Diversidad y diferenciación genética de Porlieria chilensis (I.M. Johnst.) Frente a restricción hídrica

Abstract

El actual fenómeno de la Mega Sequía provoca cambios negativos en las condiciones ambientales para muchas especies nativas. Esto sugiere la necesidad de identificar poblaciones y/o individuos con genes que presenten un mayor nivel de expresión, y confieran aclimatación y adaptación frente a dichos cambios, permitiendo un mejor desarrollo y sobrevivencia de estas especies. Por otra parte, la diversidad y diferenciación genética pueden usarse como instrumentos de conservación al identificar y caracterizar genes con funciones importantes que juegan un rol en la adaptación a un hábitat cambiante. La presente memoria tiene como objetivo estimar la diversidad y diferenciación genética de Porlieria chilensis (guayacán) en dos poblaciones (Colina y El Melón), sometidas a un experimento de restricción hídrica. Para esto se describirán genes con funciones relevantes en el metabolismo y que se expresan diferencialmente bajo condiciones de riego y restricción hídrica. Además, se caracterizarán marcadores moleculares de tipo Polimorfismo de Nucleótido Único (SNP en inglés) y se identificarán rutas, componentes y funciones expresadas. A partir, de una base de datos desarrollada por experimentos previos se expresaron, secuenciaron y clasificaron 2.985 marcadores moleculares tipo SNP. Los resultados indican que en promedio los valores de heterocigosidad observada (Ho) y heterocigosidad esperada (He), para las dos poblaciones analizadas son de un 0,3794 (Colina) y 0,2747 (El Melón); mientras que el valor de índice de fijación (Fst) entre ambas poblaciones es de 0,0069. De los 2.985 SNPs, se encontró que la gran mayoría (78%) de estos están bajo equilibrio de Hardy-Weinberg. De estos SNPs se detectan 200 que se sub- o sobre- expresan diferencialmente en diversos procesos biológicos involucrados en la respuesta a la restricción hídrica, tales como canales de agua, chaperonas, proteasas y quinasas. Además, se describe una de las rutas metabólicas, donde se indican seis importantes procesos para la biología de guayacán (“Proceso celular”, “Proceso metabólico”, “Regulación biológica”, “Regulación de procesos biológicos”, “Localización”, y “Respuesta a estímulos”). En conclusión, ambas poblaciones presentan valores altos de diversidad genética en comparación a otras especies con rasgos taxonómicos similares. Además, se evidencia una baja diferenciación genética, lo que indica una escasa o nula estructuración genética de estas dos poblaciones analizadas. Por otra parte, la expresión de SNPs en procesos biológicos guarda relación con la restricción hídrica tales como traducción, procesos de oxido-reducción y fosforilación. Lo anterior muestra el impacto de la restricción hídrica a nivel molecular, donde la mayoría de los SNPs tienen una sobre expresión, aumentando su actividad o su contenido.

The current Mega-Drought phenomenon causes negative changes in environmental conditions for many native species. This suggests the need to identify populations and / or individuals with genes that present a higher level of expression and confer acclimatization and adaptation to these changes, allowing better development and survival of these species. On the other hand, genetic diversity and differentiation can be used as conservation tools by identifying and characterizing genes with important functions that play a role in adaptation to a changing habitat. The purpose of this report is to estimate the diversity and genetic differentiation of Porlieria chilensis (Guayacán) in two populations (Colina and El Melón) subjected to a water restriction experiment. For this, genes with relevant functions in metabolism and that are differentially expressed under irrigation conditions and water restriction will be described. In addition, Single Nucleotide Polymorphism (SNP) molecular markers will be characterized and expressed routes, components and functions will be identified. From a database developed by previous experiments, 2,985 SNP-type molecular markers were expressed, sequenced and classified. The results indicate that on average the observed heterocigosity (Ho) and expected heterocigosity (He) values, for the two populations analyzed are 0.3794 (Colina) and 0.2747 (El Melón); while the value of fixation index (Fst) between both populations is 0.0069. Of the 2,985 SNPs, the vast majority (78%) of these were found to be under Hardy-Weinberg equilibrium. Of these SNPs, 200 are detected that are differentially under- or overexpressed in various biological processes involved in the response to water restriction, such as water channels, chaperones, proteases and kinases. In addition, one of the metabolic routes is described, where six important important processes for the biology of Guayacán are indicated ("Cell process", “Metabolic process”, "Biological regulation", "Regulation of biological processes", "Localization", and "Response to stimuli”). In conclusion, both populations present high values of genetic diversity compared to other species with similar taxonomic traits. In addition, a low genetic differentiation is evidenced, which indicates little or no genetic structuring of these two populations analyzed. On the other hand, the expression of SNPs in biological processes is related to water restriction such as translation, oxidation-reduction processes and phosphorylation. The above shows the impact of water restriction at the molecular level, where most SNPs have an overexpression, increasing their activity or content.