Genetic structure of forest trees in biodiversity hotspots at different spatial scales

Résumé

Los bosques son los -pulmones verdes- de nuestro planeta y proporcionan servicios ecosistémicos importantes. Sin embargo, la cubierta forestal está disminuyendo, principalmente debido al impacto humano y el cambio climático. Con el objetivo de determinar los factores ambientales que moldean la estructura genética de especies claves de ecosistemas forestales de alta biodiversidad (biodiversity hotspots), se han estudiado la diversidad genética y la estructura genética espacial en dos casos de estudio, a diferentes escalas espaciales: Symphonia globulifera L.f. en áreas tropicales de África y América, y dos especies de pinos Mediterráneos, Pinus pinaster Aiton y Pinus halepensis Miller.Un estudio de filogeografía en S. globulifera reveló la existencia de cuatro grupos genéticos (GPs) en el África Ecuatorial Atlántica (GP1, poblaciones costeras de Benin; GP2: oeste de Camerún; GP3, sur de Camerún y Gabón, y GP4 São Tomé). Los resultados de la filogeografía y de la demografía de poblaciones de S. globulifera apoyan parcialmente la hipótesis de los refugios glaciales. El elevado número de haplotipos endémicos con rangos de distribución estrechos indica también la persistencia de S. globulifera tanto dentro como fuera de lugares postulados como refugios forestales (sensu Maley 1996).La capacidad limitada de dispersión es el factor principal que influye en la estructura genética espacial a escala fina (SGS). Generalmente, la SGS detectada en poblaciones de S. globulifera fue similar a la de otras especies dispersadas y polinizadas por animales, con densidades bajas y apareamiento cruzado (outcrossing). Sin embargo, la SGS en las poblaciones Neotropicales de S. globulifera es menos pronunciada y la dispersión de genes más leptocúrtica que en África. La dispersión de semillas a largas distancias por murciélagos en las poblaciones Neotropicales podría ser una de las explicaciones posibles.Aparte de los procesos de dispersión, existen eventos o procesos ecológicos que pueden afectar a la SGS de las poblaciones arbóreas. La comparación de poblaciones naturales de P. pinaster y P. halepensis afectadas por una alta frecuencia de fuegos de copa (HiFi) o baja frecuencia de fuegos de copa (LoFi) reveló una SGS más pronunciada en las poblaciones de HiFi de P. halepensis en el este de la Península Ibérica. Este patrón puede deberse a la selección microambiental y/o a capacidades de dispersión alteradas inducidas por la frecuencia de los incendios forestales. A pesar del efecto claro del fuego sobre la dinámica poblacional de P. halepensis, la diversidad genética poblacional e historia demográfica son similares en poblaciones de HiFi y LoFi en ambas especies, respectivamente. Este hecho apunta a la fuerte resiliencia de las poblaciones de pinos Mediterráneos, una característica facilitada por la adaptación de estas especies a los incendios.Sorprendentemente, los diferentes regímenes de fuegos no afectaban la SGS en P. pinaster, aunque, la fuerza de la SGS difería entre las poblaciones analizadas. Al correlacionar las distancias genéticas con distancias ambientales (controlando por los efectos de autocorrelación espacial), se encontró una diferenciación genética significativa a lo largo de un gradiente altitudinal de 300 m en la población de Eslida (este de la Península Ibérica). Las diferencias genéticas encontradas podrían tener origen, por ejemplo, en una respuesta plástica de la fenología de la floración debida a las diferentes temperaturas o a efectos de selección a lo largo del gradiente.Teniendo en cuenta que el fuego juega un papel importante en la conformación de los rasgos adaptativos de las plantas, se llevó a cabo también un estudio de asociación genética para fenotipos relacionados con el fuego en poblaciones naturales de P. pinaster. Diecisiete SNPs se asociaron a los fenotipos de serotinia en P. pinaster. Sobre la base de estos 17 SNPs, se creó un modelo que predice el 29% de la variabilidad fenotípica.