momento-producto de Pearson para el cálculo de la similitud fenética y cuyos valores se usaron para el ACP (Sneath & Sokal 1973, Crisci & López-Armengol 1983). Estos análisis se llevaron a cabo usando el programa NTSyS 2.02h (Rohlf 2005).

Variabilidad genética

Con los nueve sistemas aloenzimáticos se obtuvo resolución de 17 loci para las 20 poblaciones. El número de individuos por población, de los cuales se obtuvo resolución para todos los loci, varió entre 7 y 39 (véase Tabla Cl en Material Complementario). Los valores de variabilidad genética para todas las poblaciones se muestran en la Tabla 1. El porcentaje de loci polimórfico resultó bastante variable entre poblaciones, con un rango entre 11.76 % y 58.82 % y un promedio (± EE) de 32.65 ± 3.18 % y el número promedio de alelos por locus varió entre 1.118 y 1.706 con un promedio de 1.359 ± 0.031. Además, fue posible detectar alelos privados en dos poblaciones costeras y una del interior (Tabla 1). Los valores de heterocigosidad observada (Ho), para el total de las poblaciones y loci, variaron entre 0.008 y 0.171, con un promedio (± EE) de 0.067 ± 0.010. Los valores de heterocigosidad esperada fluctuaron entre 0.008 y 0.173, con un promedio (± EE) de 0.079 ± 0.008. Al analizar las poblaciones de la costa y del interior por separado (Tabla 1), los valores de diversidad genética variaron con respecto al total. Estos valores resultaron más altos en las poblaciones del interior (H_o = 0.084, H_E = 0.106, P = 41.76) que en las del rango costero (Ho = 0.051, He = 0.052 P = 23.53). El índice de fijación promedio (F^IS) para todas las poblaciones fue de 0.125 con un rango que fluctuó entre -0.476 y 0.834. Dos poblaciones de la costa y cinco del interior presentaron desvíos significativos del equilibrio H-W, hacia valores de F^IS positivos y seis poblaciones (tres de la costa y tres del interior), presentaron desvíos significativos hacia valores negativos, el resto de los valores no son significativos (Tabla 1). Del mismo modo, también hubo diferencias en la distribución de la variabilidad genética. Los resultados del análisis de AMOVA, considerando el total de las poblaciones, indican que la mayor variabilidad se da entre poblaciones (44.18 %), seguida de la variabilidad intrapoblacional (41.71 %) y finalmente entre rangos de distribución, costa-interior (14.1 %). Todos estos valores resultaron altamente significativos (P < 0.05). Sin embargo, al analizar las poblaciones de ambos rangos de distribución por separado, los resultados fueron diferentes. En las poblaciones costeras la variabilidad se da prácticamente dentro de las poblaciones (80.26 %), en cambio en las del interior la mayor variabilidad se da entre poblaciones (56.98 %), ambos valores significativos (P < 0.05).

El valor de estructuración poblacional (Fst) para todos los loci y todas las poblaciones fue de 0.582. Para las poblaciones de la costa fue de 0.197 y para las del interior 0.318. Todos estos valores fueron significativos (P < 0.05). El fenograma obtenido sobre la base de los valores de distancia génica de Nei (1978), se muestra en la Fig. 2. Se puede apreciar que son cuatro poblaciones del interior (4187, 4214, 4216, 4218) las que claramente se separan de las demás poblaciones. El resto de las poblaciones se distribuyen en dos grandes ramas del fenograma, donde se mezclan poblaciones del interior y de la costa. Solamente una rama del árbol agrupa solo poblaciones costeras (4181, 4182, 4220 y 4226). Los resultados del test de Mantel indican que no existe correlación entre los valores de distancia genética y la distancia geográfica de las poblaciones (R² < 0,01 con una significancia estadística para este valor, de P = 0.23), situación que se ve reflejada al comparar el mapa de distribución de la Fig. 1 con el fenograma de la Fig. 2.

Fig. 2: Fenograma que representa las relaciones de similitud genética entre las poblaciones de A. hookeri subsp. hookeri. (C) = poblaciones costeras. (I) = poblaciones del interior. Phenogram representing the genetic similarity relationships among populations of A. hookeri subsp. hookeri. (C) = coastal populations. (I) = Central Valley populations.

El resultado del ACP (Fig. 3) obtenido a partir de la matriz básica de datos (véase Tabla C2 en Material Complementario), muestra la distribución de los 71 individuos analizados en el espacio representado por los tres primeros componentes. La distorsión de los datos en estos tres ejes fue menor al 9 %. El ACP muestra una amplia variabilidad morfológica entre los individuos analizados, no pudiendo reconocer claramente entre poblaciones costeras y del interior. Sin embargo, se puede apreciar una tendencia, en la cual la mayoría de los individuos pertenecientes a poblaciones del interior se ubican hacia valores negativos del eje 2. Por el contrario hacia los valores positivos del mismo eje se agrupan la mayoría de los individuos de poblaciones costeras (Fig. 3A y 3B). En el centro se ubican individuos tanto de distribución costera como del interior. En la Tabla 3, se muestran los caracteres que más aportan a la variabilidad de cada componente.

Fig. 3: Resultados del ACP, mostrando las relaciones de distancia entre las muestras morfológicamente analizadas. Cuadrados negros representan individuos de poblaciones del interior. Cuadrados blancos representan individuos de poblaciones costeras. A y B: dos diferentes vistas del espacio formado por los tres componentes principales. Results of PCA, showing distance relationships among morphologically studied samples. Black squares represent individuals from Central Valley. White squares represent samples from Coastal range. A and B: two views of the space formed by the three principal components.

DISCUSIÓN

Variabilidad morfológica

Tres importantes factores inciden sobre los niveles de diversidad genética y su distribución en poblaciones naturales de plantas: (1) el sistema de reproducción, (2) la dispersión de las semillas y (3) el aislamiento reproductivo entre poblaciones. (Hamrick & Godt 1989, 1996, Hamrick & Nason 1996). Para A hookeri subsp. hookeri estos tres factores en conjunto juegan un rol fundamental en los valores de variabilidad genética y estructuración poblacional. Con relación al primer punto, las características florales de A. hookeri subsp. hookeri hacen suponer un modo de reproducción cruzada asistida por insectos, tal como se ha documentado para otras especies de Alstroemeria (Cavieres et al. 1998, Botto-Mahan & Ojeda-Camacho 2000, Suárez et al. 2009). Esto haría esperable una alta variabilidad intrapoblacional y baja variabilidad entre poblaciones (Hamrick & Godt 1996). Por otro lado, cuando hay autocompatibilidad y reproducción vegetativa, la situación es contraria, esperándose una baja variabilidad intrapoblacional y altos niveles de variabilidad interpoblacional (Hamrick & Godt 1996). Los valores promedio de variabilidad genética obtenidos en el presente trabajo (He = 0.079; Hq = 0.067; P = 12.4; Na = 1.4) estarían apoyando la segunda hipótesis. A pesar de que muy poco se sabe sobre la biología reproductiva de A. hookeri subsp. hookeri, se ha documentado que la mayoría de las especies de Alstroemeria son parcial o completamente autocompatibles (Rougier 2005), lo cual favorecería una baja diversidad genética intrapoblacional y alta variabilidad entre poblaciones. Sin embargo, la autocompatibilidad no significa necesariamente que exista autopolinización, de hecho, también se ha descrito que la protandria ocurre en el género, lo que resultaría clave para disminuir la autofertilización. En el presente trabajo se detectó mucha variabilidad en el largo y coloración de las anteras y filamentos, en el tamaño y dehiscencia de las anteras y longitud del estilo, encontrándose cinco morfotipos florales distintos en todas las muestras analizadas morfológicamente, sin embargo, estas observaciones son preliminares y no se puede asegurar que en A. hookeri exista protandria, aunque el proceso se ha descrito como generalizado en el género (Muñoz & Moreira 2003). Otro aspecto importante a considerar es que las especies de Alstroemeria se reproducen vegetativamente a través de rizomas, lo que ayudaría a mantener altos niveles de estructuración genética, fenómeno que también ocurre en el complejo A. hookeri. Además, nuestros resultados son congruentes con los obtenidos para poblaciones de especies con sistema de reproducción cruzada, pero ocasionalmente con autopolinización (He= 0.09; P = 29.2 %; Hamrick & Godt 1996). También son congruentes con los obtenidos para A. aurea (H_E= 0.093; H₀ = 0.086; P = 25 %; Na = 1.3; Souto & Premoli 2003), una especie con atributos biológicos similares a A. hookeri subsp. hookeri. Similares índices de diversidad genética se han publicado para especies con rango geográfico limitado (H_E = 0.063; P = 26.3 %; Hamrick & Godt 1996), como lo es justamente A. hookeri subsp. hookeri.

Con relación al segundo punto, todas las especies de Alstroemeria diseminan sus semillas a través de un proceso explosivo (gravedad) de la cápsula (Rougier 2005), lo que indica que la dispersión de las semillas es relativamente restringida, si se compara con procesos de dispersión asistida por viento o animales. Al respecto, se ha documentado que para A. aurea las semillas tienen baja capacidad de diseminación (Souto et al. 2002). A pesar de que no se han hecho estudios detallados para A. hookeri subsp. hookeri y, dado que el proceso de diseminación de semillas es el mismo para todo el género, lo más probable que ocurra, es que esta subespecie también tenga una limitada capacidad de dispersión. En este sentido nuestros resultados de diversidad genética, son muy parecidos a los de A. aurea, apoyando esta hipótesis.

Considerando el tercer punto, Alstroemeria hookeri subsp. hookeri, presenta una distribución geográfica disjunta, a ambos lados de la Cordillera de la Costa en la Región del Biobio y del Maule (Fig. 1). Las poblaciones del rango costero, generalmente son muy extensas y con gran cantidad de individuos, en cambio las del interior están muy fraccionadas, creciendo entre plantaciones forestales y asentamientos humanos como pueblos y pequeñas ciudades (observación personal de terreno). Esta separación espacial entre las poblaciones, hace que el flujo génico entre ellas se vea muy afectado dependiendo de la capacidad de vuelo de los polinizadores. Los resultados del análisis de AMOVA indican que la variabilidad genética radica principalmente entre poblaciones (44.18 %), seguida por la variabilidad intrapoblacional (41 %) y finalmente, la menor variabilidad se da entre ambos rangos de distribución (14.1 %). Estos valores son congruentes con el alto valor de estructuración genética (Fst = 0.582). Sin embargo, al analizar las poblaciones de ambos rangos de distribución por separado, los resultados del AMOVA y los valores de Fst indican que la estructuración poblacional es significativamente menor en la costa que en el interior. Esta situación podría ser explicada por dos factores. Por un lado, la fragmentación poblacional a la que han estado expuestas las poblaciones del interior y la poca capacidad de diseminación de polen y semillas que tiene la subespecie. Ambos factores contribuyen a un flujo genético limitado entre poblaciones, lo que tendría como consecuencia una alta estructuración genética entre las poblaciones del interior. Este mismo hecho explica las grandes diferencias (14 veces) de los valores de Fst entre zonas geográficas en A. aurea (Souto & Premoli 2003), donde la fragmentación y la conducta de los polinizadores han jugado un rol fundamental en los altos valores de Fst encontrados para una localidad con alto grado de alteración, comparado con los bajos valores en sitios más prístinos (Souto & Premoli 2003). Además, se ha documentado que los polinizadores de A. aurea no vuelan más allá de un metro entre flores (Souto et al. 2002). Con respecto a los polinizadores de A. hookeri, no se tiene información acerca de las especies de insectos que intervienen, ni la conducta de estos en términos de la capacidad de vuelo entre poblaciones. Sin embargo, se han documentado varias especies de insectos que visitan las flores de diferentes especies de Alstroemeria (Aizen & Basilio 1998, Cavieres et al. 1998, Botto-Mahan & Ojeda-Camacho 2000, Souto et al. 2002, Souto & Premoli 2003, Suárez et al. 2009), lo que hace suponer que podrían también polinizar a A. hookeri subsp. hookeri y probablemente con poca capacidad de vuelo entre poblaciones, lo que estaría siendo apoyado por los resultados de estructuración y del análisis de AMOVA.

Con respecto a las diferencias cariológicas (Cajas et al. 2009, Baeza et al. 2010) y morfológicas leves (este trabajo) que se han encontrado, los resultados genéticos no concuerdan con una separación entre poblaciones de la costa y del interior. Si bien es posible encontrar poblaciones del interior muy diferentes genéticamente al resto de las poblaciones, no se aprecian en el dendrograma agrupaciones claras separando ambos rangos de distribución geográfica. Sin embargo, a este respecto, no se pueden hacer afirmaciones concluyentes dado los bajos valores de bootstrap en casi todas las ramas del árbol. Un aspecto importante a considerar es que la diferenciación genética entre las poblaciones no es explicada por distancia geográfica, tal como lo demuestra el resultado del test de Mantel.

Finalmente, sobre la base de nuestros resultados, se puede concluir que los niveles de variabilidad genética y de estructuración poblacional detectados en A. hookeri subsp. hookeri, están altamente influenciados por el sistema de reproducción cruzada, probablemente con autofertilización ocasional, reproducción vegetativa a través de rizomas y baja capacidad de diseminación de polen y dispersión de semillas.

Desde el punto de vista de la conservación de esta subespecie, es importante considerar los altos valores de estructuración poblacional encontrados, el escaso número de alelos y la presencia de alelos únicos encontrados en algunas poblaciones, los que pudieran tener importancia selectiva frente a los cambios ambientales, que en la actualidad suceden dramática y vertiginosamente. Desde esta perspectiva, también es importante tener en cuenta los desvíos del equilibrio H-W hacia valores negativos, si bien varios de estos valores no son significativos, aquellos que sí lo son (P < 0.05), indican exceso de heterocigotos en algunas poblaciones, información que debiera ser considerada al momento de un eventual plan de conservación de esta subespecie, conservando áreas donde se concentre mayor cantidad de variabilidad genética. Otro aspecto a considerar son aquellos lugares donde las poblaciones presentan alto déficit de heterocigotos (valores significativamente mayores que cero), principalmente poblaciones del interior, donde las poblaciones están siendo afectadas, probablemente por reducción y fragmentación de su habitat.

MATERIAL COMPLEMENTARIO

Las Tablas C1 y C2 están disponibles como Material Complementario online en http://rchn.biologiachile.cl/pdfs/2010/4/MC_Ruiz_et_al_2010.pdf.

 

AGRADECIMIENTOS

Se agradece a: FONDECYT 1070520, Universidad de Concepción DIUC 204.111.036-1.0, Dra. Denise Rougier, quien amablemente nos envió parte de su tesis doctoral, Dr. Cristian Torres-Díaz por sus valiosos aportes en el tratamiento estadístico de los datos.

 

LITERATURA CITADA

AAGESEN L & M SANSO (2003) The phylogeny of the Alstroemeriaceae, based on morphology, rps16 Intron, and rbcL sequence data. Systematic Botany 28: 47-69.

AIZEN MA & A BASILIO (1998) Sex differential nectar secretion in protandrous Alstroemeeria aurea (Alstroemeriaceae): Is production altered by pollen removal and receipt? American Journal of Botany 85: 245-252.

ARROYO MT, P MARQUET, C MARTICORENA, J SIMONETTI, L CAVIARES, F SQUEO, R ROÍZ & F MASSARDO (2008) El hotspot chileno, prioridad mundial para la conservación. En: Rovira J, J Ugalde & M Stutzin (eds) Biodiversidad de Chile, patrimonio y desafíos: 90-93. CONAMA, Ocho Libros Editores, Santiago, Chile.

BAEZA C, E RUIZ & M NEGRITTO (2010) Comparative karyotypic analysis in the Alstroemeria hookeri Lodd. (Alstroemriaceae) complex sensu Bayer (1987). Genetics and Molecular Biology 33: 119-124.

BAYER E (1987) Die Gattung Alstroemeria in Chile. Mitteilungen der Botanischen Staatssammlung Munchen 24: 1-362.

BOTTO-MAHAN C & M OJEDA-CAMACHO (2000) The importance of floral damage for pollinator visitation in Alstroemeria ligtu L. Revista Chilena de Entomología (Chile) 26: 73-76.

BUITENDIJK J & M RAMANNA (1996) Giemsa C-banded karyotypes of eight species of Alstroemeria L. and some of their hybrids. Annals of Botany 78: 449-457.

BUITENDIJK J, E BOON & M RAMANNA (1997) Nuclear DNA content in twelve species of Alstroemeria L. and some of their hybrids. Annals of Botany 79: 343-353.

CAJAS D, CM BAEZA, E RUIZ & MA NEGRITTO (2009) Análisis citogenético en poblaciones de Alstroemeria hookeri Lodd. ssp. hookeri (Alstroemeriaceae) en la Región del Bio-bio, Chile. Gayana Botánica 66: 117-126.

CAVIERES LA, AP PEÑALOZA & MTK ARROYO (1998) Efectos del tamaño floral y densidad de flores en la visita de insectos polinizadores en Alstroemeria paluda Graham (Amaryllidaceae). Gayana Botánica 55: 1-10.

CRISCI JV & MF LÓPEZ-ARMENGOL (1983) Introducción a la teoría y práctica de la taxonomía numérica. Monografía 26, Serie de Biología, Programa de Monografías Científicas, OEA, Washington DC.

EXCOFFIER LG, G LAVAL & S SCHNEIDER (2005) Arlequín ver. 3.0: An integrated software package for population genetics data analysis. Evolutionary Bioinformatics Online 1: 47-50.

GOTTLIEB LD (1981) Electrophoretic evidence and plant populations. Progress in Phytochemistry 7: 1-46.

HAMRICK JL & MJW GODT (1989) Allozyme diversity in plant species. En: Brown HD, MT Clegg, AL Kahler & BS Weir (eds) Plant population genetics, breeding and germplasm resources: 43-63. Sinauer, Sunderland, MA.

HAMRICK JL & MJW GODT (1996) Conservaron genetics of endemic plant species. En: Avise JC & JL Hamrick (eds) Conservation genetics. Case histories from nature: 281-304. Chapman and Hall, New York, USA.

HAMRICK JL & JD NASON (1996) Consequences of dispersal in plants. En: Rhodes OE, RK Chesser & MH Smith (eds) Population dynamics in ecological space and time: 203-235. The University of Chicago Press, Chicago, USA.

HOLMGREN PK, NH HOLMGREN & LC BARNETT (1990) Index herbariorum. Part I: The herbaria of the world, 8th edition. New York Botanical Garden, New York, USA

HOSHINO Y (2008) Advances in Alstroemeria Biotechnology. En: Da Silva JAT (ed) Floriculture, ornamental and plant biotechnology: Advances and topical issues. Volume V: 540-547. Global Science Books Ltd, Sapporo, Japon.

JEU M, H SASBRINK, F GARRIGA-CALDERÉ & J PIKET (1992) Sexual reproduction biology of Alstroemeria. Acta Horticulturae 325: 571-575.

LAZO I, R GINOCCHIO, H COFRE, Y VILINA & A IRIARTE (2008) Nuestra diversidad biológica. En: Rovira J, J Ugalde & M Stutzin (eds) Biodivesrsidad de Chile, patrimonio y desafíos: 49-55. CONAMA, Ocho Libros Editores, Santiago, Chile.

MILLER MP (1997) Tools for population genetic analyses (TFPGA) ver. 1.3. A Windows program for the analysis of allozyme and molecular population genetic data. Utah State University, Logan, Utah, USA.

MIYAKE I (1989) Breeding spotless Alstroemeria in Japan. Herbertia 45: 40-44.

MUÑOZ M & A MOREIRA (eds) (2003) Alstroemerias de Chile. Diversidad, distribución y conservación. Taller La Era, Santiago, Chile.

NEI M (1973) Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 70: 3321-3323.

NEI M (1978) Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individuals. Genetics 89: 583-590.

PEAKALL R & PE SMOUSE (2006) GENALEX 6: Genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research. Molecular Ecology Notes 6: 288-295.

RAVENNA P (1988) New or noteworthy species of Alstroemeria. Phytologia 64: 281-288.

ROHLF FJ (2005) NTSYSpc, version 2.20L. Exeter Software, Setauket, New York.

ROUGIER D (2005) Evolución de caracteres florales relacionados con el sistema de reproducción en el género Alstroemeria L. (Alstroemeriaceae) en Chile. Tesis Doctoral, Facultad de Ciencias, Universidad de Chile, Santiago, Chile.

SANSO A (1996) El género Alstroemeria (Alstroemeriaceae) en Argentina. Darwiniana 34: 349-382.

SANSO A (2002) Chromosome studies in Andean taxones of Alstroemeria (Alstroemeriaceae). Botanical Journal of the Linnean Society 138: 451-459.

SHINODA K & M MURATA (2003) Cross-compatibility in interspecific hybridization of fifteen Alstroemeria species. Journal of Japanese Society for Horticultural Science 72: 557-561.

SMOUSE PE, JC LONG & RR SOKAL (1986) Multiple regression and correlation extensions of the Mantel test of matrix correspondence. Systematic Zoology 35: 627-632.

SNEATH P & R SOKAL (1973) Numerical taxonomy. The principles and practice of numerical classification. Freeman, San Francisco, USA.

SOUTO CP, MA AIZEN & AC PREMOLI (2002) Effects of crossing distance end genetic relatedness on pollen performance in Alstroemeeria aurea (Alstroemeriaceae). American Journal of Botany 89: 247-432.

SOUTO CP & AC PREMOLI (2003) Genetic divergence among natural populations of Alstroemeeria aurea D. Don: A dominant clonal herb of the understory in subalpine Nothofagus forests. Botanical Bulletin of Academia Sínica 44: 329-336.

STEPHENS J, T TSUCHIYA & H HUGHES (1993) Chromosome studies in Alstroemeria pelegrina L. International Journal of Plant Science 154: 565-571.

SUÁREZ LH, WL GONZÁLEZ & E GIANOLI (2009) Foliar damage modifies floral attractiveness to pollinators in Alstroemeria exerens. Evolutionary Ecology 23: 545-555.

WEEDEN NF & JF WENDEL (1989) Genetics of plant isozymes. En: Soltis DE & PS Soltis (eds) Isozymes in plant biology: 5-45 Dioscorides Press, Portland, USA.

WRIGHT S (1951) The genetical structure of populations. Annals of Eugenetics 15: 323-354.

 

Editor Asociado: Sylvain Faugeron

Recibido el 17 de agosto de 2009; aceptado el 30 de septiembre de 2010