Diferenciación de poblaciones de rotíferos y efectos de la reproducción interpoblacional

Résumé

El desarrollo de la ecología molecular que ha tenido lugar durante las últimas décadas ha provocado el cuestionamiento de las ideas tradicionalmente aceptadas acerca de la dinámica de la variación intraespecífica para los microinvertebrados acuáticos. En concreto, la diferenciación genética entre poblaciones de una misma especie, incluso entre aquéllas bastante cercanas, ha resultado ser mucho mayor de lo esperado. Este aspecto resulta paradójico teniendo en cuenta el alto potencial migratorio de estos organismos, fundamentalmente mediante dispersión pasiva entre poblaciones discretas a través de huevos diapáusicos, i.e., huevos en los que el desarrollo embrionario se halla interrumpido, y que resisten condiciones adversas como puede ser la desecación del hábitat. Para explicar esta discordancia entre migración y flujo génico efectivo en cladóceros y rotíferos monogonontes, organismos mayoritarios dentro del zooplancton continental, se propuso la “hipótesis de la monopolización”. Esta hipótesis postula que la diferenciación genética interpoblacional observada se mantiene a pesar de la migración debido a la existencia de efectos fundadores persistentes, los cuales podrían reforzarse aún más con el tiempo si se desarrollase adaptación local en las poblaciones. Este planteamiento se apoya en el tipo de reproducción de estos animales: la partenogénesis cíclica. La partenogénesis cíclica combina una fase de proliferación asexual de hembras que producen hijas clónicas, y una fase de reproducción sexual. La fase asexual, junto con los cortos tiempos de generación de estos organismos, permite colonizar nuevos hábitats y alcanzar tamaños poblacionales muy elevados rápidamente. Además este tipo de proliferación facilita la adaptación local, al actuar la selección natural sobre genomas completos. Por otro lado, la fase sexual del ciclo produce huevos diapáusicos, los cuales además de ser claves para la dispersión permiten la formación de bancos de huevos en el sedimento, similares a los bancos de semillas de las plantas, contribuyendo así al mantenimiento de tamaños elevados en las poblaciones incluso siendo éstas estacionales, como es el caso de los rotíferos en latitudes templadas. Los efectos de la reproducción entre individuos de diferentes poblaciones pueden ser muy importantes para la regulación del flujo génico interpoblacional; sin embargo este factor no se considera en el escenario planteado por la “hipótesis de la monopolización”. Según si los efectos de la reproducción entre poblaciones sobre la eficacia biológica de la descendencia son positivos o negativos, el flujo génico interpoblacional puede verse favorecido o dificultado, respectivamente. Además, los efectos de la endogamia –i.e., diversas situaciones en las que se da un apareamiento entre individuos emparentados- dentro de cada una de las poblaciones que se cruzan también pueden influir sobre los efectos del cruzamiento interpoblacional, más exogámico. En resumen el balance entre la endogamia y la exogamia y la naturaleza de sus efectos podría regular el flujo génico entre poblaciones. Se están dando grandes avances en el estudio de la estructura genético-poblacional para poblaciones de rotíferos. Sin embargo, apenas se dispone de datos acerca de los efectos de la endogamia y la exogamia para estos organismos. Esta escasez es llamativa por un lado por la importancia ecológica del phylum dentro de las comunidades zooplanctónicas, y por otro lado, por la abundancia de información sobre el tema para otros grupos de organismos. Esta tesis está orientada a conocer las relaciones entre la diferenciación genética y la reproducción interpoblacional para la especie de rotífero Brachionus plicatilis. Este taxón constituye una especie modelo que ha sido utilizada en numerosos estudios desde diferentes áreas. Además, se han abordado estudios filogeográficos y genético poblacionales utilizado muchas de sus poblaciones ibéricas, lo cual las convierte en un sistema de estudio muy interesante para desarrollar la investigación propuesta en esta tesis. Adicionalmente, la haploidía del rotífero macho añade interés al estudio, ya que podría favorecer una purga de alelos deletéreos recesivos, y por tanto disminuir la depresión de la eficacia que suele ir ligada al aumento de homocigosis provocado por la endogamia. Los objetivos planteados en esta tesis son los siguientes: 1) La determinación de los efectos de la endogamia a nivel intraclonal (reproducción dentro del clon producido por proliferación asexual) sobre la eficacia biológica de la descendencia F1, para dos poblaciones de B. plicatilis, 2) la determinación de los efectos de la exogamia a nivel de reproducción interpoblacional para la descendencia F1, así como para la descendencia procedente de retrocruzamientos, y 3) explorar la relación entre los efectos de la reproducción interpoblacional y la distancia genética de las poblaciones que se cruzan. A la vista de los resultados de estudios previos al de esta tesis, la reproducción endogámica no parece común en poblaciones bien establecidas de rotíferos, por lo que los efectos de la endogamia que se plantean determinar mediante el objetivo 1 serían efectos potenciales, no efectos que se estén dando actualmente en las poblaciones naturales en las que se basa el trabajo. Los objetivos 1) y 2) se abordaron mediante la realización de cruzamientos controlados en el laboratorio, y posteriormente la estimación de componentes de eficacia de la descendencia asociados a las diferentes fases del ciclo vital del organismo. En base a dichas medidas, se comparó la eficacia biológica de la descendencia de cruces entre individuos con diferente nivel de relación. Adicionalmente se compararon las proporciones de fertilización asociadas a cada tipo de cruzamiento, i.e., según el nivel de relación de los parentales. Respecto a los efectos de la endogamia a nivel intraclonal (objetivo 1), se hallaron evidencias de depresión endogámica para los componentes de eficacia asociados a la fase asexual del ciclo vital. En cuanto a la fase sexual, sólo se detectó depresión endogámica para uno de los dos componentes estimados asociados a esta fase del ciclo. Si se combinan las medidas de los diferentes componentes de eficacia, para obtener una medida más integradora de la eficacia global a lo largo del ciclo, se observa un efecto global de depresión endogámica muy similar para las dos poblaciones estudiadas. El hallazgo de estos efectos sugiere que la haplodiploidía de la especie de estudio no resulta eficiente para la purga de alelos deletéreos recesivos que podrían causar la depresión endogámica observada. A pesar de los efectos negativos de la endogamia, la proporción de fertilización parental para cruces intraclonales e interclonales fue similar, lo que sugiere que no ha evolucionado un mecanismo para evitar la endogamia intraclonal. Por otro lado, para abordar los objetivos 2 y 3, se realizaron cruzamientos entre una población de referencia (“población residente”) y tres poblaciones alternativas que actuaban como fuente de inmigrantes, y que diferían en cuando a su distancia genética respecto a la residente. A partir de los cruces se obtuvieron dos generaciones descendientes: la generación F1, y la generación RC, procedente esta última de retrocruzamientos entre la descendencia F1 “híbrida” interpoblacional y los individuos de la laguna residente. Se comparó la eficacia de la descendencia exogámica con la eficacia de la descendencia dentro de la población residente para ambas generaciones, y para cada una de las tres combinaciones interpoblacionales. Para la generación F1, se detectaron efectos del cruzamiento interpoblacional sobre la eficacia biológica de la descendencia, los cuales fueron positivos o negativos dependiendo del componente de eficacia considerado. Sin embargo, si se consideraba el efecto global a lo largo del ciclo, éste resultó positivo, y los resultados apuntaron a que este vigor híbrido podría incrementarse a medida que lo hace la diferenciación genética entre las poblaciones que se cruzan. En la generación RC también se detectaron efectos del cruzamiento sobre la eficacia biológica de la descendencia, los cuales de nuevo fueron variables según el componente de eficacia considerado. Para dos de estos componentes, se produjo una reversión del efecto detectado –de positivo a negativo, o viceversa- entre generaciones. La medida global de eficacia a lo largo del ciclo presentó un patrón a favor de la existencia de vigor híbrido para dos de las tres comparaciones entre residente e inmigrante. En suma, los resultados de esta tesis sugieren que los efectos del cruzamiento interpoblacional, al no ser negativos, no constituyen una barrera al flujo génico. Por otro lado, la depresión endogámica que se ha detectado tiene importantes implicaciones durante la fundación de nuevas poblaciones de rotíferos, debido a que dicha fundación podría darse incluso a partir de un único clon, por lo que la endogamia intraclonal sería altamente probable en esa situación. En ese momento, los efectos de depresión endogámica intraclonal junto con los efectos positivos del cruzamiento entre poblaciones podrían crear una ventana de oportunidad para el establecimiento de nuevos inmigrantes en la población, los cuales aún no se verían diluidos entre un gran número de residentes. Este posible flujo génico podría tener un impacto sobre la composición genética inicial de la nueva población. La presente tesis aporta pues resultados acerca de un tema -los efectos de la endogamia y la exogamia- prácticamente inexplorado para uno de los grupos más importantes dentro del zooplancton continental. Al mismo tiempo, los resultados de este trabajo sugieren varios aspectos que sería interesante explorar, como por ejemplo la relación entre los efectos del cruzamiento y la divergencia interpoblacional más allá de los indicios obtenidos a partir de esta tesis, o el impacto de los efectos detectados en este trabajo en el escenario de la fundación de nuevas poblaciones.