Estudio de la diversidad genética de la morera de papel (Broussonetia papyrifera (l.) L’Herit. Ex vent.) en el pacífico mediante un marcador molecular de sexo y microsatélites

Abstract

El poblamiento de la Polinesia corresponde al último proceso de colonización humana del planeta en tierras inhabitadas. Éste es un tema de gran interés debido a que aún existen interrogantes, como por ejemplo: ¿Hubo uno o más eventos colonizadores? y ¿Cuáles fueron las rutas seguidas por los viajeros? Las primeras investigaciones fueron abordadas mediante técnicas arqueológicas y lingüísticas, siendo posteriormente complementadas con el uso de marcadores moleculares. Muchos estudios de poblamiento humano mediante marcadores moleculares están orientados al estudio del ADN humano de poblaciones actuales, sin embargo, en Polinesia las poblaciones fueron severamente diezmadas producto del contacto europeo y los habitantes actuales no necesariamente son representativos de las poblaciones originales. Por esta razón se han buscado alternativas al análisis de muestras humanas, como es el estudio de especies comensales asociadas al hombre. Entre estas especies se encuentra Broussonetia papyrifera, una especie vegetal nativa de Asia, que fue introducida en la Polinesia por los grupos colonizadores dada su importancia como materia prima para la fabricación de textiles. En base a estos antecedentes, se plantea la siguiente hipótesis: “El estudio de polimorfismos genéticos mediante marcadores moleculares de sexo y SSR en individuos de Broussonetia papyrifera provenientes de Asia y distintas islas del Pacífico, permite identificar el sexo de los individuos, así como también identificar poblaciones genéticamente diferentes, que proporcionen información para dilucidar rutas de dispersión por acción antrópica para la comprensión del proceso de colonización de Oceanía Remota”. Los análisis con marcadores moleculares se realizaron con el material genético de un banco de ADN genómico, el cual fue construido durante el desarrollo de esta tesis. Este banco genómico se desarrolló a partir de muestras foliares contemporáneas de 191 individuos diferentes de B. papyrifera, provenientes de 3 países de Asia y 9 islas o grupos de islas, comprendiendo numerosas localidades de Polinesia. Los análisis de la identificación del sexo de las muestras del banco genómico, se realizaron tras la implementación de un método de análisis para la caracterización del sexo de los individuos de B. papyrifera. El diseño de este método incluyó un marcador SCAR desarrollado en esta tesis, el cual identifica a individuos de sexo masculino. Los análisis de identificación de sexo mostraron la presencia exclusiva de individuos femeninos en la totalidad de las localidades de la Polinesia, excepto en Hawái, donde se observó la presencia de individuos de ambos sexos, en una proporción similar a la observada en las localidades asiáticas analizadas. Estos resultados sugieren una historia de colonización o dispersión diferente y más compleja para Hawái, que de las demás localidades analizadas de la Polinesia. La genotipificación de los individuos de Polinesia se realizó con marcadores de microsatélites específicos para B. papyrifera, la mayoría desarrollados en el marco de este trabajo. Se seleccionó una batería de 14 marcadores SSR que se aplicó a los individuos de Asia y Polinesia. En Asia se encontró gran diversidad genética (96,6%), en cambio hay una baja diversidad genética (20,5%) entre las muestras polinésicas analizadas. A pesar de encontrar una diversidad genética reducida, se logró identificar poblaciones diferentes al interior de la Polinesia, demostrando la validez de la hipótesis de este estudio. El análisis de las poblaciones identificadas mediante la genotipificación sirvió para establecer relaciones entre éstas, las cuales permitieron inferir probables rutas de dispersión y poblamiento. Se identificó a la población de Taiwán como posible ancestro de las poblaciones polinésicas, lo cual es concordante con datos de la literatura. Se encontró que las poblaciones provenientes de Polinesia occidental se diferencian de las de Polinesia oriental. Además los individuos de B. papyrifera masculinos encontrados en Hawái presentan una gran distancia genética con las restantes poblaciones polinésicas, sugiriendo un segundo proceso de colonización, sin descartar migraciones en periodos históricos. En resumen, se identificó diversidad genética en poblaciones de B. papyrifera actuales, procedentes de las islas de la Polinesia, validando el uso de los marcadores moleculares propuestos. Aún más importante, es que esta investigación reafirma la utilización de B. papyrifera como un buen modelo comensal para el estudio del poblamiento humano de la Polinesia

The settlement of Polynesia was the last process of human colonization of unhabited lands. This is a topic of great interest as there are still questions such as: Were there one or more colonization events? and What were the routes taken by early settlers? Research in this area was initially addressed by archaeological and linguistic techniques, and later supplemented by the use of molecular markers. At first, molecular marker analyses were oriented towards the study of contemporary human populations. However, due to European contact, populations were severely depleted and the current inhabitants are not necessarily representative of the original populations. For this reason, alternatives to the analysis of human samples, as is the study of commensal species associated with man, have been used. Among these species is Broussonetia papyrifera, a native plant from Asia that was introduced into Polynesia by the early colonizing groups, as a raw material for the manufacture of textiles. Based on this context, the following hypothesis is proposed: "The study of genetic polymorphisms using molecular markers of gender and SSR in individuals of Broussonetia papyrifera from Asia and various Pacific islands identifies the sex of individuals and genetically distinct populations, and provides information to propose possible dispersal routes by human action for understanding the process of colonization of Remote Oceania". The molecular marker analyses were performed with the genetic material of a genomic DNA bank, which was built during this thesis. This genomic DNA bank was developed from contemporary leaf samples of 191 individuals of B. papyrifera, from three Asian countries and nine islands or island groups in Polynesia. Analyses of sex identification were conducted after the implementation of an accurate method for determining the sex of B. papyrifera individuals. The design included a SCAR marker developed in this thesis, which identifies male individuals. Results of sex identification showed the exclusive presence of female individuals in all localities in Polynesia, except in Hawaii, where the presence of individuals of both sexes were observed in a similar proportions, as observed in the Asian locations analyzed in this work. These results suggest a different and more complex dispersal history for B. papyrifera in Hawaii, compared to all other Polynesian locations analyzed. B. papyrifera microsatellite markers were developed within the scope of this project, and were used in conjunction with other specific SSR markers. Genotyping was performed with a set of 14 SSR markers of samples from the Asian and Polynesian regions. Asian samples exhibited high genetic diversity (96,6%), while low genetic diversity (20,5%) was detected among the Polynesian samples. Nonetheless, different populations within Polynesia were identified, providing positive evidence for the hypothesis of this study. Relationships derived from the genotyping analysis of the identified populations, allowed inferring possible dispersal routes of during human settlement. We identified the population of Taiwan as a possible ancestor of the Polynesian samples, which is consistent with the literature. We found that populations from western Polynesia differ from those of Eastern Polynesia. Furthermore, the male individuals of B. papyrifera found in Hawaii are genetically distant from the other Polynesian populations, suggesting a second process of colonization or migration, which may have occurred even during historical periods. To summarize, genetic diversity was identified in contemporary B. papyrifera populations from the islands of Polynesia, validating the use of the proposed molecular markers. Even more importantly, this research strengthens the use of B. papyrifera as a commensal model for the study of human settlement of Polynesia