Análisis genético de la morera de papel, una planta de importancia cultural en Asia y la Polinesia, mediante el uso de marcadores moleculares anónimos ISSR

Abstract

El último gran evento migratorio llevado a cabo por las poblaciones humanas fue la colonización de las islas de la Polinesia. Esta travesía, realizada a través de la mayor extensión de océano de la superficie terrestre, fue un hecho que necesitó de una gran planificación para sobrellevar las grandes distancias entre las islas. Para comprender cabalmente estos flujos migratorios se hace necesario establecer el contexto espacio-temporal en que este proceso fue llevado a cabo. En cada una de las áreas de investigación, el modelo de estudio se presenta como un factor determinante a la hora de obtener información útil y sin sesgos. En este trabajo se ha propuesto a Broussonetia papyrifera o la morera de papel, como un modelo de estudio apropiado para dilucidar las rutas migratorias del hombre en la Polinesia debido a su gran importancia cultural, económica y política en Asia y en Oceanía. B. papyrifera ha estado ligada al hombre desde el comienzo de sus viajes y ha sido propagada en Polinesia mediante reproducción vegetativa. Con el advenimiento de técnicas moleculares capaces de identificar cambios a nivel de la secuencia de DNA, surgieron una serie de herramientas biológicas de alta resolución. Los ISSR son un tipo de marcador molecular dominante, el cual utiliza las repeticiones de nucleótidos del genoma para informar los cambios que suceden. Entre sus ventajas están su alta reproducibilidad, bajo costo y la posibilidad de utilizarlos sin conocer la secuencia de DNA blanco. La propuesta de este trabajo es determinar la diversidad genética de B. papyrifera como modelo de estudio en Asia y Polinesia para establecer los posibles movimientos migratorios sucedidos en la Polinesia mediante métodos de agrupamiento y herramientas estadísticas basadas en distancia. Para este trabajo fue necesario montar y optimizar la técnica de ISSR, lo cual permitió contar con un perfil genético de datos para distintos individuos provenientes de 3 poblaciones de Asia y 6 islas de la Polinesia. Esta información fue organizada en una matriz binaria de presencia-ausencia de bandas para ser analizada mediante un dendrograma utilizando los algoritmos neighbor-joining y UPGMA. Se generó una matriz de distancia genética y geográfica la cual fue analizada utilizando la prueba de Mantel. Para explorar la similitud de poblaciones se realizó un análisis de coordenadas principales (PCoA). El montaje y la optimización de la técnica ISSR permitió obtener perfiles genéticos de alta resolución, intensidad y con un alto número de bandas para 83 muestras de distintas localidades de Asia y Polinesia. Los dendrogramas obtenidos agruparon en distintas ramas las 3 poblaciones de Asia y diferenciaron dos grupos de individuos de Hawái; sin embargo, no diferenciaron las poblaciones de individuos provenientes de Polinesia. La prueba de Mantel mostró una correlación entre las diferencias genéticas entre las poblaciones y su localización geográfica en el contexto global de Asia-Polinesia; sin embargo, dentro de la región asiática como en Polinesia no se encontró una correlación. El análisis de coordenadas principales (PCoA) confirmó la separación de los individuos de Asia y la subdivisión de Hawái en dos grupos, aunque no fue capaz de distinguir las poblaciones de Polinesia. La técnica molecular ISSR resultó útil para diferenciar las distintas poblaciones asiáticas y separar éstas de las localidades de Polinesia. Sin embargo, la capacidad de discriminación de bandas obtenida mediante esta técnica no permitió resolver totalmente las poblaciones polinésicas. A pesar de esto, los estudios realizados con el marcador molecular ISSR entregaron información valiosa acerca de las diferencias entre poblaciones de Asia y Polinesia y la subdivisión de Hawái, complementando la información entregada por marcadores SSR, de DNA de cloroplastos e ITS

The last major migration event conducted by human populations was the colonization of the islands of Polynesia. This trip, made through the largest area of surface ocean, was an event that required planning to overcome the great distances between islands. To fully understand these flows is necessary to establish the spatial and temporal context in which this process was conducted. In each of the areas of research, the study model is presented as a determining factor in obtaining useful and unbiased information. This paper has proposed Broussonetia papyrifera or paper mulberry, as a model to elucidate the migratory routes in Polynesia due to its cultural, economic and political importance in Asia and Oceania. B. papyrifera has been linked to man since the beginning of his trip and has been propagated in Polynesia by vegetative reproduction. With the advent of molecular techniques able to identify subtle changes in the DNA sequence, a series of high-resolution biological tools emerged. ISSR (Inter-Simple Sequence Repeats) are dominant markers, which uses nucleotide repeats in the genome to report changes that occur. Among its advantages are its high reproducibility, low cost and the possibility to use them prior knowledge the target DNA sequence. The purpose of this study is to determine the genetic diversity of B. papyrifera as a study model in Asia and Polynesia to establish potential migration occurred in Polynesia by clustering methods and statistical tools based on distance. For this work it was necessary to set up and optimize ISSR technique, which allowed us to have a genetic profile data for different individuals from 3 populations of Asia and 6 islands of Polynesia. This information was organized into a binary presence-absence matrix and analyzed using the neighbor-joining and UPGMA algorithms to build a dendrogram. An array of genetic and geographic distance was generated and analyzed by a Mantel Test. To explore the population similarity, a Principal Coordinates Analysis (PCoA) was performed. ISSR Installation and optimization allowed to obtain genetic profiles of high resolution, intensity and number of bands for 83 samples from different Asian and Polynesian locations. Three Asian populations were grouped into 3 different branches and two Hawaiian groups were differentiated, however Polynesian populations were not differentiated. The Mantel Test showed a correlation between genetic distance and geographic location for populations in the global context of Asia and Polynesia, nevertheless within the Asian and Polynesian region, no correlation was found. The Principal Coordinates Analysis (PCoA) confirmed the separation of Asian individuals and the Hawaiian subdivision into two groups, but was unable to distinguish the Polynesian populations. ISSR molecular marker proved usefulness to differentiate the different Asian populations and separate them from the Polynesian samples. Nevertheless, the discrimination of bands obtained by this technique did not resolve the Polynesian populations. Despite this, studies with ISSR molecular marker gave valuable information about the differences between populations of Asia and Polynesia, and allow to identify the Hawaiian subdivision, complementing the information provided by SSR markers, chloroplast DNA and ITS